(57)【要約】【課題】  移動度が大きくオンオフ比の高い有機半導体層を有する電界効果型有機トランジスタを提供する。【解決手段】  絶縁性基板１１上にゲート電極１２を配置し、その上にゲート絶縁層１３を配置し、更にその上にソース電極１５およびドレイン電極１４を配置し、その上に有機半導体層１６および保護膜１７を配置してなる電界効果型有機トランジスタであって、該ゲート絶縁層１６が誘電率異方性を有する液晶ポリマーからなる電界効果型有機トランジスタ。【選択図】        図１
2005072200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の３つの電極と、少なくとも一層からなるゲート絶縁層及び有機半導体層とを有する電界効果型有機トランジスタであって、該ゲート絶縁層の少なくとも一層が誘電率異方性を有する液晶ポリマーからなることを特徴とする電界効果型有機トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーがホモジニアス配向した誘電率異方性が負の液晶ポリマーである請求項１記載の電界効果型有機トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーがホメオトロピック配向した誘電率異方性が正の液晶ポリマーである請求項１記載電界効果型有機トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーが少なくともネマチック液晶相を有する液晶ポリマーである請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。
【請求項５】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーが少なくともスメクチック液晶相を有する液晶ポリマーである請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。
【請求項６】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーが誘電率異方性が５以上を有する液晶ポリマーである請求項１乃至５のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。    
【請求項７】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーが誘電率異方性が１０以上を有する液晶ポリマーである請求項１乃至６のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。
【請求項８】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーのシアノ基、カルボニル基、ハロゲン基、ニトロ基およびヒドロキシル基から選ばれる置換基が基板に対して垂直方向に配向している請求項１乃至７のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。    
【請求項９】
前記有機半導体層が共役高分子化合物である請求項１乃至８のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。
【請求項１０】
前記共役高分子化合物の重量平均分子量が、５，０００から５００，０００である請求９記載の電界効果型有機トランジスタ。
【請求項１１】
前記有機半導体層が共役面を持つ有機化合物を含み、該有機化合物が共役面を電荷の移動方向に対して垂直に揃えて配列した有機半導体層である請求項１乃至１０のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界効果型有機トランジスタに関して、特に表示デバイス、情報タグ、ＩＣ等のエレクトロ分野に有用な有機半導体層を有する電界効果型有機トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
結晶シリコンテクノロジーを基盤としたシリコントランジスタに対抗すべく、有機半導体を利用したトランジスタの開発が盛んに行われている。有機半導体は有機材料の特徴である、軽量、柔軟性、多様性、堅牢性を備え、また１００℃前後の低温プロセスで形成できるほか、印刷、スピンコート等の液相プロセスによる製造方法が可能である。その為、結晶シリコン半導体ではなし得なかったプラスチック基板上への製造や大画面化が可能であり、フレキシブルな電子ペーパー、情報タグ等の新しいデバイスへの適用の期待が高まっている。しかしながら通常の有機半導体は移動度が１０-5〜１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓレベルとシリコン半導体に比べて一桁以上低く、高抵抗である為に、大電流が得られにくく、また動作周波数が低い等の問題点を抱えている。
【０００３】
高移動度を得るためには、有機半導体層を整然と並べ、共役平面の重なりができるだけ大きくなるようにすることが有効とされる。特許文献１では、フッ素系無定形ポリマーを酸化膜絶縁層上に積層し、ラビング法により有機半導体を並べて１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓレベルの移動度を得ている。また、特許文献２では、有機半導体を並べるために配向膜として液晶ポリマーを利用することを開示しているが具体的な構造の開示もなく、その具体的な効果についても一切明記されていない。
【０００４】
一方、電界効果有機トランジスタで得られる飽和領域のドレイン電流は下記の式（Ｉ）から求められる。
【０００５】
【数１】
2005072200.tif 000003
【０００６】
（式中、Ｉｄはドレイン電流（Ａ）、μは移動度（ｃｍ2／Ｖｓ）、Ｗはチャネル幅（ｃｍ）、Ｌはチャネル長（ｃｍ）、Ｃｉはゲート絶縁層の容量（Ｆ／ｃｍ2）、Ｖｇはゲート電圧（Ｖ）、Ｖｔｈはトランジスタの閾値電圧（Ｖ）を示し、ドレイン電流の平方根とゲート電圧の関係からドレイン電流Ｉｄ＝０に外挿することにより求めることができる。）
【０００７】
即ち、大電流を得るためには、有機半導体の移動度を向上させるだけでなくゲート絶縁層の容量を大きくすることも有効である。特許文献３では、ゲート絶縁層の容量を大きくするためにポリビニルアルコール、シアノエチルプルラン等、誘電率が５以上の有機ポリマーを利用しているが、移動度は１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓとまだ十分ではない。
【０００８】
また、スイッチングデバイスとして利用する場合、トランジスタがオンした時のソースドレイン両電極間を流れる電流とオフした時のソースドレイン両電極間を流れる電流の比（オンオフ比）が少なくとも１０4 以上、望ましくは１０6 以上が必要となる。しかしながら、有機半導体の場合、前述したように低移動度の為にオン電流が小さく、また有機半導体に含まれる不純物の影響で、オフ電流が大きい為に十分なオンオフ比が得られていない。従って実用特性を満足できる有機半導体を利用した電界効果型有機トランジスタは存在していないのが現状である。
【特許文献１】特開平０７−２２１３６７号公報（第６頁）
【特許文献２】特開平９−２３２５８９号公報（第４頁）
【特許文献３】特許２９８４３７０号公報（第９頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、上記の背景技術の課題を解決し、表示デバイス、情報タグ、ＩＣ等のエレクトロ分野において、移動度が大きくオンオフ比の高い、有機半導体層を有する新規な電界効果型有機トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はゲート絶縁膜として誘電率異方性を有する液晶ポリマーを用いることで、有機半導体の移動度を向上し、オンオフ比の改善された電界効果型有機トランジスタを提供するものである。
【００１１】
即ち、本発明は、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の３つの電極と、少なくとも一層からなるゲート絶縁層及び有機半導体層とを有する電界効果型有機トランジスタであって、該ゲート絶縁層の少なくとも一層が誘電率異方性を有する液晶ポリマーからなることを特徴とする電界効果型有機トランジスタである。
【００１２】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーがホモジニアス配向した誘電率異方性が負の液晶ポリマーであるのが好ましい。
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーがホメオトロピック配向した誘電率異方性が正の液晶ポリマーであるのが好ましい。
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーが少なくともネマチック液晶相を有する液晶ポリマーであるのが好ましい。
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーが少なくともスメクチック液晶相を有する液晶ポリマーであるのが好ましい。
【００１３】
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーが誘電率異方性が５以上を有する液晶ポリマーであるのが好ましい。
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーが誘電率異方性が１０以上を有する液晶ポリマーであるのが好ましい。
前記ゲート絶縁層の液晶ポリマーのシアノ基、カルボニル基、ハロゲン基、ニトロ基およびヒドロキシル基から選ばれる置換基が基板に対して垂直方向に配向しているのが好ましい。
【００１４】
前記有機半導体層が共役高分子化合物であるのが好ましい。
前記高分子化合物の重量平均分子量が、５，０００から５００，０００であるのが好ましい。
前記有機半導体層が共役面を持つ有機化合物を含み、該有機化合物が共役面を電荷の移動方向に対して垂直に揃えて配列した有機半導体層であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、表示デバイス、情報タグ、ＩＣ等のエレクトロ分野において利用可能な、移動度が大きくオンオフ比の高い電界効果型有機トランジスタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の電界効果型有機トランジスタの構造は、プレーナー型、スタガー型または逆スタガー型の何れにおいても有効であるが、プレーナー型を一例に図１を用いて本発明の電界効果型有機トランジスタの構造を説明する。
【００１７】
図１は本発明の電界効果型有機トランジスタの一例を示す断面模式図である。同図において、本発明の電界効果型有機トランジスタは、絶縁性基板１１上にゲート電極１２を配置し、その上にゲート絶縁層１３を配置し、更にその上にソース電極１５およびドレイン電極１４を配置し、その上に有機半導体層１６そして最上部に保護膜１７を配置してなるものである。
【００１８】
本発明の電界効果型有機トランジスタは、ゲート絶縁層として誘電率異方性を有する液晶ポリマーを用いて、その誘電率異方性の正負と液晶ポリマーの配向を規定することにより、（１）低電圧で大電流が得られる、（２）有機半導体の移動度が向上する、（３）オンオフ比が向上する、等に効果的であることを見出したものである。
【００１９】
本発明において、誘電率異方性とは、（液晶分子の長軸方向の誘電率）−（短軸方向の誘電率）の値を示し、誘電率異方性が「負」とは液晶分子の長軸方向の誘電率が短軸方向の誘電率よりも小さいことを示し、誘電率異方性が「正」とは液晶分子の長軸方向の誘電率が短軸方向の誘電率よりも大きいことを示す。
【００２０】
また、ホモジニアス配向とは液晶分子の光軸が基板に対して平行である配向、ホメオトロピック配向とは液晶分子の光軸が基板に対して垂直である配向を示す。
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】
前述の式（Ｉ）で示されるように、ドレイン電流はゲート絶縁層の容量、即ち誘電率に比例して大きくなるが、その誘電率はゲート絶縁層の膜厚方向の誘電率成分であって、面方向の誘電率が幾ら大きくてもドレイン電流には関与しない。従って、単に誘電率の大きいポリマーを利用するだけではなく、膜厚方向に誘電率が大きくなるように配向させることが重要である。即ち、誘電率異方性が負の液晶ポリマーはホモジニアス配向させることが膜厚方向に誘電率が大きくなり、誘電率異方性が正の液晶ポリマーはホメオトロピック配向させることが膜厚方向に誘電率が大きくなる。
【００２２】
また、有機半導体層を配向させる手法として、前述した特開平０７−２２１３６７号公報のラビング法があるが、これは溝に沿って有機半導体の分子方向を並べるだけであって、移動度に関与する共役平面を規定することはできない。本発明は、液晶骨格の双極子または置換基が整然と並んでいることにより、有機半導体の分子方向を並べるだけでなく、原子レベルでの相互作用により有機半導体の共役平面を一方向に並べることを可能としたものである。
【００２３】
本発明のゲート絶縁層として液晶ポリマーを用いた利点を述べると、（１）液晶相を有することでポリマーの配向制御が容易であること、（２）双極子を配向させることで膜厚方向に大きい誘電率を得ることができる（３）配向された液晶ポリマーと有機半導体とのミクロ領域での相互作用を利用することで有機半導体を微視的に配列させることが可能となる。
【００２４】
本発明で用いられる液晶ポリマーは液晶相を有するものであれば特に限定はされない。また、液晶ポリマー主鎖中に液晶骨格を有する主鎖型液晶ポリマー、あるいは側鎖中に液晶骨格を有する側鎖型液晶ポリマー、液晶デンドリマー等が挙げられ、その形状に限定はされない。また、液晶骨格の構成として、ベンゼン環、ピリジン環、ピリミジン環、シクロヘキサン環等が挙げられ、置換基としてアルキル基、アルコキシ基、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、フッ素、シアノ基、カルボニル基、ハロゲン基、ニトロ基、ヒドロキシル基、トリフルオロメチル基等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。液晶ポリマーの種類としてはポリビニル系、ポリアクリル系、ポリメタクリル系、ポリシロキサン系等が挙げられるがこれらに限定されるわけではない。
【００２５】
液晶ポリマーの大きさは、重量平均分子量が５，０００〜５００，０００の範囲のものが好ましい。
以下の構造式（Ｉａ）〜（ＩＶｅ）に誘電率異方性が負の液晶ポリマーの具体例を、構造式（Ｖａ）〜（ＶＩｅ）に誘電率異方性が正の液晶ポリマーの具体例を示す。
【００２６】
なお、液晶ポリマーの構造式中のＲは、炭素原子数が１〜１８であるアルキル基またはパーフルオロアルキル基を示す。但し、該アルキル基中の１つ以上のメチレン基はＣＯ、Ｏ、Ｓに置き換わってもよい。Ｘは単結合、ＣＯＯ、ＯＯＣ、ＣＨ2 ＯまたはＯＣＨ2 を示す。ｍは１〜２０までの整数を示す。ｎは１０〜１０００までの整数を示す。Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 はそれぞれ独立にＨ、ＣＮ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＮＯ2 、ＣＦ3 、ＣＨＦ2 、ＣＨ2 Ｆを示す。
【００２７】
【化１】
2005072200.tif 000004
【００２８】
【化２】
2005072200.tif 000005
【００２９】
【化３】
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【００３０】
【化４】
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【００３１】
【化５】
2005072200.tif 000008
【００３２】
【化６】
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【００３３】
また、本発明で用いられる液晶ポリマーをホモジニアス配向またはホメオトロピック配向させる手法としては特に限定はされないが、斜方蒸着法、ラビング法、延伸法、磁場法、電界法、光配向法等が挙げられる。
【００３４】
本発明の液晶ポリマーからなるゲート絶縁層を形成する方法は、液晶ポリマーをキャスティング法、スピンコ−ト法、浸漬コ−ト法、スクリ−ン印刷法、マイクロモ−ルド法、マイクロコンタクト法、ロ−ル塗布法、インクジェット法、ＬＢ法等の方法により行うことができる。
【００３５】
また、本発明で用いられるゲート絶縁層は一層または二層以上でもよく、液晶ポリマーまたは液晶ポリマーと他の絶縁性材料と組み合わせることでゲート絶縁層としても良い。他の絶縁性材料は特に限定はされないがＳｉＯ2 、ＳｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｔａ2 Ｏ5 等の無機材料、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン等の有機材料および有機無機ハイブリッド材料を用いることができる。
【００３６】
本発明で用いられる有機半導体層は、共役二重結合を有する共役化合物であれば特に限定されない。例えば以下に示す化合物が好適である。
ポリアセチレン誘導体、チオフェン環を有するポリチオフェン誘導体、ポリ（３−アルキルチオフェン）誘導体、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）誘導体、ポリチエニレンビニレン誘導体、ベンゼン環を有するポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、窒素原子を有するポリピリジン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリキノリン誘導体等の共役高分子化合物：
ジメチルセクシチオフェン、クオータチオフェンに代表されるオリゴマー：
ペリレン、テトラセン、ペンタセンに代表されるアセン類、銅フタロシアニン誘導体に代表される堆積有機分子、トリフェニレン誘導体に代表されるディスコチック液晶、フェニルナフタレン誘導体、ベンゾチアゾール誘導体に代表されるスメクチック液晶、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン−ビチオフェン）共重合体に代表される液晶ポリマー：
等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
また、好ましくは液相プロセスを利用できるという観点から、上記の共役構造を有する高分子化合物が好適である。例えば以下に示す構造の化合物が挙げられる。
【００３８】
【化７】
2005072200.tif 000010
【００３９】
（式中、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 はＨ、Ｆまたは炭素原子数が１〜２０のアルキル基またはアルコキシ基を示す。ｎは正の整数を示す。）
これらの共役高分子化合物の分子量は特に限定はされないが、溶媒に対する可溶性、成膜性等を考慮すると重量平均分子量が５，０００から５００，０００が好ましい。
【００４０】
また、本発明で用いられる有機半導体層はその電気伝導度を調整する為に適当なドーパントを含有していても良い。ドーパントの種類としてアクセプター性のＩ2 、Ｂｒ2 、Ｃｌ2 、ＩＣｌ、ＢＦ3 、ＰＦ5 、Ｈ2 ＳＯ4 、ＦｅＣｌ3 、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）、ドナー性のＬｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｅｕ、界面活性剤であるアルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩等があげられる。
【００４１】
本発明の電界効果型有機トランジスタは絶縁性基板上に製造されることが好ましく、絶縁性基板としては特に限定されないが、例えばガラス、石英等の無機材料のほかアクリル系、ビニル系、エステル系、イミド系、ウレタン系、ジアゾ系、シンナモイル系等の感光性高分子化合物、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン等の有機材料、有機無機ハイブリッド材料を用いることができる。また、これらの材料を２層以上積層させて用いることもでき、絶縁耐圧を上げる目的で効果がある。
【００４２】
さらに本発明で用いられるゲート電極、ソース電極およびドレイン電極は導電体であれば特に限定はされないが、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属材料、ポリシリコン、シリサイド、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ2 等の無機材料も好適であるが、ハイドープされたポリピリジン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンに代表される導電性高分子および炭素粒子、銀粒子等を分散した導電性インク等を用いることができる。特にフレキシブル電子ペーパー等に用いる場合、各電極は導電性高分子および炭素粒子、銀粒子等を分散した導電性インク等であるものが基板との熱膨張をそろえ易く好ましい。
【００４３】
これら各電極、ゲート絶縁層、有機半導体層の形成方法は特に限定はされないが有機材料の場合、電解重合法、キャスティング法、スピンコート法、浸漬コート法、スクリーン印刷法、マイクロモールド法、マイクロコンタクト法、ロール塗布法、インクジェット法、ＬＢ法等で形成することができる。また、用いる材料により真空蒸着法、ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等も有効な形成方法である。
【００４４】
また、これらはフォトリソグラフおよびエッチング処理により所望の形状にパターニングすることができる。その他、ソフトリソグラフ、インクジェット法も有効なパターニング方法である。また、必要に応じて各電極からの引出し電極や保護膜等を形成することができる。
【実施例１】
【００４５】
以下、実施例により本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
液晶ポリマーＡ
先ず、本発明の実施例に用いた液晶ポリマーＡを以下に示す。
【００４６】
【化８】
2005072200.tif 000011
【００４７】
この液晶ポリマーＡの合成は、“Ｊ．ＭＡＣＲＯＭＯＬ．ＳＣＩ．ＣＨＥＭ．”，Ａ２８（７），６５１（１９９１年）に記載の合成法に従って合成した。得られた液晶ポリマーの重量平均分子量は８１００であり、６８℃〜１０５℃にネマチック相を有していた。
【００４８】
次に、透明電極として厚さ７００ÅのＩＴＯ膜を形成した厚さ１．１ｍｍの一対のガラス基板を用意した。該基板の透明電極上に、一方の基板上にスペーサーとして、平均粒径２．４μｍのシリカビーズを散布し、均一なセルギャップのセルを作製した。このセルに液晶ポリマーＡを等方性液体状態で注入し、交流電界を印加しながら等方相から２０℃／ｈで冷却した。このセルを偏光顕微鏡でクロスニコル下、テクスチャーを観察した所、暗視野が得られ、液晶ポリマーＡがホメオトロピック配向していることが確認された。この状態で誘電率を測定したところ１５であった。誘電率は±１０ｍＶ，２０ＫＨｚのサイン波を印加し測定した値を示す。
【００４９】
また、同様の方法でセルを作製し、液晶ポリマーＡを等方性液体状態で注入する際に交流電界を加えないで等方相から２０℃／ｈで冷却した。このセルを偏光顕微鏡でクロスニコル下、テクスチャーを観察した所、液晶ポリマーＡがホモジニアス配向していることが確認された。この状態で誘電率を測定したところ３であった。
【００５０】
従って液晶ポリマーＡは誘電率異方性が正の材料であることが確認された。
液晶ポリマーＢ
次に本発明で用いた液晶ポリマーＢを以下に示す。
【００５１】
【化９】
2005072200.tif 000012
【００５２】
この液晶ポリマーＢの合成は、“Ｊ．ＭＡＣＲＯＭＯＬ．ＳＣＩ．ＣＨＥＭ．”，Ａ２８（７），６５１（１９９１年）に記載の合成法に従って合成した。得られた液晶ポリマーの重量平均分子量は９３００であり、６０℃〜９０℃にネマチック相を有していた。液晶ポリマーＡの時と同様の手法でホメオトロピック配向、ホモジニアス配向の誘電率を測定したところ、それぞれ１８と４であった。従って液晶ポリマーＢは誘電率異方性が正の材料であることが確認された。
【００５３】
液晶ポリマーＣ
更に本発明で用いた液晶ポリマーＣを以下に示す。
【００５４】
【化１０】
2005072200.tif 000013
【００５５】
この液晶ポリマーＣの合成は、“Ｊ．Ｌｉｑ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．”，１４（８），１５１９（１９９１年）に記載の合成法に従って合成した。得られた液晶ポリマーの重量平均分子量は１５２１００であり、３５℃〜８０℃にスメクチック相、８０℃〜１２９℃にネマチック相を有していた。次に液晶ポリマーＡの時と同様の手法でホメオトロピック配向、ホモジニアス配向の誘電率を測定したところ、それぞれ２と６であった。従って液晶ポリマーＢは誘電率異方性が負の材料であることが確認された。
【００５６】
次に、ゲート絶縁層に上記の液晶ポリマーを用いた実施例を示す。
図２は本発明の実施例に用いた電界効果型有機トランジスタを示す構成図である。ゲート電極２１としてｎ型に高ドープされたシリコン基板、ソース電極２３およびドレイン電極２４として金、ゲート絶縁層２２として液晶ポリマーＡを用いた。有機半導体層２５として以下に示す銅フタロシアニンを用いた。
【００５７】
【化１１】
2005072200.tif 000014
【００５８】
以下に作製手順を示す。シリコン基板上にヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）をスピンコート法で塗布した後、液晶ポリマーＡのクロロホルム溶液（０．１ｇ／ｍｌ）を同じくスピンコート法により塗布し、８０℃で６時間乾燥してゲート絶縁層を形成した。ここで、ガラス基板上に同じ条件で形成した液晶ポリマーＡを偏光顕微鏡下で観察したところ、クロスニコルでの暗視野が得られたことより、この液晶ポリマーＡがＨＭＤＳ処理ガラス基板上でホメオトロピック配向していることが確認された。従って、ＨＭＤＳ処理シリコン基板上においても液晶ポリマーＡはホメオトロピック配向していると推測される。
【００５９】
その上に金（５０ｎｍ）を真空蒸着し、チャネル長５０μｍ、チャネル幅１０ｍｍのソースドレイン両電極を作製した。更にその上に銅フタロシアニンを８×１０-6ｔｏｒｒの圧力下で蒸着基板から１０ｃｍ離した昇華金属用ボードから基板温度２５℃、平均昇華速度０．１ｎｍ／ｓで膜厚１００ｎｍになるまで堆積し有機半導体層を形成した。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで配線し、電界効果型有機トランジスタを作製した。ゲート電極とソース電極の容量から液晶ポリマーの誘電率を算出したところ１３であった。このことから液晶ポリマーＡがホメオトロピック配向していることが確認された。
【００６０】
次にゲート電圧を０Ｖ〜−５０Ｖ、ソース−ドレイン電極間の電圧０Ｖ〜−５０Ｖでのドレイン電流を測定し、移動度μを式（Ｉ）に従って算出した。また、オンオフ比はソース−ドレイン電極間の電圧を−３０Ｖ印加時のゲート電圧Ｖｇ＝−３０Ｖのドレイン電流とＶｇ＝０のドレイン電流の比で算出した。結果を以下に示す。
移動度μ＝１．２×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０6
【００６１】
比較例として、ゲート絶縁層にポリビニルアルコ−ルを用いる以外は、実施例１と同様に有機半導体層を形成した。実施例１と同様の方法で評価を行い移動度とオンオフ比を算出した。結果を以下に示す。
μ＝７．３×１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０4
【００６２】
従来の銅フタロシアニンを用いたトランジスタの移動度およびオンオフ比に比べて上記の結果は改善されている。これはホメオトロピック配向した液晶ポリマーの置換基であるシアノ基が基板に対して垂直方向に揃うために大きな誘電率が得られ、また銅フタロシアニンの共役面がドレイン−ソース電極方向に対して垂直に配向していることによるものと考えられる。
【実施例２】
【００６３】
図２は本発明の実施例に用いた電界効果型有機トランジスタを示す構成図である。ゲート電極２１としてｎ型に高ドープされたシリコン基板、ソース電極２３およびドレイン電極２４として金、ゲート絶縁層２２として以下に示す液晶ポリマーＡを用いた。有機半導体層２５として以下に示す位置規則ポリ３−ヘキシルチオフェンを用いた。
【００６４】
【化１２】
2005072200.tif 000015
【００６５】
以下に作製手順を示す。シリコン基板上にＨＭＤＳをスピンコート法で塗布した後、液晶ポリマーＡのクロロホルム溶液（０．１ｇ／ｍｌ）を同じくスピンコート法により塗布し、８０℃で６時間乾燥することでゲート絶縁層を形成した。その上に金（５０ｎｍ）を真空蒸着し、チャネル長５０μｍ、チャネル幅１０ｍｍのソースドレイン両電極を作製した。更にその上に位置不規則ポリ３−ヘキシルチオフェンのトルエン溶液（０．０１ｇ／ｍｌ）をスピンコート法により塗布して有機半導体層２６を形成した。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで配線し、電界効果型有機トランジスタを作製した。
【００６６】
次に、実施例１と同様の方法で評価を行い移動度とオンオフ比を算出した。結果を以下に示す。
移動度μ＝７．１×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０6
【実施例３】
【００６７】
図３は本発明の実施例に用いた電界効果型有機トランジスタを示す構成図である。ゲート電極３１としてｎ型に高ドープされたシリコン基板、ソース電極３４およびドレイン電極３５として金、ゲート絶縁層３２としてＳｉＯ2 、ゲート絶縁層３３として液晶ポリマーＢを用いた。有機半導体層３６として以下に示すジメチルセクシチオフェンを用いた。
【００６８】
【化１３】
2005072200.tif 000016
【００６９】
ジメチルセクシチオフェンの合成は、“Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，５，８９６，（１９９３年）に記載の合成法に従って合成したものを使用した。
以下に作製手順を示す。シリコン基板上に熱酸化膜ＳｉＯ2 を形成した。その上にＨＭＤＳをスピンコート法で塗布した後、液晶ポリマーＢのクロロホルム溶液（０．１ｇ／ｍｌ）を同じくスピンコート法により塗布し、７０℃で６時間乾燥することでゲート絶縁層を形成した。ここで、ガラス基板上に同じ条件で形成した液晶ポリマーＢを偏光顕微鏡下で観察したところ、クロスニコルでの暗視野が得られたことより、この液晶ポリマーＢがＨＭＤＳ処理ガラス基板上でホメオトロピック配向していることが確認された。従って、ＨＭＤＳ処理シリコン基板上においても液晶ポリマーＢはホメオトロピック配向していると推測される。
【００７０】
その上に金（５０ｎｍ）を真空蒸着し、チャネル長５０μｍ、チャネル幅１０ｍｍのソースドレイン両電極を作製した。更にその上にジメチルセクシチオフェンを５×１０-6ｔｏｒｒの圧力下で蒸着基板から１０ｃｍ離した昇華金属用ボードから、基板温度２５℃、平均昇華速度０．１ｎｍ／ｓで膜厚１００ｎｍになるまで堆積し有機半導体層を形成した。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで配線し、電界効果型有機トランジスタを作製した。ゲート電極とソース電極の容量から液晶ポリマーＢの誘電率を算出したところ１６であった。このことから液晶ポリマーＢがホメオトロピック配向していることが確認された。
【００７１】
次に、実施例１と同様の方法で評価を行い移動度とオンオフ比を算出した。結果を以下に示す。
移動度μ＝１．３×１０-1ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０7 
比較例として、ゲート絶縁層にポリビニルアルコ−ルを用いる以外は、実施例３と同様に有機半導体層を形成した。実施例１と同様の方法で評価を行い移動度とオンオフ比を算出した。結果を以下に示す。
μ＝４．３×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０5
【００７２】
従来のジメチルセクシチオフェンを用いたトランジスタの移動度およびオンオフ比に比べて上記の結果は改善されている。これはホメオトロピック配向した液晶ポリマーの置換基であるシアノ基が基板に対して垂直方向に揃うために，大きな誘電率が得られ、またジメチルセクシチオフェンの共役面がドレイン−ソース電極方向に対して垂直に配向していることによるものと考えられる。
【実施例４】
【００７３】
図２は本発明の実施例に用いた電界効果型有機トランジスタを示す構成図である。ゲート電極２１としてｎ型に高ドープされたシリコン基板、ソース電極２３およびドレイン電極２４として金、ゲート絶縁層２２として液晶ポリマーＣを用いた。有機半導体層２５として以下に示すペンタセンを用いた。
【００７４】
【化１４】
2005072200.tif 000017
【００７５】
以下に作製手順を示す。シリコン基板上に液晶ポリマーＣのクロロホルム溶液（０．１ｇ／ｍｌ）をスピンコート法により塗布し、８０℃で６時間乾燥することでゲート絶縁層を形成した。ここで、ガラス基板上に同じ条件で形成した液晶ポリマーＣを偏光顕微鏡下で観察したところ、液晶ポリマーＣがガラス基板上でホモジニアス配向していることが確認された。従って、シリコン基板上においても液晶ポリマーＣはホモジニアス配向していると推測される。
【００７６】
その上に金（５０ｎｍ）を真空蒸着し、チャネル長５０μｍ、チャネル幅１０ｍｍのソースドレイン両電極を作製した。更にその上にペンタセンを３×１０-6ｔｏｒｒの圧力下で蒸着基板から１０ｃｍ離した昇華金属用ボードから基板温度２５℃、平均昇華速度０．１ｎｍ／ｓで膜厚１００ｎｍになるまで堆積し有機半導体層を形成した。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで配線し、電界効果型有機トランジスタを作製した。ゲート電極とソース電極の容量から液晶ポリマーの誘電率を算出したところ６であった。このことから液晶ポリマーＣがホモジニアス配向していることが確認された。
【００７７】
次に、実施例１と同様の方法で評価を行い移動度とオンオフ比を算出した。結果を以下に示す。
移動度μ＝７．１×１０-1ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０8
【実施例５】
【００７８】
図２は本発明の実施例に用いた電界効果型有機トランジスタを示す構成図である。ゲート電極２１としてｎ型に高ドープされたシリコン基板、ソース電極２３およびドレイン電極２４として金、ゲート絶縁層２２として液晶ポリマーＣを用いた。有機半導体層２５として銅フタロシアニンを用いた。
【００７９】
以下に作製手順を示す。シリコン基板上に液晶ポリマーＣのクロロホルム溶液（０．１ｇ／ｍｌ）をスピンコート法により塗布し、８０℃で６時間乾燥することでゲート絶縁層を形成した。その上に金（５０ｎｍ）を真空蒸着し、チャネル長５０μｍ、チャネル幅１０ｍｍのソースドレイン両電極を作製した。更にその上に銅フタロシアニンを９×１０-6ｔｏｒｒの圧力下で蒸着基板から１０ｃｍ離した昇華金属用ボードから基板温度２５℃、平均昇華速度０．１ｎｍ／ｓで膜厚１００ｎｍになるまで堆積し有機半導体層を形成した。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで配線し、電界効果型有機トランジスタを作製した。次に、実施例１と同様の方法で評価を行い移動度とオンオフ比を算出した。結果を以下に示す。
移動度μ＝９．１×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０6
【実施例６】
【００８０】
図３は本発明の実施例に用いた電界効果型有機トランジスタを示す構成図である。ゲート電極３１としてｎ型に高ドープされたシリコン基板、ソース電極３４およびドレイン電極３５として金、ゲート絶縁層３２としてポリイミド、ゲート絶縁層３３として液晶ポリマーＣを用いた。有機半導体層３６としてペンタセンを用いた。
【００８１】
以下に作製手順を示す。シリコン基板上にポリアミック酸をスピンコート法で塗布した後２００℃で焼成しポリイミド膜を形成した。その表面を布で擦りラビング処理を施した。その上に液晶ポリマーＣのクロロホルム溶液（０．１ｇ／ｍｌ）を同じくスピンコート法により塗布し、７０℃で６時間乾燥することでゲート絶縁層を形成した。ここで、ガラス基板上に同じ条件で形成した液晶ポリマーＣを偏光顕微鏡下で観察したところ、この液晶ポリマーＣがポリイミド膜ラビング処理ガラス基板上でホモジニアス配向していることが確認された。従って、ポリイミド膜ラビング処理シリコン基板上においても液晶ポリマーＣはホモジニアス配向していると推測される。
【００８２】
その上に金（５０ｎｍ）を真空蒸着し、チャネル長５０μｍ、チャネル幅１０ｍｍのソースドレイン両電極を作製した。更にその上にペンタセンを５×１０-6ｔｏｒｒの圧力下で蒸着基板から１０ｃｍ離した昇華金属用ボードから基板温度２５℃、平均昇華速度０．１ｎｍ／ｓで膜厚１００ｎｍになるまで堆積し有機半導体層を形成した。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に０．１ｍｍφの金線を銀ペ  ーストで配線し、電界効果型有機トランジスタを作製した。次に、実施例１と同様の方法で評価を行い移動度とオンオフ比を算出した。結果を以下に示す。
移動度μ＝９．４×１０-1ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０8
【００８３】
比較例として、ゲート絶縁層にポリビニルアルコ−ルを用いる以外は、実施例６と同様に有機半導体層を形成した。実施例１と同様の方法で評価を行い移動度とオンオフ比を算出した。結果を以下に示す。
μ＝５．１×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ
オンオフ比＝１０6
【００８４】
従来のペンタセンを用いたトランジスタの移動度およびオンオフ比に比べて上記の結果は改善されている。これはホモジニアス配向した液晶ポリマーの置換基であるカルボニル基が基板に対して垂直方向に揃うために大きな誘電率が得られ、またペンタセンの共役面がドレイン−ソース電極方向に対して垂直に配向していることによるものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明はゲート絶縁膜として誘電率異方性を有する液晶ポリマーを用いることにより、有機半導体の移動度を向上し、オンオフ比の改善された電界効果型有機トランジスタを提供でき、この移動度が大きくオンオフ比の高い電界効果型有機トランジスタを表示デバイス、情報タグ、ＩＣ等のエレクトロ分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の電界効果型有機トランジスタの一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施例に用いた電界効果型有機トランジスタを示す構成図である。
【図３】本発明の実施例に用いた電界効果型有機トランジスタを示す構成図である。
【符号の説明】
【００８７】
１１  絶縁性基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁層
１４  ドレイン電極
１５  ソース電極
１６  有機半導体層
１７  保護膜
２１  ゲート電極
２２  ゲート絶縁層
２３  ソース電極
２４  ドレイン電極
２５  有機半導体層
３１  ゲート電極
３２  ゲート絶縁層
３３  ゲート絶縁層
３４  ソース電極
３５  ドレイン電極
３６  有機半導体層
【図１】
2005072200.tif 000018
【図２】
2005072200.tif 000019
【図３】
2005072200.tif 000020