(57)【要約】【課題】  有機ＦＥＴにおいて、簡易に閾値電圧を制御することができる電界効果型トランジスタを提供すること。【課題手段】  本発明の電界効果型トランジスタは、ソース電極３と、ドレイン電極４と、ソース電極３とドレイン電極４と間のチャネル層となる有機半導体層２と、有機半導体層２に電界を加えるように配置されたゲート電極１と、有機半導体層２とゲート電極１との間に形成されたゲート絶縁膜５とを備え、ゲート絶縁膜５と有機半導体層２との間に閾値制御層７が形成され、閾値制御層７によってゲート電圧の閾値が制御される。  本発明によれば、ゲート絶縁膜５と有機半導体層２との間に、閾値電圧を制御する閾値制御層７が形成されているので、閾値制御層７によってゲート電圧の閾値を制御することができる。【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、ドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極と間のチャネル層となる有機半導体層と、有機半導体層に電界を加えるように配置されたゲート電極と、有機半導体層とゲート電極との間に形成されたゲート絶縁膜とを備え、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に閾値制御層が形成され、閾値制御層によってゲート電圧の閾値が制御される電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、閾値制御層と、有機半導体層とをこの順で積層し、有機半導体層がチャネル層となるようにソース電極とドレイン電極を形成してなり、閾値制御層によってゲート電圧の閾値が制御される電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
閾値制御層は、電子供与性の材料で形成される請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
電子供与性の材料は、アミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、ヒドロキシ基、又はアルコキシ基を含む材料である請求項３に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
閾値制御層は、電子吸引性の材料で形成される請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
電子吸引性の材料は、カルボキシル基、アセチル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、又はホルミル基を含む材料である請求項５に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
閾値制御層は、電子供与性又は電子吸引性の官能基を有する有機シラン化合物によって形成される請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
閾値制御層は、ゲート絶縁膜をアッシング処理した後に、電子供与性又は電子吸引性の官能基を有する有機シラン化合物によって形成される請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
閾値制御層は、ゲート絶縁膜をＵＶオゾン処理した後に、電子供与性又は電子吸引性の官能基を有する有機シラン化合物によって形成される請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
閾値制御層は、ゲート絶縁膜のプラズマ処理によって形成される請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
プラズマ処理は、フッ素又は窒素を含むガスを用いて行われる請求項１０に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
ゲート絶縁膜は、有機物薄膜からなる請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか１つに記載された電界効果型トランジスタを、画素のスイッチング素子として用いた画像表示装置。
【請求項１４】
請求項１〜１２の何れか１つに記載された電界効果型トランジスタを、論理回路のスイッチング素子として用いた半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ）に関し、特に有機半導体材料を含む有機ＦＥＴの構造及び製造方法に関する。さらに有機ＦＥＴを用いて作製された半導体装置や表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機電界効果型トランジスタ（有機ＦＥＴ）は、プラスチック回路、とりわけディスプレイのアクティブ素子及び携帯用コンピュータのキーデバイスとなることが期待されている。
【０００３】
特に、有機ＦＥＴの製造方法は、従来のシリコン半導体の製造方法より簡便になることが期待されている。これは、シリコン半導体の形成に必要となる化学気相成長装置（ＣＶＤ）のような高額な装置が、有機電界効果型トランジスタの製造方法においては、必要でなくなる可能性があるからである。
【０００４】
また、有機電界効果型トランジスタの製造方法においては、プロセス温度が、従来のシリコン半導体プロセス温度に比べて、低温化でき、基板選択の幅を広げることができる。特にプラスチック基板にも有機電界効果型トランジスタを形成することが可能になり、フレキシブルな基板、湾曲した基板上にも有機電界効果型トランジスタを形成できる。さらに、基板についても、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のような安価な基板を使用できるようになる。このように、有機ＦＥＴは、従来のＦＥＴに対して、多くの利点を備えている。
【０００５】
図８に、従来の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）の概略構成の断面図を示す。電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）は、一般に、図８に示すように、基板５６上に、ゲート電極５１、ゲート絶縁膜５５が形成され、ゲート絶縁膜５５の上に半導体層５２が形成され、さらに、半導体層５２の両側に、ソース電極５３とドレイン電極５４が形成されてなる。
【０００６】
ゲート電極５１に印加する電圧を変えることで、スイッチング動作が行われる。すなわちゲート電圧を変化させることにより、ゲート絶縁膜５５と半導体層５２の界面近傍の半導体層５２中の電荷量を過剰、あるいは不足にして、ソース電極５３／半導体層５２／ドレイン電極５４間に流れるドレイン電流を変えて、スイッチングを行う。
【０００７】
また、有機ＦＥＴの製造方法が、特許文献１に記載されている。ここでは、ゲート絶縁層表面の接触角を制御することで、比較的高移動度を有する有機薄膜トランジスタを実現している。具体的には、フッ素ポリマーをデッィプ法によって、ゲート絶縁膜上に形成して、高移動度の有機薄膜トランジスタを実現している。
【０００８】
また、非特許文献１は、垂直配向膜の一種であるオクタデシルトリクロロシランを塗布したゲート絶縁膜表面上に２層のペンタセン蒸着膜を形成して、高性能の有機ＴＦＴを得ることを開示している。この場合、ＴＦＴ特性評価には、ドレイン電圧が−８０Ｖ、ゲート電圧が−１００Ｖに用いられており、実際のデバイスへの応用は難しい。
【特許文献１】特開２００１−９４１０７号公報
【非特許文献１】Y-Y.Lin, D.J.Gundlach, S.F.Nelson, and T.N.Jackson, IEEE Electron Devices Letters, Vol.18,No.12 P.P. 606-608(1997)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
有機ＦＥＴは、ゲート絶縁膜表面に沿った方向にチャネル層を形成し、ソース電極からドレイン電極にキャリアを運ぶことで、トランジスタ動作を制御する。有機ＦＥＴを用いたデバイスを設計する際に、トランジスタのオン／オフの閾値電圧を制御（調節）できれば便利である。
【００１０】
従来のシリコンを使ったトランジスタでは、その製造工程の中にイオン注入工程があり、この工程でのイオン注入量によって、シリコン中の不純物濃度を制御することで、任意に、閾値電圧を制御することができる。しかし、有機ＦＥＴでは、一般に、その製造工程の中にイオン注入工程がないため、有機半導体層に含まれる不純物濃度を制御することにより、その閾値電圧を制御することは困難である。
【００１１】
本発明は、係る事情を考慮してなされたものであり、有機ＦＥＴにおいて、簡易に閾値電圧を制御することができる電界効果型トランジスタを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電界効果型トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極と間のチャネル層となる有機半導体層と、有機半導体層に電界を加えるように配置されたゲート電極と、有機半導体層とゲート電極との間に形成されたゲート絶縁膜とを備え、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に閾値制御層が形成され、閾値制御層によってゲート電圧の閾値が制御される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に閾値制御層が形成されいるので、閾値制御層によってゲート電圧の閾値を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の電界効果型トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極と間のチャネル層となる有機半導体層と、有機半導体層に電界を加えるように配置されたゲート電極と、有機半導体層とゲート電極との間に形成されたゲート絶縁膜とを備え、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に閾値制御層が形成され、閾値制御層によってゲート電圧の閾値が制御される。
【００１５】
具体的には、本発明の電界効果型トランジスタは、例えば、基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、閾値制御層と、有機半導体層とをこの順で積層し、有機半導体層がチャネル層となるようにソース電極とドレイン電極を形成してなり、閾値制御層によってゲート電圧の閾値が制御される。
【００１６】
さらに具体的には、本発明の第１の形態に係る電界効果型トランジスタ（ボトムコンタクト型）は、例えば、図１に示すように、基板上６に、ゲート電極１と、ゲート絶縁膜５と、閾値制御層７と、有機半導体層２とをこの順で積層し、有機半導体層２がチャネル層となるように、ゲート絶縁膜５上にソース電極とドレイン電極３、４を形成してなる。また、本発明の第２の形態に係る電界効果型トランジスタ（トップコンタクト型）は、例えば、図２に示すように、基板上６に、ゲート電極１と、ゲート絶縁膜５と、閾値制御層７と、有機半導体層２とをこの順で積層し、有機半導体層２がチャネル層となるように、有機半導体層２上にソース電極とドレイン電極３、４を形成してなる。
【００１７】
以下、本発明の電界効果型トランジスタの各構成要素について詳しく説明する。
【００１８】
＜基板＞
基板には、ガラス基板、プラスチック基板、又はシリコン基板等が使用できる。好ましくは、一連の製造工程の実施によっても、寸法変化が少ない基板がよい。また、完成したデバイスにフレキシビリティを与えるためには、折り曲げ可能なものがより好ましい。例えば、ＰＥＳ基板、ポリイミド基板、又はＰＥＴ基板等が使用できる。
【００１９】
＜ゲート電極＞
ゲート電極は、金、白金、アルミニウム、ニッケル、銅、若しくはチタンなどの金属、ｎ型半導体、又はｐ型半導体などを用いて形成することができる。ゲート電極の材料に半導体を用いる場合、あらかじめ不純物をドーピングしたものを用いてゲート電極を形成してもよく、ゲート電極を形成した後に、不純物のドーピングを行ってもよい。
【００２０】
＜ゲート絶縁膜＞
ゲート絶縁膜は、ゲート電極からチャネル層への漏れ電流が小さくなるように、膜厚は薄く、その誘電率は高い方が好ましい。チャネル層にゲートの電界を効果的に伝えることができるからである。
【００２１】
ゲート絶縁膜には、ＳｉＯ2膜、又はＳｉＮ膜などの無機絶縁膜などが使用できる。また、スピンオングラス膜（ＳＯＧ）も使用できる。また、有機半導体層を使用するので、ゲート絶縁膜も有機物を用いて形成することが好ましい。また、有機物からなるゲート絶縁膜は、ポリビニルフェノール、ノボラック樹脂、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、又はポリイミドなどを用いて形成することができる。これらの有機物で、元来ポリマー骨格にＯＨ基を有さないポリマーの場合、ＯＨ基を有するモノマーとの共重合体を使うことは有効である。例えば、スチレンとヒドロキシスチレンの共重合体、又はアクリル酸とメタアクリレートとの共重合体を用いることが可能である。
【００２２】
＜ソース電極及びドレイン電極＞
ソース電極、及びドレイン電極は、有機半導体層とオーミック接触できる材料で形成することが好ましい。しかし、ショットキー接触になってしまう材料であってもその障壁が低いものであれば使用することができる。具体的には、ソース電極、及びドレイン電極は、金、白金、アルミニウム、ニッケル、銅、若しくはチタンなどの金属、又はＰＥＤＯＴ、若しくはポリアニリンなどの有機導電材料などを用いて形成することができる。また、好ましくは、有機半導体層にキャリア注入しやすくするために、電極の仕事関数と有機半導体材料のフェルミ準位が近いものがより好ましい。
【００２３】
＜有機半導体層＞
チャネル層となる有機半導体層には、さまざまな有機材料を使うことができる。
【００２４】
ｎチャネルトランジスタ用の材料としては、フラーレン（Ｃ60），ピリジン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類及びその誘導体によるラダーポリマー、シアノ−ポリフェニレンビニレンなどの高分子、フッ素化無金属フタロシアニン、フッ素化金属フタロシアニン類及びその誘導体、ペリレン及びその誘導体（ＰＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＩなど）、ナフタレン誘導体（ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤＩなど）、並びにバソキュプロイン及びその誘導体などの低分子が挙げられる。
【００２５】
ｐチャネルトランジスタ用の材料として、チオフェン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フェニレン−ビニレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フルオレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフラン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、チエニレン−ビニレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、トリフェニルアミンなどの芳香族第３級アミン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、カルバゾール及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ビニルカルバゾール及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロール及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、イソチアナフェン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ヘプタジエン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマーなどの高分子、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン類及びそれらの誘導体、ジアミン類、フェニルジアミン類及びそれらの誘導体、ペンタセンなどのアセン類及びその誘導体、ポルフィリン、テトラメチルポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、テトラベンズポルフィリン、モノアゾテトラベンズポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィン、トリアゾテトラベンズポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、オクタアルキルチオポルフィラジン、オクタアルキルアミノポルフィラジン、ヘミポルフィラジン、クロロフィル等の無金属ポルフィリンや金属ポルフィリン及びそれらの誘導体、シアニン色素、メロシアニン色素、スクアリリウム色素、キナクリドン色素、アゾ色素、アントラキノン、ベンゾキノン、ナフトキノン等のキノン系色素などの低分子が挙げられる。
【００２６】
金属フタロシアニンや金属ポルフィリンの中心金属としては、マグネシウム、亜鉛、銅、銀、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、白金、鉛などの金属、金属酸化物、及び金属ハロゲン化物が挙げられる。
【００２７】
半導体層としては、上記の材料が、単体でも用いられるが、上記材料が適当なバインダ材料に分散混合されたものを用いることも可能である。また、適当な高分子の主鎖中や側鎖に、上記の低分子を組み込んだ材料などが用いられる。前記のバインダ材料あるいは主鎖となる高分子としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、変性エーテル型ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、セルロース樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂など及びこれらの共重合体、並びにポリビニルカルバゾールやポリシランなどの光導電ポリマーなどが挙げられる。
【００２８】
＜閾値制御層＞
本発明において、最も重要なのは閾値制御層である。閾値制御層は、単分子層であっても、分子の集合体であっても、原子層であってもよい。何れの場合も、閾値制御層は、閾値制御の機能を発揮する。また、分子が配向して、電子求引性または電子供与性の官能基が、有機半導体層と接していることが好ましい。この場合、閾値制御層が有機半導体層に及ぼす影響が大きくなるからである。
ゲート電圧の閾値、すなわち、閾値電圧の制御は、例えば、閾値制御層を形成するのに用いる材料、閾値制御層の厚さ、又は閾値制御層を形成する分子若しくは原子の密度などを変化させることによって行う。
【００２９】
閾値制御層は、電子供与性又は電子吸引性の材料などからなる。閾値制御層が電子供与性の材料からなる場合、閾値制御層は、有機半導体層に電子を供与し、有機半導体層に負の電荷を与える。有機半導体層に負の電荷を与えると、有機半導体層中には、ｐチャネルが形成されにくくなり、ｎチャネルが形成されやすくなる。従って、ｐチャネル電界効果型トランジスタでは、電子供与性の材料からなる閾値制御層を設けると、ｐチャネルを形成するのに、通常よりも大きな負の電位をゲート電極に印加することが必要となり、閾値電圧が負の方向にシフトする。また、一方、ｎチャネル電界効果型トランジスタでは、電子供与性の材料からなる閾値制御層を設けると、ｎチャネルを形成するのに、通常よりも小さな正の電位をゲート電極に印加すれば足りるようになり、閾値電圧が負の方向にシフトする。
【００３０】
また、閾値制御層が電子吸引性の材料からなる場合、閾値制御層は、有機半導体層から電子を吸引し、有機半導体層に正の電荷を与える。有機半導体層に正の電荷を与えると、有機半導体層中には、ｐチャネルが形成されやすくなり、ｎチャネルが形成されにくくなる。従って、ｐチャネル電界効果型トランジスタでは、電子吸引性の材料からなる閾値制御層を設けると、ｐチャネルを形成するのに、通常よりも小さな負の電位をゲート電極に印加すれば足りるようになり、閾値電圧が正の方向にシフトする。また、一方、ｎチャネル電界効果型トランジスタでは、電子吸引性の材料からなる閾値制御層を設けると、ｎチャネルを形成するのに、通常よりも大きな正の電位をゲート電極に印加することが必要となり、閾値電圧が正の方向にシフトする。
【００３１】
電子供与性の材料は、具体的には、ジメチルアミノ基、モノメチルアミノ基、アミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基（メチルチオ基、若しくはエチルチオ基など）、ヒドロキシ基、又はアルコキシ基などの電子供与性を有する官能基を含む材料である。そして、この官能基は、ベンゼン環、ナフタレン環、飽和炭化水素、又は不飽和炭化水素などにつながる。
【００３２】
また、電子求引性の材料は、具体的には、カルボキシル基、アセチル基、アルコキシカルボニル基（エトキシカルボニル基など）、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子（フッ素原子、塩素原子、若しくは臭素原子など）、ホルミル基、エステル類、ケトン類、又はアルデヒド基などの電子求引性を有する官能基を含む材料である。そして、この官能基は、ベンゼン環、ナフタレン環、飽和炭化水素、又は不飽和炭化水素などにつながる。
【００３３】
閾値制御層は、例えば、シランカップリング剤を用いて形成することができる。本発明で用いるシランカップリング剤は、例えば、その一端に、カップリング反応を引き起こす官能基を備え、その他端に、電子供与性又は電子供与性の官能基を備える。両者は、ベンゼン環、ナフタレン環、飽和炭化水素、又は不飽和炭化水素などで結合される。すなわち、閾値制御層は、電子供与性又は電子吸引性の官能基を有する有機シラン化合物などによって形成される。カップリング反応を引き起こす官能基は、カップリング反応によりゲート絶縁膜に結合し、これにより、電子供与性又は電子供与性の官能基が有機半導体層の方向を向くので、電子供与性又は電子供与性の官能基は、効果的に有機半導体層に作用し、トランジスタの閾値電圧が制御される。また、閾値電圧の制御は、例えば、ゲート絶縁膜表面を被覆するシランカップリング剤の密度を変えることによって行う。
【００３４】
カップリング反応を引き起こす官能基として、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、ジメトキシシリル基、ジエトキシシリル基、モノメトキシシリル基、モノエトキシシリル基、クロルシリル基、ジメチルアミノシリル基、モノメチルアミノシリル基、トリメチルアミノシリル基、アミノシリル基、又はシラザン系などを用いることができる。カップリング反応を引き起こす官能基は、反応の相手となる基材に応じて選択することができる。
【００３５】
ＳｉＯ2膜、又はＳｉＮ膜などの無機絶縁膜を使用する場合、ゲート絶縁膜表面のＯＨ基と反応を引き起こすため、反応活性の高い官能基であるクロルシリル基、ジメチルアミノシリル基、モノメチルアミノシリル基、トリメチルアミノシリル基、アミノシリル基、シラザン系を用いることが好ましい。但し、その他の官能基であっても高温の反応条件で反応させることは可能である。
【００３６】
一方、有機物からなるゲート絶縁膜を使用する場合、反応活性の低い官能基であるトリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、ジメトキシシリル基、ジエトキシシリル基、モノメトキシシリル基、モノエトキシシリル基などを用いることが好ましい。なぜなら、これらの官能基を有するシランカップリング剤は、安定性に優れるからである。
【００３７】
具体的に、以下に例示するシランカップリング剤を用いることができる。
【００３８】
電子供与性の閾値制御層として、テトラエトキシシラン若しくはテトラメトキシシランなどのアルコキシシラン類、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルヂメチルエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン類、又は３―メルカプトプロピルトリエトキシシランのメルカプト類を用いることが出来る。
【００３９】
一方、電子求引性の閾値制御層としては、アセトキシエチルトリメトキシシラン、アセトキシエチルトリエトキシシラン、若しくはアセトキシメチルトリエトキシシランなどのエステル系のシランカップリング剤、クロロメチルトリエトキシシラン若しくは３−クロロプロピルトリメトキシシランなどの塩素を含むシランカップリング剤、シアノエチルトリメトキシシラン、シアノエチルトリエトキシシラン、若しくはシアノプロピルトリメトキシシラン、シアノプロピルトリエトキシシランなどのシアノ基を含むシランカップリング剤、又はトリエトキシフロオロシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラハイドロオクチルトリエトキシシラン、パーフルオロドデシルトリエトキシシラン、若しくはペンタフルオロフェニルトリエトキシシランなどのフッ素を含むシランカップリング剤を用いることが出来る。
【００４０】
また、電子供与性、電子求引性の中間にあるシランカップリング剤についても開示する。このシランカップリング剤を用いて、閾値を調整することができる。その具体例として、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、又はトリメチルシリルジメチルアミンなどを用いることが出来る。
【００４１】
閾値制御層は、ゲート絶縁膜表面に電子求引性または電子供与性の層を形成することによっても、形成することができる。
【００４２】
電子求引性の層として、ゲート絶縁膜をフロロカーボン系のガスを用いてプラズマ処理することで、ゲート絶縁膜表面にフロロカーボンの薄膜を形成させる。より具体的には、ＣＦ4、またはＣＨＦ3などのフッ素を含むガスをチャンバーに導入し、高周波電界によりガスをプラズマ化し、ゲート絶縁膜表面にフロロカーボン膜を形成する。一方、電子供与性の層として、窒素またはアンモニア系のガスを用いてプラズマ処理することで、ゲート絶縁膜表面に窒素を導入することで、電子供与性の層を形成できる。より、具体的には、Ｎ2、またはＮＨ3などの窒素を含むガスをチャンバーに導入し、高周波電界によりガスをプラズマ化し、ゲート絶縁膜表面に窒素を導入する。この方法で窒素を含む電子供与性の層が形成できる。これらの方法で、閾値制御層を形成し、閾値電圧を制御することができる。
【００４３】
＜本発明のＦＥＴの製造方法＞
図１に示した構造を例に採り、本発明のＦＥＴの製造方法について説明する。
【００４４】
まず、基板６の上に、アルミニウムなどからなるゲート電極１を形成する。アルミニウム電極は、エッチング法またはリフトオフ法で形成可能である。
【００４５】
次に、ゲート絶縁膜５を、スピンコート法を用いて、ゲート電極１上に形成する。このとき、基板６の上にゲート絶縁膜５が形成されても、問題はない。ゲート絶縁膜５は、前記したようにポリイミド、ポリビニルフェノール、ノボラック樹脂、ＰＭＭＡ、又はＰＭＡＡなどのポリマーなどを用いて形成することができる。また、ゲート絶縁膜５には、ＳｉＯ2、ＳｉＮ等の無機材料も使用できる。
【００４６】
次に、、ゲート絶縁膜５の上に、エッチング法またはリフトオフ法でソース電極３及びドレイン電極４を形成する。
【００４７】
次に、ゲート絶縁膜５の上に閾値制御層を形成する。その後、有機半導体層２を形成する。シランカップリング剤を用いた閾値制御層の形成方法の処理条件は、用いるシランカップリング剤に依存して変わる。揮発性の高いシランカップリング剤を用いる場合は、原料となるシランカップリング剤を気相で供給することもできる。液体のシランカップリング剤を直接ゲート絶縁膜上に塗布して改質することも可能である。固体のシランカップリング剤を用いる場合、その固体を溶媒に溶解させて、その溶液を直接ゲート絶縁膜上に塗布して改質することも可能である。更に、固体のシランカップリング剤を用いる場合、その固体と被処理基板を同一の反応チャンバーに入れておき、加熱することで、固体が気化して、被処理基板の表面を処理することも可能である。反応条件としては、反応温度が重要であり、反応温度が高い方が、反応が進行しやすい。また、揮発性の高いシランカップリング剤を用いるときは、室温でも反応する。
【００４８】
また、閾値制御層形成前に前処理を行うことも有効である。実際の前処理は、閾値制御層形成前にアッシング処理、ＵＶオゾン処理を行うことが効果的である。これにより、ゲート絶縁膜表面が清浄になり、後のシランカップリング剤処理が容易に起こるようになる。特に、アッシング処理、ＵＶオゾン処理を行うことにより、ゲート絶縁膜表面に水酸基を生成することができ、その水酸基が、シランカップリング剤の反応サイトになる。特に前処理が有効なのは、ゲート絶縁膜にポリスチレン、ポリメチルメタアクリレートのようなＯＨ基を含まないゲート絶縁膜を使用する場合である。なぜなら、これにより、ゲート絶縁膜の前処理によって、ゲート絶縁膜表面にシランカップリング剤の反応サイトを形成することが出来るからである。この反応サイトは、ＯＨ基のみならず、表面のダングリングボンドなどの反応活性点からなる。また、前処理とシランカップリング剤処理を連続で行うことも有効である。特に前処理がアッシングの場合、アッシングは真空中で行われるので、アッシング後、ゲート絶縁膜表面を大気に曝すことなく、シランカップリング剤処理を行うことも有効である。
【００４９】
次に、チャネル層としての有機半導体層２を、ソース電極３、ドレイン電極４間に、塗布または蒸着により形成する。
【実施例１】
【００５０】
（ｐチャネルＦＥＴ、電子供与性の閾値制御層）
ここでは、上記のような製造方法で作成した図１のような構造のｐチャネルＦＥＴの具体的な特性について説明する。
【００５１】
ここで、ＦＥＴは、次のような材料を用いて形成した。
（ａ）基板６：ガラス
（ｂ）ゲート電極１：アルミニウム、膜厚＝２００ｎｍ、
ゲート長（＝距離Ｌ）＝５μｍ
ゲート幅（チャネル幅）＝１００μｍ
（ｃ）ゲート絶縁膜５：ポリビニルフェノール、膜厚１００ｎｍ、
（ｄ）ソース電極３：下層＝チタン５０ｎｍ、上層＝金２００ｎｍ
（ｅ）ドレイン電極４：下層チタン５０ｎｍ、上層＝金２００ｎｍ
（ｆ）閾値制御層７：３−アミノプロピルトリメトキシシラン（電子供与性の閾値制御層）
反応条件：１００℃６０分、シランカップリング剤と基板を同一チャンバー内に保      持
（ｇ）有機半導体層２：ペンタセン、膜厚（Ｔ）＝５０ｎｍ
【００５２】
ソース電極３とドレイン電極４との距離Ｌ（チャネル長）は５μｍとする。ソース電極３とドレイン電極４のそれぞれの幅（チャネル幅）は１００μｍとする。チャネル幅は、図１では、紙面に垂直な方向のそれぞれの電極の長さである。
また、ソース電極３とドレイン電極４とは、どちらも２層構造の電極として形成する。すなわち、基板６との密着をよくするために、下層にチタンを形成し、その上層に金を形成する。
【００５３】
閾値制御層７は、基板６上にゲート電極１、ゲート絶縁膜５、ソース電極３及びドレイン電極４が形成された基板と室温で固体である３−アミノプロピルトリメトキシシランを反応チャンバーにセットして、反応チャンバーを１００℃６０分の条件で加熱することにより、ゲート絶縁膜５上に形成する。閾値制御層７は、この条件では、ゲート絶縁膜５全面を被覆する単分子層になる。反応温度は、気化温度以上であれば、反応が進行する。このシランカップリング剤の場合、９０℃〜１２０℃の範囲が好ましい。反応時間については、４０分以上であればゲート絶縁膜全面を被覆できる。
【００５４】
有機半導体層２は、基板を室温に保ち、真空度１０-4Ｐａで、ペンタセンを蒸着レート１ｎｍ／分で蒸着した。有機半導体層の結晶状態は、多結晶であった。
【００５５】
このような構造のＦＥＴの各電極に所定の電位を与えることにより、トランジスタとしてのオンオフ動作をさせる。
【００５６】
有機半導体層２とゲート絶縁膜５の界面に形成された閾値制御層７を図３で説明する。
シランカップリング反応により、３−アミノプロピルトリメトキシシランのメトキシ基が外れて、シリル基がゲート絶縁膜５に結合し、ゲート絶縁膜５の表面を覆う。このとき、アミノ基は、有機半導体層２の方向を向き、有機半導体層２と接触している。
【００５７】
このトランジスタの特性を、図４を用いて説明する。ここで、トランジスタは、常時、ソース電極３を接地し、ドレイン電極４（Ｖｄ）に−１０Ｖを印加しておくとする。
【００５８】
ゲート電極１に印加するゲート電圧Ｖｇを１０Ｖから−１０Ｖまで変化させたときのドレイン電流（Ｉｄ）は、図４（ａ）の１１のような特性を示す。ゲート電圧（Ｖｇ）−２Ｖで徐々にドレイン電流が観測され、Ｖｇの変化と共に急激にドレイン電流が増加する。また、図４（ｂ）にドレイン電流の平方根をとり、ゲート電圧に対してのプロットを示す。この図の直線の立ち上がりが閾値電圧として定義できる。このトランジスタの閾値電圧は−４Ｖであった。また、オンオフ比についても求める。Ｖｇ＝１０Ｖ、Ｉｄ＝２ｐＡであり、非常に低いオフ電流が得られている。Ｖｇ＝−１０Ｖ、Ｉｄ＝２μＡをオン電流とし、ゲート電圧差２０Ｖで規定するオンオフ比は、１０6となり、非常に良好な値が得られた。
【００５９】
従来例として、ゲート絶縁膜５と有機半導体層２の間に閾値制御層を形成しない場合、そのＦＥＴの特性を、図４の１２に示す。Ｖｇ＝８Ｖで徐々にドレイン電流が観測され、Ｖｇの変化と共に急激にドレイン電流が増加する。また、オンオフ比についても求める。Ｖｇ＝１０Ｖ時のドレイン電流をオフ電流とするとＩｄ＝１０ｐＡとなる。また、オン電流は、Ｖｇ＝−１０Ｖ、Ｉｄ＝２μＡであり、オンオフ比をゲート電圧差２０Ｖ（Ｖｇ＝１０ＶとＶｇ＝−１０Ｖ）で規定すると、オンオフ比は２×１０5となり、閾値制御層を用いないトランジスタと比べて、５倍悪い値になった。また、このトランジスタの閾値電圧は６Ｖであった。さらに、図４（ｂ）からわかるように、このトランジスタのオフ電流が閾値制御層を用いたトランジスタのオフ電流より大きいために、グラフの傾きが小さくなっている。このことは、トランジスタの移動度が低いこととサブスレショルド係数が大きいことを示し、トランジスタの特性としては好ましくない。
【００６０】
すなわち、本実施例によると、電子供与性の閾値制御層を設けることにより、閾値電圧が負の方向にシフトし、また、オンオフ比が向上した。これらの現象は、次に示す理由により生じたものと思われる。これについて、図７（ａ）を用いて説明する。
【００６１】
まず、閾値電圧が負の方向にシフトした理由について説明する。閾値制御層７が電子供与性の材料からなるので、閾値制御層７は、有機半導体層２に電子（図７（ａ）中、「ｅ」で示す。）を供与し、有機半導体層２に負の電荷を与える。有機半導体層２に負の電荷を与えると、有機半導体層２中には、ｐチャネルが形成されにくくなる。従って、ｐチャネルを形成するのに、通常よりも大きな負の電位をゲート電極に印加することが必要となり、閾値電圧が負の方向にシフトしたと思われる。
【００６２】
次に、オンオフ比が向上した理由、特にオフ電流が小さくなった理由について説明する。ペンタセンからなる有機半導体層２中には、通常、少量の正孔からなるキャリアが存在し、オフ電流が発生する原因となっていると考えられる。上述の通り、閾値制御層７は、有機半導体層２に電子を供与し、供与された電子は、有機半導体層２中の正孔と結合し、両者とも消滅する。これにより、有機半導体層２中のキャリアが減少し、オフ電流が小さくなったと思われる。
【実施例２】
【００６３】
（ｐチャネルＦＥＴ、電子求引性の閾値制御層）
ここでは、図１のような構造のｐチャネルＦＥＴの具体的な特性について説明する。
【００６４】
実施例１に示した基板と同一基板を用い、閾値制御層は異なるものを用いた。
（ｆ）閾値制御層７：３−シアノプロピルトリメトキシシラン（電子求引性の閾値制御層）
反応条件：１００℃６０分、シランカップリング剤と基板を同一チャンバー内に保      持
（ｇ）有機半導体層２：ペンタセン、膜厚（Ｔ）＝５０ｎｍ
【００６５】
有機半導体層２とゲート絶縁膜５の界面に形成された閾値制御層７を図５で説明する。
閾値制御層７は、基板６上に、ゲート電極１、ゲート絶縁膜５、ソース電極３及びドレイン電極４が形成された基板と、室温で固体である３−シアノプロピルトリメトキシシランを反応チャンバーにセットして、反応チャンバーを１００℃６０分の条件で加熱することにより、ゲート絶縁膜５上に形成する。閾値制御層７は、この条件では、ゲート絶縁膜５全面を被覆する単分子層になる。反応温度は、気化温度以上であれば、反応が進行する。このシランカップリング剤の場合、９０℃〜１２０℃の範囲が好ましい。反応時間については、４０分以上であればゲート絶縁膜全面を被覆できる。
【００６６】
このような構造のＦＥＴの各電極に所定の電位を与えることにより、トランジスタとしてのオンオフ動作をさせる。
【００６７】
シランカップリング反応により、３−シアノプロピルトリメトキシシランのメトキシ基が外れて、シリル基がゲート絶縁膜５に結合し、ゲート絶縁膜５の表面を覆う。このとき、シアノ基は、有機半導体層２の方向を向き、有機半導体層２と接触している。
【００６８】
このトランジスタの特性を、図４を用いて説明する。ここで、トランジスタは、常時、ソース電極３を接地し、ドレイン電極４（Ｖｄ）に−１０Ｖを印加しておくとする。
【００６９】
ゲート電極１に印加するゲート電圧Ｖｇを１０Ｖから−１０Ｖまで変化させたときのドレイン電流（Ｉｄ）は、図４（ａ）の１３のような特性を示す。ゲート電圧（Ｖｇ）１１Ｖで徐々にドレイン電流が増加し、その後、Ｖｇの変化と共に急激にドレイン電流が増加する。また、図４（ｂ）にドレイン電流の平方根をとり、ゲート電圧に対してのプロットを示す。この図の直線の立ち上がりが閾値電圧として定義できる。このトランジスタの閾値電圧は１０Ｖであった。
【００７０】
すなわち、本実施例によると、電子求引性の閾値制御層を設けることにより、閾値電圧が正の方向にシフトした。この現象は、次に示す理由により生じたものと思われる。これについて、図４（ａ）及び図７（ｂ）を用いて説明する。
【００７１】
図４（ａ）から明らかなように、閾値制御層が形成されていない場合（図４（ａ）の符号１２を参照）、ゲート電極に電位を与えていないときでも、有機半導体層２には、ｐチャネルが形成され、ドレイン電流が流れている。閾値制御層７が電子求引性の材料からなるので、閾値制御層７は、有機半導体層２から電子を吸引する。その結果、有機半導体層２中の正孔からなるキャリア（図７（ｂ）中、「ｈ」で示す。）が増加する。これに伴い、ゲート電極に電位を与えていないときのドレイン電流が大きくなる。このドレイン電流を止めるには、閾値制御層が形成されていない場合に必要な正の電位よりも大きな正の電位をゲート電極に印加する必要がある。従って、閾値電圧が正の方向にシフトしたものと思われる。
【実施例３】
【００７２】
（ｎチャネルＦＥＴ、電子求引性の閾値制御層）
ここでは、図１のような構造のｎチャネルＦＥＴの具体的な特性について説明する。
【００７３】
実施例１に示した基板と同一基板を用いて、有機半導体層と閾値制御層は異なるものを用いた。
（ｆ）閾値制御層：３−シアノプロピルトリメトキシシラン（電子求引性の閾値制御層）
反応条件：１００℃６０分、シランカップリング剤と基板を同一チャンバー内に保      持
（ｇ）有機半導体層２：フラーレン（Ｃ60）、膜厚（Ｔ）＝５０ｎｍ
【００７４】
閾値制御層７は、基板６上にゲート電極１、ゲート絶縁膜５、ソース電極３及びドレイン電極４が形成された基板と室温で固体である３−シアノプロピルトリメトキシシランを反応チャンバーにセットして、反応チャンバーを１００℃６０分の条件で加熱することにより、ゲート絶縁膜５上に形成する。閾値制御層７は、この条件では、ゲート絶縁膜５全面を被覆する単分子層になる。反応温度は、気化温度以上であれば、反応が進行する。このシランカップリング剤の場合、９０℃〜１２０℃の範囲が好ましい。反応時間については、４０分以上であればゲート絶縁膜全面を被覆できる。
【００７５】
有機半導体層２は、基板を室温に保ち、真空度１０-4Ｐａで、フラーレン（Ｃ60）を蒸着レート０．５ｎｍ／分で蒸着した。有機半導体層の結晶状態は、針状結晶であった。
【００７６】
このような構造のＦＥＴの各電極に所定の電位を与えることにより、トランジスタとしてのオンオフ動作をさせる。
【００７７】
有機半導体層２とゲート絶縁膜５の界面に形成された閾値制御層７を図５で説明する。
シランカップリング反応により、３−シアノプロピルトリメトキシシランのメトキシ基が外れて、シリル基がゲート絶縁膜５に結合し、ゲート絶縁膜５の表面を覆う。このとき、シアノ基は、有機半導体層２の方向を向き、有機半導体層２と接触している。
【００７８】
このトランジスタの特性を、図６を用いて説明する。ここで、トランジスタは、常時、ソース電極３を接地し、ドレイン電極４（Ｖｄ）に１０Ｖを印加しておくとする。
【００７９】
ゲート電極１に印加するゲート電圧Ｖｇを−１０Ｖから１０Ｖまで変化させたときのドレイン電流（Ｉｄ）は、図６（ａ）の１４のような特性を示す。ゲート電圧（Ｖｇ）２Ｖで徐々にドレイン電流が観測され、Ｖｇの変化と共に急激にドレイン電流が増加する。また、図６（ｂ）にドレイン電流の平方根をとり、ゲート電圧に対してのプロットを示す。この図の直線の立ち上がりが閾値電圧として定義できる。このトランジスタの閾値電圧は３Ｖであった。また、オンオフ比についても求める。Ｖｇ＝１０Ｖ、Ｉｄ＝１ｐＡであり、非常に低いオフ電流が得られている。Ｖｇ＝−１０Ｖ、Ｉｄ＝１μＡをオン電流とし、ゲート電圧差２０Ｖで規定するオンオフ比は、１０6となり、非常に良好な値が得られた。
【００８０】
従来例として、ゲート絶縁膜５と有機半導体層２の間に閾値制御層を形成しない場合、そのＦＥＴの特性を、図６の１５に示す。Ｖｇ＝−５Ｖで徐々にドレイン電流が観測され、Ｖｇの変化と共に急激にドレイン電流が増加する。また、オンオフ比についても求める。Ｖｇ＝−１０Ｖ時のドレイン電流をオフ電流とするとＩｄ＝１０ｐＡとなる。オンオフ比をゲート電圧差２０Ｖ（Ｖｇ＝１０ＶとＶｇ＝−１０Ｖ）で規定して、オンオフ比は２×１０5となり、閾値制御層を用いたＦＥＴに比べても５倍悪い値になっている。また、このトランジスタの閾値電圧は−３Ｖとなった。さらに、図６（ｂ）からわかるように、このトランジスタのオフ電流が閾値制御層を用いたトランジスタのオフ電流より大きいために、グラフの傾きが小さくなっている。このことは、トランジスタの移動度が低いこととサブスレショルド係数が大きいことを示し、トランジスタの特性としては好ましくない。
【００８１】
すなわち、本実施例によると、電子吸引性の閾値制御層を設けることにより、閾値電圧が正の方向にシフトし、また、オンオフ比が向上した。これらの現象は、次に示す理由により生じたものと思われる。
【００８２】
まず、閾値電圧が負の方向にシフトした理由について説明する。閾値制御層７が電子吸引性の材料からなるので、閾値制御層７は、有機半導体層２から電子を吸引する。その結果、有機半導体層２中の電子からなるキャリアが減少する。有機半導体層２中の電子からなるキャリアが減少すると、ｎチャネルが形成されにくくなる。従って、ｎチャネルを形成するのに、通常よりも大きな正の電位をゲート電極に印加することが必要となり、閾値電圧が正の方向にシフトしたと思われる。
【００８３】
次に、オンオフ比が向上した理由、特にオフ電流が小さくなった理由について説明する。フラーレンからなる有機半導体層２中には、通常、少量の電子からなるキャリアが存在し、オフ電流が発生する原因となっていると考えられる。上述の通り、閾値制御層７は、有機半導体層２から電子を吸引する。その結果、有機半導体層２中の電子からなるキャリアが減少し、オフ電流が小さくなったと思われる。
【実施例４】
【００８４】
（ｎチャネルＦＥＴ、電子供与性の閾値制御層）
ここでは、図１のような構造のｎチャネルＦＥＴの具体的な特性について説明する。
【００８５】
実施例３に示した基板と同一基板を用いて、閾値制御層は異なるものを用いた。
（ｆ）閾値制御層７：３−アミノプロピルトリメトキシシラン（電子供与性の閾値制御層）
反応条件：１００℃６０分、シランカップリング剤と基板を同一チャンバー内に保      持
（ｇ）有機半導体層２：フラーレン（Ｃ60）、膜厚（Ｔ）＝５０ｎｍ
【００８６】
閾値制御層７は、基板６上にゲート電極１、ゲート絶縁膜５、ソース電極３及びドレイン電極４が形成された基板と室温で固体である３−アミノプロピルトリメトキシシランを反応チャンバーにセットして、反応チャンバーを１００℃６０分の条件で加熱することにより、ゲート絶縁膜５上に形成する。閾値制御層７は、この条件では、ゲート絶縁膜５全面を被覆する単分子層になる。反応温度は、気化温度以上であれば、反応が進行する。このシランカップリング剤の場合、９０℃〜１２０℃の範囲が好ましい。反応時間については、４０分以上であればゲート絶縁膜全面を被覆できる。
【００８７】
このような構造のＦＥＴの各電極に所定の電位を与えることにより、トランジスタとしてのオンオフ動作をさせる。
【００８８】
有機半導体層２とゲート絶縁膜５の界面に形成された閾値制御層７を図３で説明する。
シランカップリング反応により、３−アミノプロピルトリメトキシシランのメトキシ基が外れて、シリル基がゲート絶縁膜５に結合し、ゲート絶縁膜５の表面を覆う。このとき、アミノ基は、有機半導体層２の方向を向き、有機半導体層２と接触している。
【００８９】
このトランジスタの特性を、図６を用いて説明する。ここで、トランジスタは、常時、ソース電極３を接地し、ドレイン電極４（Ｖｄ）に１０Ｖを印加しておくとする。
【００９０】
ゲート電極１に印加するゲート電圧Ｖｇを１０Ｖから−１０Ｖまで変化させたときのドレイン電流（Ｉｄ）は、図６（ａ）の１６のような特性を示す。ゲート電圧（Ｖｇ）−１０Ｖで徐々にドレイン電流が増加し、その後、Ｖｇの変化と共に急激にドレイン電流が増加する。また、図６（ｂ）にドレイン電流の平方根をとり、ゲート電圧に対してのプロットを示す。この図の直線の立ち上がりが閾値電圧として定義できる。このトランジスタの閾値電圧は−９Ｖであった。
【００９１】
すなわち、本実施例によると、電子供与性の閾値制御層を設けることにより、閾値電圧が負の方向にシフトした。この現象は、次に示す理由により生じたものと思われる。
【００９２】
図６（ａ）から明らかなように、閾値制御層が形成されていない場合（図６（ａ）の符号１２を参照）であっても、ゲート電極に電位を与えていないときでも、有機半導体層２には、ｎチャネルが形成され、ドレイン電流が流れている。閾値制御層７が電子供与性の材料からなるので、閾値制御層７は、有機半導体層２に電子を供与する。その結果、有機半導体層２中の電子からなるキャリアが増加する。これに伴い、ゲート電極に電位を与えていないときのドレイン電流が大きくなる。このドレイン電流を止めるには、閾値制御層が形成されていない場合に必要な負の電位よりも大きな負の電位をゲート電極に印加する必要がある。従って、閾値電圧が負の方向にシフトしたものと思われる。
【実施例５】
【００９３】
（ｐチャネルＦＥＴ、プラズマ処理による電子供与性の閾値制御層）
実施例１に示したものと同様の条件で、ただし、シランカップリング剤を用いずに、有機半導体層２を形成する前に、ゲート絶縁膜５に対してプラズマ処理を施し、ゲート絶縁膜５の上に閾値制御層７を形成する場合について開示する。
（ｆ）閾値制御層７作製条件：
プラズマ処理条件は、
温度：室温
チャンバー真空度：１０ｍｔｏｒｒ
ガス：窒素
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
ＲＦパワー：１５０Ｗ
処理時間：１分
（ｇ）有機半導体層２：ペンタセン、膜厚（Ｔ）＝５０ｎｍ
【００９４】
閾値制御層７は、基板６上にゲート電極１、ゲート絶縁膜５、ソース電極３及びドレイン電極４が形成された基板に対して、プラズマ処理を施すことにより形成する。基板をプラズマ反応チャンバーに入れ、窒素ガスを流量２０ｓｃｃｍでチャンバーに導入して、チャンバーを５−１０ｍｔｏｒｒの真空度に保持して、１５０Ｗの高周波電界によりガスをプラズマ化し、基板を１分間プラズマ処理する。プラズマ処理後、閾値制御層７は、ゲート絶縁膜５表面に２−３ｎｍの厚みで形成できている。実際には、窒素がポリビニルフェノール表面に注入されて、表面が窒化され、表面にＮＨx、Ｎ（ＣＨ3）xなどの官能基が形成されて、電子供与性を発現する。
【００９５】
この条件で閾値制御層７を形成した後、ペンタセンからなる有機半導体層２を蒸着で形成して、トランジスタ特性を評価したところ、実施例１に記載の特性と同様の特性が得られた。
【実施例６】
【００９６】
（ｎチャネルＦＥＴ、プラズマ処理による電子吸引性の閾値制御層）
実施例３に示したものと同様の条件で、ただし、シランカップリング剤を用いずに、有機半導体層２を形成する前に、ゲート絶縁膜５に対してプラズマ処理を施し、ゲート絶縁膜５の上に閾値制御層７を形成する場合について開示する。
（ｆ）閾値制御層７作製条件：
プラズマ処理条件は、
温度：室温
チャンバー真空度：１０ｍｔｏｒｒ
ガス：ＣＨＦ3
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
ＲＦパワー：１５０Ｗ
処理時間：１分
（ｇ）有機半導体層２：フラーレン（Ｃ60）、膜厚（Ｔ）＝５０ｎｍ
【００９７】
閾値制御層７は、基板６上にゲート電極１、ゲート絶縁膜５、ソース電極３及びドレイン電極４が形成された基板に対して、プラズマ処理を施すことにより形成する。基板をプラズマ反応チャンバーに入れ、ＣＨＦ3を流量２０ｓｃｃｍでチャンバーに導入して、チャンバーを５−１０ｍｔｏｒｒの真空度に保持して、１５０Ｗの高周波電界によりガスをプラズマ化し、基板を１分間プラズマ処理する。。プラズマ処理後、閾値制御層７は、ゲート絶縁膜５上に２−３ｎｍの厚みで形成できている。実際には、フロロカーボン膜がゲート絶縁膜５上に堆積し、電子求引性を発現する。この条件で閾値制御層７を形成した後、フラーレンからなる有機半導体層２を蒸着で形成して、トランジスタ特性を評価したところ、実施例３に記載の特性と同様の特性が得られた。
【実施例７】
【００９８】
図１に示した本発明のＦＥＴをスイッチング素子として用いたディスプレイについて説明する。
【００９９】
例えばディスプレイの一例として、フレキシブルな基板上に、本発明のＦＥＴをスイッチング素子として用いたトランジスタアレイを形成する。このアレイを構成するＦＥＴの一つ一つの部分が、画素として機能する。そして、このトランジスタアレイ上に表示素子としての高分子分散型液晶を形成することによりディスプレイを作成する。
【０１００】
ここで、フレキシブル基板としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルムが適用できる。また、表示素子としては高分子分散型液晶に限定されるものではなく、例えば電気泳動素子や有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子などが用いられる。高分子分散型液晶層で使用される液晶は、その種類は特に限定されない。例えば、ネマチック液晶、スメクティック液晶、コレステリック液晶などを好適に使用できる。
【０１０１】
本発明における高分子分散型液晶層で使用されるポリマーとしては、ポリビニルブチラール、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、アクリルシリコン、塩化ビニル、酢酸ビニル共重合体、シリコン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、シアノエチル化プルランなどの各種のシアノエチル化合物などの各種ポリマー樹脂類及びこれらの混合物類などを使用できる。本発明のポリマー分散型液晶層の形成方法は特に限定されない。当業者に公知であり、また、当業者に慣用及び／又は常用されている液晶形成方法は全て本発明で使用できる。例えば、カプセル化法、重合相分離法、熱相分離法、溶媒蒸発相分離法などの方法を適宜に使用することができる。
【０１０２】
このようにして形成されたディスプレイは、スイッチング素子として本発明のＦＥＴを用いているので、従来の有機トランジスタでは、トランジスタのオフ状態（ドレイン電流が小さい）を維持するために、ゲート電極に対して電位を印加しておく必要があったが、本発明のトランジスタをスイッチング素子として用いることで、オフ状態をゲート電極に電圧を印加させなくても保持でき、ディスプレイとしての消費電力を抑制できるという特徴を有する。
【実施例８】
【０１０３】
ここでは、本発明のＦＥＴをスイッチング素子として用いたＲＯＭやＲＡＭ、ロジック回路について説明する。ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶素子は、例えば上記トランジスタのドレイン側に強誘電材料からなるキャパシタを付加することにより作成する。有機の強誘電材料としては、例えばフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体を用いることができる。また、キャパシタは、スピンコート法やインクジェット法を用いることにより、トランジスタの部分に薄膜として形成することができる。
【０１０４】
さらに、ロジック回路に関しては、本発明のＦＥＴをいくつか接続することにより、インバータ回路、ＡＮＤ，ＯＲ、ＮＯＲ，ＸＮＯＲ回路等の基本回路を構成することができ、この基本回路を組み合わせることにより所望のロジック回路を任意に構成することができる。また、相補的なロジック回路を作成する場合、ｐ型のトランジスタ、ｎ型トランジスタの双方を形成することが必要となるが、チャネル層２に適用する有機材料にｎ型、ｐ型のいずれか一方の材料を用いることにより作成できる。また、チャネル層２に、ｎ型、ｐ型の双方の材料を適用しても、相補的なロジック回路を作成できる。これらのロジック回路は、ｎ型トランジスタ、ｐ型トランジスタの閾値を任意に設定できる効果で、実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明のＦＥＴの構造を示す断面図である。
【図２】本発明のＦＥＴの別の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１のゲート絶縁膜と有機半導体層界面の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１及び２の電界効果型トランジスタ（ｐチャネル）のトランジスタの特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例３のゲート絶縁膜と有機半導体層界面の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例３及び４の電界効果型トランジスタ（ｎチャネル）のトランジスタの特性を示すグラフである。
【図７】本発明の原理の説明図である。
【図８】従来のＦＥＴの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１、５１    ゲート電極
２、５２    有機半導体層
３、５３    ソース電極
４、５４    ドレイン電極
５、５５    ゲート絶縁膜
６、５６    基板
７    閾値制御層
１１  本発明の実施例１に係るトランジスタ（電子供与性の閾値制御層）の特性
１２  従来のトランジスタ（閾値制御層なし）の特性
１３  本発明の実施例２に係るトランジスタ（電子求引性の閾値制御層）の特性
１４  本発明の実施例３に係るトランジスタ（電子求引性の閾値制御層）の特性
１５  従来のトランジスタ（閾値制御層なし）の特性
１６  本発明の実施例４に係るトランジスタ（電子供与性の閾値制御層）の特性
【図１】
2005228968.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005228968.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005228968.tif 000008
【図７】
2005228968.tif 000009
【図８】
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