(57)【要約】  この有機電界効果トランジスタは、有機半導体材料からなる半導体層（１０）を備えている。前記半導体層の第１の体積内の電荷キャリアの移動度μｓｕｐは、前記半導体層の第２の体積内の電荷キャリアの移動度μｉｎｆより１０倍大きく、第１の体積は、ゲート電極に最も近い半導体層の体積の１０％に相当し、第２の体積は、ドレインおよびソース電極に最も近い半導体層の体積の１０％に相当する。
2010533372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機電界効果トランジスタであって、
ドレインおよびソース電極（６、８）と、
前記ドレイン電極とソース電極の間に配置された有機半導体材料からなる半導体層（１０、１１２）と、
少なくとも１つのゲート電極（２２）であって、前記ゲート電極に電圧ＶＧが印加されたときに前記ドレイン電極とソース電極の間で、この半導体層内に導電チャネルを生成し、それにより前記トランジスタを「オフ」状態から「オン」状態に切り換えることを可能にするために、前記半導体層内の可動電荷キャリアの密度を増加させる電界を生成することが可能なゲート電極と、
前記ゲート電極（２２）と前記半導体層（１０、１１２）の間に介入された電気的絶縁層（２０）であって、前記半導体層に直接接触する電気的絶縁層と
を備えるトランジスタにおいて、前記ゲートに最も近い前記半導体層は、前記ソースおよびドレイン電極の最も近くにある前記半導体層の第２の部分の移動度μｉｎｆより大きい移動度μｓｕｐを有する第１の部分を含み、前記第２の部分は、前記第１の部分と、前記ソースおよびドレイン電極との間に介入されることを特徴とする、トランジスタ。
【請求項２】
前記第１の部分は、前記ゲート電極に最も近い前記半導体層の体積の１０％に相当し、前記第２の部分は、前記ドレインおよびソース電極に最も近い前記半導体層の体積の１０％に相当し、前記半導体層の前記第１の部分の電荷キャリアの移動度μｓｕｐは、前記半導体層の前記第２の部分の電荷キャリアの移動度μｉｎｆよりＸ倍大きく、Ｘは１０以上の数であることを特徴とする、請求項１に記載のトランジスタ。
【請求項３】
前記半導体層（１０、１１２）が、
前記絶縁層と接触し、前記第１の部分を構成する、移動度μｓｕｐを有する有機半導体材料の第１の副層（１４、１１４）と、
前記第２の部分を構成し、第一に前記第１の副層と第二に前記ドレインおよびソース電極との間に介入された、移動度μｉｎｆを有する有機半導体材料の第２の副層（１２；１１６Ａ、１１６Ｂ）と
を備える、請求項１または２に記載のトランジスタ。
【請求項４】
前記第１の部分が、
前記第１の部分の少なくとも９０％を占める、移動度μｓｕｐ１を有する有機半導体材料のマトリクスと、
前記マトリクスの全体にわたって一様に分布され、前記第１の部分の少なくとも１０％を占める、移動度μｓｕｐ２を有する無機半導体粒子であって、前記無機半導体材料の最小幅は１０ｎｍより大きい、無機半導体材料と
を備える、請求項１から３のいずれかに記載のトランジスタ。
【請求項５】
前記ゲート電極に電圧が印加されたときに、前記第１の副層（１４、１１４）は、前記導電チャネルの少なくとも５０％を占める、請求項３または４に記載のトランジスタ。
【請求項６】
前記半導体層が前記第１および第２の副層（１２、１４；１１４、１１６Ａ、１１６Ｂ）のみを備え、これら２つの副層は互いに物理的に直接接触し、電荷キャリアの移動度は、これら２つの副層の間の境界面で移動度μｉｎｆから移動度μｓｕｐに変化する、請求項３から５のいずれかに記載のトランジスタ。
【請求項７】
Ｘが１００より大きく、好ましくは１０００より大きい、請求項１から６のいずれかに記載のトランジスタ。
【請求項８】
前記第１の部分が前記導電チャネルの体積の少なくとも８０％を包含する、請求項１から７のいずれかに記載のトランジスタ。
【請求項９】
線形領域において測定した移動度μｉｎｆが１０−３ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１未満であり、線形領域において測定した移動度μｓｕｐが１０−１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１より大きく、線形領域は、前記ドレイン電極とソース電極の間の電圧ＶＤＳが、前記トランジスタを「オン」状態に維持するために前記ゲート電極に印加される電圧ＶＧ以下の領域である、請求項１から８のいずれかに記載のトランジスタ。
【請求項１０】
前記半導体層（１０）の移動度が、前記ドレインおよびソース電極から前記ゲート電極へ向かって移動するのに従って、移動度μｉｎｆから移動度μｓｕｐへ急な変化をせずに連続的に増加する、請求項１に記載のトランジスタ。
【請求項１１】
有機電界効果トランジスタを製造する方法であって、
ドレインおよびソース電極を製造するステップ（４２）と、
前記ドレイン電極とソース電極の間に配置された、有機半導体材料からなる半導体層を製造するステップ（４４、４６）と、
少なくとも１つのゲート電極を製造するステップであって、前記ゲート電極に電圧ＶＧが印加されたときに前記ドレイン電極とソース電極の間で、この半導体層内に導電チャネルを生成し、それにより前記トランジスタを「オフ」状態から「オン」状態に切り換えることを可能にするために、前記半導体層内の可動電荷キャリアの密度を増加させる電界を生成することが可能なゲート電極を製造するステップと、
前記半導体層に直接接触して、前記ゲート電極と前記半導体層の間に介入された電気的絶縁層を製造するステップ（４８）と
を含む方法において、前記半導体層を製造するステップが、
移動度μｓｕｐを有する有機半導体材料からなる前記半導体層の第１の部分を製造するステップ（４６）と、
移動度μｉｎｆを有する有機半導体材料からなる前記半導体層の第２の部分を製造するステップ（４４）とを含み、
前記第１の部分の電荷キャリアの移動度μｓｕｐは、前記第２の部分の電荷キャリアの移動度μｉｎｆよりＸ倍大きく、Ｘは１０以上の数であり、前記第１の部分は前記ゲート電極に最も近い前記半導体層の体積の１０％に相当し、前記第２の部分は前記ドレインおよびソース電極に最も近い前記半導体層の体積の１０％に相当することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界効果トランジスタ、およびそのようなトランジスタを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在知られている有機電界効果トランジスタは、
ドレインおよびソース電極と、
ドレイン電極とソース電極の間に配置された有機半導体材料からなる半導体層と、
少なくとも１つのゲート電極と、
ゲート電極と半導体層の間に置かれ、半導体層と直接接触する電気的絶縁層とを備える。
【０００３】
ゲート電極に電位が印加されると、半導体層内にある電荷キャリアは、半導体層と絶縁材料の境界面に集中し、半導体層に閉じこめられたままとなる。この電荷キャリアの集中は、次いでトランジスタの「オン」状態の特徴である導電チャネルを形成する。
【０００４】
有機電界効果トランジスタは、有機半導体材料を用いて製造される。このような有機電界効果トランジスタは、省略してＯＦＥＴとも呼ばれる。
【０００５】
有機半導体または有機半導体材料は、無機半導体の特性と同様な特性を示す結晶またはポリマーの形の有機化合物である。これらの特性は、電子およびホールによる伝導、およびエネルギーギャップの存在を含む。これらの材料は、有機電子回路を生み出した。
【０００６】
有機半導体における電荷キャリアの移動度μは、磁界がなく、定常状態領域では次式で定義される。
【０００７】
【数１】
2010533372.tif 000003
【０００８】
ただし、
【０００９】
【数２】
2010533372.tif 000004
【００１０】
は、有機半導体内の電荷キャリアの速度であり、
【００１１】
【数３】
2010533372.tif 000005
【００１２】
は、永久静電界である。
【００１３】
移動度μは、平方センチメートル／ボルト／秒（ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）で表される。
【００１４】
現在においては有機半導体での電荷キャリアの移動度は、無機半導体での移動度をはるかに下回ったままであり、２０〜３５ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１を超えず、一方、無機半導体では、１０３ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１程度である。材料の電荷キャリアの移動度と、導電率σの間には、次式で表すことができる比例関係がある。
σ＝ｐｑμ  （１）
ただし、
ｑは、電荷キャリアの電荷であり、
ｐは、電荷キャリアの体積濃度を表し、
μは、電荷キャリアの移動度を表す。
【００１５】
Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ比は、トランジスタの特性を測定する場合の基準の１つである。この比Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆは、トランジスタが「オン」状態のときに、トランジスタを通って流れる電流Ｉｏｎの強度と、トランジスタがオフすなわち「阻止された」状態のときに、同じ条件下で同じトランジスタを通って流れる電流Ｉｏｆｆの強度との比である。具体的には、電流強度Ｉｏｎおよび電流強度Ｉｏｆｆは、同じドレインとソースの間の電圧ＶＤＳを用いて測定される。
【００１６】
知られている有機トランジスタでは半導体層は、ミクロンのスケールにおいて、その移動度が半導体全体にわたって均一である単一の同一の有機半導体を用いて作られる。
【００１７】
トランジスタに損傷を与えずに数十秒間トランジスタを通して流すことができる最大電流強度Ｉｏｎを増加するために、できるだけ高い移動度を有する有機半導体を用いる試みが、現在なされている。たとえば、１０−１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１、さらには１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１を超える移動度を有する有機半導体があり、これらは半導体層を製造するために用いることができる。
【００１８】
しかし、所与の幾何形状を有するトランジスタに対しては、電荷キャリア移動度と導電率の間の比例関係により、最大電流強度Ｉｏｎを増加させることは、必ずしもＩｏｎ／Ｉｏｆｆ比の増加とならない。事実、ほとんどの有機半導体の場合、移動度が高くなるほど材料の導電率が増加し、したがって電流Ｉｏｆｆが増加する。ここで、ドレイン電極とソース電極の対向する面の間の距離Ｌと、ドレイン電極とソース電極を分離するチャネルの長さＷとが一定のままであれば、トランジスタの幾何形状は一定のままであると見なされる。これらのパラメータＬおよびＷについては、この説明において後に、より詳細に述べる。
【００１９】
現在において最良の有機トランジスタは、約１０５で最大となるＩｏｎ／Ｉｏｆｆ比を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、本発明は、Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ比を増加するために向上された設計を有する有機トランジスタを提案することを主眼とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
したがって本発明の目的は、半導体材料が均一でなく、特に、ドレイン、ソース、およびゲート電極を分離する半導体材料の体積の全体にわたって電荷キャリア移動度が均一でない、有機トランジスタである。本発明によれば、ゲートに最も近い半導体層の第１の部分での電荷キャリアの移動度μｓｕｐが、ドレインおよびソース電極に最も近い半導体層の第２の部分での電荷キャリアの移動度μｉｎｆより大きい。したがって、第１の部分は、第２の部分とゲート電極の間に置かれ、一方、第２の部分は、第１の部分と、ドレインおよびソース電極との間に置かれる。
【００２２】
一実施形態によれば、第１の部分は、第１の部分をゲート電極から分離する絶縁層と接触し、第２の部分はドレインおよびソース電極と接触し、ドレイン電極とソース電極の間、ならびに一方として第１の部分と他方としてドレインおよびソース電極との間に置かれる。第１の部分はまた、絶縁層と第２の部分の間に置かれる。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、半導体層の第１の部分での電荷キャリアの移動度μｓｕｐは、半導体層の第２の部分での電荷キャリアの移動度μｉｎｆと比べて、これら移動度μｉｎｆおよびμｓｕｐを同じ条件下で測定したときにＸ倍大きく、Ｘは１０以上の数である。この実施形態では、たとえば、第１の部分はゲート電極に最も近い半導体層の体積の少なくとも１０％に相当し、一方、第２の部分はドレインおよびソース電極に最も近い半導体層の体積の少なくとも１０％に相当する。
【００２４】
上記のトランジスタでは第２の部分は、第１の部分をドレインおよびソース電極から物理的に分離する。したがって第２の部分は、物理的には、第一にドレインおよびソース電極と、第二に（１つまたは複数の）ゲート電極との間に置かれる。第２の部分はまた、少なくとも部分的に、ドレイン電極とソース電極の間に置かれる。それにより「オフ」状態では導電経路は、移動度μｉｎｆが低い第２の部分内でのドレイン電極とソース電極の間で確立される。したがって第２の部分は、半導体層全体にわたって移動度が同じでμｓｕｐに等しい場合よりも低い電流Ｉｏｆｆを得ることを可能にする。
【００２５】
逆に、「オン」状態では、第１の部分は、トランジスタが「オン」状態のときに導電チャネルが生成される場所にある。第１の部分は、移動度μｉｎｆよりずっと高い移動度μｓｕｐを有する。それによりドレイン電極とソース電極の間を電荷キャリアが流れる速度は、半導体層の全体積にわたって移動度が同じでμｉｎｆに等しい場合よりもずっと高くなる。したがってこの結果、電流Ｉｏｎの強度の増加を生じる。それによりＩｏｎ／Ｉｏｆｆ比、したがって有機電界効果トランジスタの性能は、第１および第２の部分を組み合わせて用いることによって著しく改善される。
【００２６】
この有機トランジスタの実施形態は、以下の特徴の１つまたは複数を含むことができる。
第１の部分は、
第１の部分の少なくとも９０％を占める、移動度μｓｕｐ１を有する有機半導体材料のマトリクスと、
マトリクスの全体にわたって一様に分布され、第１の部分の少なくとも１０％を占める、移動度μｓｕｐ２を有する無機半導体粒子であって、無機半導体粒子の最小幅は１０ｎｍより大きく、それにより第１の副層の移動度μｓｕｐは移動度μｓｕｐ１より移動度μｓｕｐ２に近くなる、無機半導体粒子とを備える。
【００２７】
半導体層は、
絶縁層と接触し、ゲート電極に電圧が印加されたときに導電チャネルの少なくとも５０％を占める、移動度μｓｕｐを有する有機半導体材料の第１の副層と、
第１の副層をドレインおよびソース電極から物理的に分離するように第１の副層とドレインおよびソース電極との間に置かれた、移動度μｉｎｆを有する有機半導体材料の第２の副層とを備える。
【００２８】
半導体層は、第１および第２の副層のみを備え、これら２つの副層は互いに物理的に直接接触し、電荷キャリアの移動度はこれら２つの副層の境界面にて移動度μｉｎｆから移動度μｓｕｐに急に変化する。
【００２９】
Ｘは、１００より大きく、好ましくは１０００より大きい。
【００３０】
第１の部分は、導電チャネルの体積の少なくとも８０％を包含する。
【００３１】
線形領域にて測定される移動度μｉｎｆは、１０−３ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１未満であり、線形領域にて測定される移動度μｓｕｐは、１０−１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１より大きく、線形領域とは、ドレイン電極とソース電極の間の電圧ＶＤＳが、トランジスタを「オン」状態に維持するためにゲート電極に印加される電圧ＶＧ以下の領域である。
【００３２】
有機トランジスタの実施形態はまた、以下の利点すなわち、
可撓性を保持しながらこの有機半導体の移動度を増加することを可能にする、無機半導体粒子の、第１の副層の有機半導体内への統合、
それぞれ第１および第２の部分を製造するために、第１および第２の副層を用いることによりトランジスタの製作が簡単になる、
移動度がその厚さ全体にわたって均一な、第１および第２の副層のみを用いることにより、製作が簡単になる、
１００または１０００を超えるＸの値を選択することにより、Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ比が増加する、
第１の部分を主に、導電チャネルが現れる領域内に配置することにより、半導体層が第１の部分のために用いられたものと同じ有機半導体のみからなる場合に得られるであろう値に近い電流Ｉｏｎを得ることを可能にする、という利点を有する。
【００３３】
本発明の目的はまた、有機電界効果トランジスタを製造する方法であって、方法は、
ドレインおよびソース電極を製造するステップと、
ドレイン電極とソース電極の間に配置された、有機半導体材料からなる半導体層を製造するステップと、
少なくとも１つのゲート電極を製造するステップであって、ゲート電極に電圧ＶＧが印加されたときにドレイン電極とソース電極の間で、この半導体層内に導電チャネルを生成し、それによりトランジスタを「オフ」状態から「オン」状態に切り換えることを可能にするために、半導体層内の可動電荷キャリアの密度を増加させる電界を生成することが可能なゲート電極を製造するステップと、
半導体層に直接接触して、ゲート電極と半導体層の間に置かれた電気的絶縁層を製造するステップと
を含む。
【００３４】
この方法は、半導体層を製造するステップが、
移動度μｓｕｐを有する有機半導体材料からなる半導体層の第１の部分を製造するステップと、
移動度μｉｎｆを有する有機半導体材料からなる半導体層の第２の部分を製造するステップとを含み、
第１の部分の電荷キャリアの移動度μｓｕｐは、第２の部分の電荷キャリアの移動度μｉｎｆと比べて、これらの移動度μｉｎｆおよびμｓｕｐが同じ条件下で測定されたときに、Ｘ倍大きく、Ｘは１０以上の数であり、第１の部分はゲート電極に最も近い半導体層の体積の１０％に相当し、第２の部分はドレインおよびソース電極に最も近い半導体層の体積の１０％に相当することを特徴とする。
【００３５】
本発明は、例示のためのみに示され、添付の図面に関する以下の説明によって、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】有機電界効果トランジスタの第１の実施形態の概略図である。
【図２】図１のトランジスタを製造する方法のフローチャートである。
【図３】有機半導体のキャリア移動度を測定するための構成を示す図である。
【図４】様々なゲート電圧ＶＧの値に対して、図１のトランジスタを通って流れる電流の強度の変化を、そのドレイン電極とソース電極の間に印加された電圧ＶＤＳの関数として示すグラフである。
【図５】有機トランジスタの他の実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
これらの図において、同一の参照番号は、同一の要素を示すために用いられる。
【００３８】
この説明の残りの部分では、当業者に良く知られている特徴および機能については詳細に述べない。
【００３９】
図１は、有機電界効果トランジスタ２の垂直断面図を示す。トランジスタ２は、ソース電極６およびドレイン電極８がその上に直接製造される基板４を備える。ソース電極とドレイン電極は、距離Ｌに等しい幅を有するチャネルによって隔置される。距離Ｌは、電極６と８を分離する最短の距離である。トランジスタ２の応答時間を改善するために、できるだけ短い距離Ｌが選択され、この距離は好ましくは１０μｍ未満である。
【００４０】
半導体層１０は、電極６および８の上に堆積される。この層１０は、電極６および８と物理的および電気的に直接接触し、電極６と８を分離する空間を満たす。ここで「直接接触」という用語は、接触が中間層を介さずに得られることを意味する。電極６、８を電気的絶縁層から分離する層１０の最小厚さｅは、１０ｎｍから４００ｎｍである。ここでこの厚さは、トランジスタ２を形成する様々な電極および層がその上に堆積される、基板４の面に垂直な垂直方向Ｚにて測定される。
【００４１】
半導体層１０は、下側副層１２の上に上側副層１４が重ねられて形成される。
【００４２】
下側副層１２は、電極６および８と電気的および物理的に直接接触し、電極６と８を分離する空間を満たす。副層１２の上面は、副層１４の下面と電気的および物理的に直接接触する。
【００４３】
下側副層１２の体積は、電極６および８に最も近い半導体層１０の体積の少なくとも１０％を包含する。たとえば、これを達成するために、電極６、８のうちの１つを副層１４から分離する副層１２の最小厚さｅｉｎｆは、厚さｅの少なくとも１０％、ただし厚さｅの９０％以下に相当する。たとえばここでは、厚さｅｉｎｆは、厚さｅの半分に等しい。
【００４４】
この副層１２の厚さｅｉｎｆは、１０ｎｍから３００ｎｍである。
【００４５】
同様に、副層１４の体積は、ゲート電極に最も近い層１０の体積の少なくとも１０％を包含する。たとえば、これを達成するために、電気的絶縁層を副層１４から分離する、副層１４の最小厚さｅｓｕｐは、やはり厚さｅの少なくとも１０％、ただし厚さｅの９０％以下に相当する。たとえばここでは、厚さｅｓｕｐは、厚さｅの半分に等しくなるように選択される。
【００４６】
Ｚ方向に垂直な水平面内の副層１２の寸法は、電極６および８、ならびにこれらの電極を分離するチャネルに適合するように十分大きい。それにより副層１２は、副層１４を電極６および８から物理的に分離する。
【００４７】
副層１４の寸法は、トランジスタ２のゲート電極に電位が印加されたときに生じる、導電チャネルの体積の少なくとも５０％がこの副層１４によって占められること確実にするのに十分大きいように選択される。たとえばここでは、副層１４の水平面内の寸法は、副層１２の横方向寸法と同一になるように選択される。それにより、副層１４は、導電チャネルの全体積を占める。
【００４８】
副層１２の体積の９０％より多く、好ましくは９９％より多くは、移動度μｉｎｆを有する有機半導体材料からなる。副層１２を製造するのに用いられる有機半導体材料は、低い移動度すなわち１０−３ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１未満の移動度を有するように選択される。たとえば、この有機半導体材料はポリチオフェンである。副層１４は、副層１２の直接上に製造される。この副層１４の体積の９０％より多く、好ましくは９９％より多くは、移動度μｓｕｐを有する有機半導体材料からなる。副層１４を製造するのに用いられる有機半導体材料は、高い移動度すなわち１０−１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１より大きい移動度を有するように選択される。移動度μｓｕｐは、好ましくは１００より大きい。
【００４９】
たとえばここでは、副層１４は、約１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の移動度を有するペンタセンからなる。
【００５０】
副層１４の体積は、トランジスタ２が「オン」状態のときに、電極６と８の間の導電チャネルの体積の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％を包含する。ここで、副層１４の体積は、導電チャネルの体積の９９％超を包含する。
【００５１】
移動度μｉｎｆまたはμｓｕｐは、副層１２または１４の全体積にわたって一定である。電気的絶縁層すなわち誘電体層２０は、副層１４の上に設けられる。この層２０の下面は、副層１４の上面に物理的に直接接触する。この層２０は、ゲート電極２２を半導体副層１０から電気的に絶縁することを可能にする。
【００５２】
トランジスタ２の性能を改善するために、層２０は、できるだけ高い容量Ｃｉをもつように作られる。これを達成するために、その垂直方向の厚さは、できるだけ小さくなるように選択される。その厚さは、典型的には１００ｎｍ未満である。逆に、その比誘電率εｒは、できるだけ高くなるように選択される。
【００５３】
ゲート電極２２は、電極６と８を分離する空間のほぼ上に配置される。このゲート電極は、副層１４内に導電チャネルを生成するように、層１０と２０の間の境界面にて電荷キャリアの密度を増加する電界を生成することが可能である。しかし層２０が絶縁体であることを考えれば、移動できる電荷キャリアは、専ら層１０と同じ側にある。Ｚ方向の導電チャネルの厚さは、典型的には４ｎｍ未満であり、しばしば２ｎｍ未満である。導電チャネルは、電極６と８の間に電圧が印加されたときに、これらの電極の間で電荷が流れることを可能にする。この状態では、トランジスタ２は「オン」状態にあると呼ばれる。逆に、電極２２に電圧が印加されないときは導電チャネルは生成されず、それにより電極６と８の間に電圧ＶＤＳが印加されたときは、それらの間で非常に弱い電流Ｉｏｆｆだけが流れ得る。ここで、トランジスタ２を「オフ」状態から「オン」状態に切り換えるために電極２２に印加される電圧ＶＧは、負である。
【００５４】
層１０がまったく移動度μｉｎｆまたはμｓｕｐを有する有機半導体材料だけからなる場合と比べて、トランジスタ２のＩｏｎ／Ｉｏｆｆ比を改善するために、副層１４の材料は、それが移動度μｉｎｆより少なくとも１０倍高い移動度μｓｕｐを有するように選択される。好ましくは副層１４の材料は、１００μｉｎｆ、または１０００μｉｎｆ、さらには１０５μｉｎｆより大きな移動度μｓｕｐを有するように選択される。実際、比μｓｕｐ／μｉｎｆが高いほど、比Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆは良くなる。
【００５５】
図２は、トランジスタ２を製造する方法を示す。ステップ４０では、トランジスタを製造するための基礎として用いることができるように、基板４が用意される。
【００５６】
ステップ４２では、基板４上に電極６および８が製造される。たとえばステップ４２では、電極６および８は基板４上に堆積され、またはドーピングの方法を用いて基板４内に注入される。
【００５７】
次いでステップ４４では、副層１２が電極６および８上、および基板４上に堆積される。たとえばステップ４４では、副層１２は堆積され、またはそれを注入することによって製造される。
【００５８】
副層１２が製造された後に、ステップ４６では、副層１４が副層１２上に堆積される。たとえばステップ４６では、副層１４は副層１２上に堆積され、またはそれを注入することによって製造される。
【００５９】
ステップ４８では、絶縁層２０が副層１４上に堆積される。この絶縁層は、たとえば蒸着によって堆積され、またはアニーリングによって製造される。
【００６０】
次いでステップ５０では、電極２２が層２０上に堆積される。電極２２は、層２０上にフォトリソグラフィによって、または物理的マスキングによって製造される。
【００６１】
最後にステップ５２では、このようにして製造されたトランジスタ２は、「オン」状態と「オフ」状態の間で切り換わる能力を検証するために電気的に試験される。
【００６２】
トランジスタ２では、ソース電極６およびドレイン電極８は、半導体層１０の下にある。この構成は、「上部コンタクト」と呼ばれる。
【００６３】
図３は、有機半導体材料からなる層のキャリア移動度を測定するために用いられる、構成６０の斜視図を示す。
【００６４】
この構成は、ドレイン電極６４、ソース電極６６、およびゲート電極６８を備えた有機トランジスタ６２を含む。構成はまた、電極６４と６６の間に接続されたＤＣ電圧ＶＤＳ供給源７０と、電極６８に電気的に接続されたＤＣ電圧ＶＧ供給源７２とを含む。
【００６５】
最後に構成６０は、電極６４と６６の間を流れる電流ＩＤＳを測定することができる電流計７４を含む。
【００６６】
より正確には、トランジスタ６２は、ゲート電極６８がその上に堆積された基板８０によって形成される。電気的絶縁材料からなる層８２は、電極６８と、電極６４および６６との間に置かれる。層８２は、ＸおよびＹ方向と平行な水平面内に延びる。層８２の厚さは、その垂直方向Ｚは一定であり、既知である。
【００６７】
電極６４および６６は、層８２の直接上にある。
【００６８】
各電極６４および６６は、それぞれＸ方向に平行して延びる棒状体８４および８６によって形成される。さらに、電極６４は、電極６６の棒状体８６に向かってＹ方向に互いに平行に延びるフィンガ９０から９３を備える。これらのフィンガ９０から９３は、指間隙間によって互いにＸ方向に分離される。
【００６９】
電極６６も、棒状体８４に向かってＹ方向に互いに平行に延びるフィンガ９４から９６を備える。
【００７０】
これらのフィンガ９４から９６のそれぞれは、フィンガ９０から９３によって画定されるそれぞれの指間隙間内に位置する。
【００７１】
電極６６の対応する面に対向する、電極６４の面は、一定の距離、離れて隔置され、この距離はここではＬとして示される。さらに、電極６４と６６の対向する面の間のこの間隔は、様々なフィンガ９０から９３と、９４から９６との間でジグザグの形をなすチャネル（図３でハッチングされている）を、画定する。フィンガ９０から９６の間でジグザグの形をなすこのチャネルの、その入力から出力まで測定した長さはＷとして示される。したがって長さＷは、対向する電極６４および６６の面の長さにほぼ等しい。
【００７２】
その移動度を測定すべき有機半導体材料の層１００は、電極６４および６６上に配置される。図３では、この層１００は一部分だけ示される。この層１００はまた、電極６４と６６の間の隙間、特にこれらの隙間によって画定されるチャネルを満たす。ここで層１００は、均一な移動度を有する層であり、すなわちその移動度はＺ方向で変化しない。ここで、また層１００の移動度はＺ方向の深さに応じて変化しないものと見なされる。
【００７３】
装置６０を用いて、ゲートに印加された電圧ＶＧに対して、電極６４と６６の間に印加された電圧ＶＤＳの関数として、電流ＩＤＳの強度の変化をプロットすることができる。
【００７４】
−６０Ｖおよび−５０Ｖに等しい電圧ＶＧに対して得られた曲線が、図４に概略的に示される。
【００７５】
これらの曲線に基づいて、２つの領域、すなわち線形領域と定常状態領域を定義することができる。線形領域では、電流ＩＤＳの強度は、電圧ＶＤＳに直接比例する。
【００７６】
逆に、飽和領域では、この比例関係はもはや当てはまらない。
【００７７】
図４では、それを超えると領域はもはや線形でなくなる電圧ＶＤＳは、Ｕｌとして示される。
【００７８】
線形領域では、半導体材料１００の移動度は、次式によって決まる。
【００７９】
【数４】
2010533372.tif 000006
【００８０】
ただし、
ｇｍは相互コンダクタンスであり、これは線形領域での電流ＩＤＳの強度と電圧ＶＤＳの間の比例係数に等しく、
ＬおよびＷはそれぞれ、電極６４と６６の間でジグザグの形をなすチャネルの幅と長さであり、
Ｃｉはゲート電極６８と、電極６４および６６との間にある絶縁層８２によって形成されるキャパシタの容量であり、
ＶＤＳは、移動度がそれに対して測定される、電極６４と６６の間の電圧である。
【００８１】
上記で示した移動度の値の例は、移動度が線形領域で測定された場合に対するものである。
【００８２】
しかしながら非線形領域において、すなわち電圧ＶＤＳが、同時にゲート電極６８に印加される電圧ＶＧを超えるときに、有機半導体材料の移動度を測定することも可能である。
【００８３】
図５は、有機トランジスタ１１０の第２の実施形態を示す。このトランジスタ１１０は、半導体層１０が半導体層１１２によって置き換えられることを別として、トランジスタ２と同一である。ここでは、半導体層１１２は、やはり下側副層の上に上側副層１１４が重ねられて形成される。上側および下側副層は、たとえば、それぞれ副層１４および１２と同じ材料からなる。しかしここでは、下側副層は２つの部分１１６Ａおよび１１６Ｂにて形成される。部分１１６Ａは、電極６を副層１１４から物理的に分離する。
【００８４】
部分１１６Ｂは、電極８を副層１１４から物理的に分離する。トランジスタ２とは異なり、部分１１６Ａおよび１１６Ｂは互いに物理的に分離される。たとえばここでは、部分１１６Ａと１１６Ｂを分離する空間１１８は、副層１１４のものと同一の有機半導体材料によって満たされる。
【００８５】
多くの他の実施形態が可能である。たとえば、半導体材料からなる副層のそれぞれは、上述のように単一の有機半導体材料によって、あるいはいくつかの有機半導体材料の混合物によって形成することができる。あらゆる場合において、半導体材料からなる副層の体積の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９９％は、有機半導体材料または有機半導体材料の混合物によって占められる。有機半導体材料の混合物は、副層の体積の全体にわたって均一であることが好ましい。
【００８６】
副層１４または１１４の場合、半導体材料によって占められていない副層の体積のすべてまたは少なくとも一部は、ナノチューブまたは導電性シリコンフィラメントなどの無機粒子を含むことができる。その場合は有機半導体材料は、有機半導体材料のマトリクスを形成し、次いでその中にこれらの無機粒子が導入される。無機粒子は、有機半導体副層の体積の１０％未満、好ましくは１％未満に相当する。ナノチューブまたは導電性フィラメントの直径は１０ｎｍより大きく、好ましくは１００ｎｍ未満である。ナノチューブまたは導電性フィラメントの長さは１０ｎｍより大きく、好ましくは２または５μｍより大きい。有機半導体材料のマトリクスの移動度μｓｕｐ１よりもずっと大きな移動度μｓｕｐ２を有する粒子を導入することにより、その移動度が移動度μｓｕｐ１より移動度μｓｕｐ２に近い有機半導体材料を得ることが可能になる。このようにして、極めて高い移動度を有する有機半導体材料を製造することができる。このような材料は、副層１４または１１４を製造するために特に有用である。
【００８７】
ここで述べる実施形態では、層２０は、高い比誘電率、すなわち４または５を超える比誘電率を有する電気的絶縁材料からなる。しかしながら、より低い誘電率、すなわち２または３未満も可能である。他の実施形態では、電気的絶縁層はまた、それぞれが異なる比誘電率を有するいくつかの副層によって形成される。層２０は、有機または無機材料からなるものとすることができる。
【００８８】
ここでは、上述のトランジスタ２および１１０は、半導体層が２つの副層のみによって形成される特別な場合を示す。しかしながら、副層１２と１４の間に、有機半導体材料からなる１つまたは複数の中間副層を置くことが可能である。その場合は、ｅｉｎｆおよびｅｓｕｐの総厚さは、厳密には厚さｅより小さくなる。この場合は、副層１２、１４と中間層は、移動度の順に互いに積み重ねられ、それによりドレインおよびソース電極からゲート電極に向かって移動するに従って増大する移動度勾配が生成される。「上部コンタクト」構成の場合は、Ｚ方向に増大する勾配となる。
【００８９】
通常、たとえば有機半導体材料からなる副層が順に重ねて堆積されると、１つの副層から次の副層へ移動度は急に変化する。言い換えれば、Ｚ方向の高さｚの関数としての移動度μの変動は、２つの連続する副層の間の各境界面のレベルにて極端な値を示す。したがってこのような実施形態では、移動度μの突然の変化により、様々な副層を互いに区別することができる。
【００９０】
極端な場合では、上側および下側副層さえもそれぞれ、各シート内で移動度が均一で一様な有機半導体材料のシートの積層体によって形成される。この極端な場合では上側副層は、ゲート電極に最も近い半導体層の総体積の１０％からなる。下側副層は、ドレインおよびソース電極に最も近い半導体層の体積の１０％からなる。
【００９１】
別法として、有機半導体材料の様々な層は、移動度が高さｚの関数として移動度μｉｎｆから移動度μｓｕｐへゆっくり変化する、単一の副層によって置き換えられる。したがって高さｚの関数としての移動度μの変動は、極端な値を示さない。
【００９２】
有機半導体材料は、Ｐ型またはＮ型とすることができる。これらは、ポリマーまたは結晶の形とすることができる。たとえば、第１の部分すなわち副層１４、および第２の部分すなわち副層１２を形成する半導体材料は、同じ型、すなわちＮ型またはＰ型のドーピングを有する有機半導体材料として選択することができる。
【００９３】
上述の実施形態では、ソースおよびドレイン電極は半導体層の下にある。この構成は、「上部コンタクト」と呼ばれる。しかしながら、この「上部コンタクト」構成の特定の場合について述べた説明は、「底部コンタクト」と呼ばれる構成、すなわちソースおよびドレイン電極が半導体層の上に配置される構成にも等しく当てはまる。
【００９４】
上述の説明は、層と電極が積み重ねられる順が逆の場合にも等しく当てはまる。たとえば、基板４上に堆積されるのがゲート電極である有機トランジスタを製造することは可能である。このゲート電極の上に順番に、電気的絶縁材料の層、次いで半導体層、最後にソースおよびドレイン電極がある。この構成ではゲート電極が底部にあることを考えれば、最も高い移動度を有する副層は、最も低い移動度を有する副層の下にある。
【００９５】
ソースおよびドレイン電極は、好ましくは、図３に関連して述べた組み合わされた指状体を有する。
【符号の説明】
【００９６】
２  有機電界効果トランジスタ
４  基板
６  ソース電極
８  ドレイン電極
１０  半導体層
１２  下側副層
１４  上側副層
２０  電気的絶縁層
２２  ゲート電極
６０  移動度を測定するための構成
６２  有機トランジスタ
６４  ドレイン電極
６６  ソース電極
６８  ゲート電極
７０  ＤＣ電圧ＶＤＳ供給源
７２  ＤＣ電圧ＶＧ供給源
７４  電流計
８０  基板
８２  絶縁層
８４  棒状体
８６  棒状体
９０  フィンガ
９３  フィンガ
９４  フィンガ
９６  フィンガ
１００  有機半導体材料の層
１１０  有機トランジスタ
１１２  半導体層
１１４  上側副層
１１８  空間
１１６Ａ  下側副層の部分
１１６Ｂ  下側副層の部分
【図１】
2010533372.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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