(57)【要約】【課題】高速動作を可能にする構成を有する電界効果トランジスタである。【解決手段】電界効果トランジスタは、所定方向にほぼ平行に伸びた複数条の溝が形成された溝基板６上に配向されて形成されたチャネル形成領域としての有機薄膜４、絶縁層５を介して有機薄膜４に対して形成されたゲート電極１、有機薄膜４に接して形成されたソース電極２とドレイン電極３を有する。この構成では、ほぼ溝に沿った方向に有機薄膜４の分子が配向している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向にほぼ平行に伸びた複数条の溝が形成された溝基板上に配向されて形成されたチャネル形成領域としての有機薄膜、絶縁層を介して該有機薄膜に対して形成されたゲート電極、該有機薄膜に接して形成されたソース電極とドレイン電極を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記配向されて形成された有機薄膜の導電性が最大である方向が前記ソース電極とドレイン電極との間のチャネル長方向になる様に、該ソース電極とドレイン電極は配置されている請求項１記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
請求項１または２記載の電界効果トランジスタの製造方法であって、有機薄膜を溝基板上に形成する工程と、該有機薄膜を配向処理手段によって配向させる工程を少なくとも含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記配向処理手段はローラーである請求項３記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項５】
請求項１または２記載の電界効果トランジスタの製造方法であって、有機薄膜を配向させつつ溝基板上に形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記有機薄膜はラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）を用いて溝基板上に形成される請求項５記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溝基板上に配向されて形成されたチャネル形成領域としての有機薄膜を有する電界効果トランジスタに関し、特に液晶駆動用などに好適に用いられる電界効果トランジスタ、及び電界効果トランジスタの製造方法に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶などの表示デバイスを駆動するための電界効果トランジスタとして、有機薄膜を用いたものが提案されている（特許文献１参照）。この電界効果トランジスタは、絶縁基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を被覆する絶縁膜と、絶縁膜上に有機化合物を塗布してなる半導体層と、半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを備える。
【特許文献１】特開平１−１７３７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、液晶などの表示デバイスを駆動するためには、高速動作が可能な電界効果トランジスタが求められているが、上記の如き電界効果トランジスタでは、ソース−ドレイン間でのキャリアの移動度が充分に大きくなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題に鑑み、本発明の電界効果トランジスタは、所定方向にほぼ平行に伸びた複数条の溝が形成された溝基板上に配向されて形成されたチャネル形成領域としての有機薄膜、絶縁層を介して該有機薄膜に対して形成されたゲート電極、該有機薄膜に接して形成されたソース電極とドレイン電極を有することを特徴とする。この構成では、ほぼ溝に沿った方向に有機薄膜の分子が配向している。
【０００５】
上記基本構成に基づいて、下記のようなより具体的な態様が可能である。
好適には、前記配向されて形成された有機薄膜の導電性が最大である方向が前記ソース電極とドレイン電極との間のチャネル長方向になる様に、ソース電極とドレイン電極は配置されている。この有機薄膜の導電性が最大である方向は、典型的には、有機薄膜の構成分子の配向方向である溝の伸長方向とほぼ平行であるが、これに限らない。例えば、有機薄膜が導電性のディスコティック液晶などである場合、導電性が最大である方向は、有機薄膜の構成分子の配向方向である溝の伸長方向とほぼ直角である。
【０００６】
更に、上記課題に鑑み、本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、上記の電界効果トランジスタの製造方法であって、有機薄膜を溝基板上に形成する工程と、該有機薄膜をローラーなどの配向処理手段によって配向させる工程を少なくとも含むことを特徴とする。また、上記の電界効果トランジスタの製造方法であって、有機薄膜を配向させつつ溝基板上に形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする。この場合、例えば、有機薄膜はラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）を用いて溝基板上に形成される。
【発明の効果】
【０００７】
以上に説明した本出願に係る発明によれば、ソース−ドレイン間でキャリアが流れやすくなり、液晶などの表示デバイスに適した有機電界効果トランジスタが実現される。また、有機薄膜が複数の溝上に形成されるので、チャネル長方向が溝伸長方向にほぼ平行である場合などには、実効的にチャネル幅が広がってオン・オフ比がさらに大きく出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施の形態を明らかにすべく、具体的な実施例を図面に沿って説明する。
【０００９】
（第１の実施例）
図１は、本実施例の特徴をもっともよく表す図面であり、図１（ａ）は、本実施例の電界効果トランジスタの構造を模式的に示す上面図であり、同図において、１はゲート電極、２はソース電極、３はドレイン電極である。また、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’の線に沿って素子を切断したときの断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ’の線に沿って素子を切断したときの断面図である。同図において、４は活性層、５は絶縁層、６は基板である。
【００１０】
図２は、本実施例の電界効果トランジスタの作製工程を模式的に示す断面図であり、同図においてアルファベット順に作製工程を進める。図２の断面図は、図１（ａ）におけるＣ−Ｃ’の線に沿って素子を切断したときのものである。同図において、１０は活性層４を配向させるためのローラーである。
【００１１】
図１に示すごとく、第１の実施例では、回折格子の形態で複数状の平行溝が規則的に切られた基板６上に有機薄膜活性層４が形成され、この活性層４は、構成分子が基板６の溝の伸長方向にほぼ沿って配向されている。溝伸長方向における活性層４の中央部上には絶縁膜５が帯状に形成され、その上にゲート電極１が形成されている。更に、活性層４の中央部を挟む溝伸長方向における両端部上には、ソース電極２とドレイン電極３がそれぞれ形成されている。この構成において、ドレイン電極３にドレイン電圧を印加した状態で、ゲート電極１に印加するゲート電圧を制御するとチャネル形成領域である有機薄膜活性層４内のチャネルの形成状態が制御されて、ソース電極２−ドレイン電極３間のドレイン電流がオン・オフされる。
【００１２】
図２を参照しながら、本実施例の電界効果トランジスタの作製工程を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、回折格子形態の溝をエッチングなどで形成したガラス基板６上にペンタセン活性層４（厚さ0.1μm）を形成したあと、回折格子の溝に沿ってローラー１０を用いて、活性層４を配向させる。このとき、回折格子の溝があることで、主配向方向以外の方向への配向は抑制され、溝に沿った方向のみに活性層４の構成分子は効率よく配向される。次に、図２（ｂ）のように、ペンタセン活性層４の上にポリイミド絶縁層５(厚さ0.3μm)を選択的に形成する。最後に、図２（ｃ）のように、Alからなるゲート電極１（厚さ0.3μm）、ソース電極２（厚さ0.3μm）、ドレイン電極３（厚さ0.3μm）を選択的に形成すると、図１の構造が形成される。
【００１３】
以上の作製工程で、材料系は上記にとらわれるわけではなく、基板６としてプラスチックやポリマー、また活性層４として、導電性の液晶や、アントラセンやテトラセンなどの有機層を用いてもよい。電極についても、活性層４の材料に応じて選択すればよい。さらに、絶縁層５もポリイミドに限定されるわけではなく、酸化ケイ素や窒化シリコンなど、仕様を満たすものであれば、何でもよい。配向手段についても、図２（ａ）ではローラー１０を用いたが、活性層４を配向させることができる手段であれば何でもよい。ラングミュア・ブロジェット法を応用した方法を用いて、配向されて形成される活性層４を直接基板６上に形成してもよい。また、回折格子形態の溝の溝幅は、例えば、可視光領域ピッチである１ミクロン前後である。溝断面形状は場合に応じて種々に設計すればよく、図１に示す三角波状、サイン波状等である。さらに、本実施例では溝は所定方向に伸びて規則的に等ピッチで形成されているが、多少不規則的であってもほぼ所定方向に平行に伸びていればよい。溝は、例えば回折格子の作製方法に準じて形成することが出来る。
【００１４】
図３は、図２の作製工程によって作製した電界効果トランジスタの電流−電圧特性を示す図であり、同図において、（ａ）はドレイン電流IDとドレイン電圧VDとの関係(パラメータはゲート電圧VG) を示し、（ｂ）はドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係(パラメータはドレイン電圧VD)を示している。なお、図１左右方向のチャネル幅は10μm、図１上下方向のチャネル長は4μm、図１上下方向のゲート長は3μmである。図３（ａ）に示すように、ドレイン電圧VDが大きくなるにつれてドレイン電流IDは飽和傾向を示し、典型的な電界効果トランジスタの特性を示している。ドレイン電圧VD、ゲート電圧VGがともに10Vのとき、ドレイン電流IDは6.70×10-8Aである。また、図３（ｂ）に示すように、ドレイン電圧VDが10Vの場合、ゲート電圧VGが10Vと0Vのときのドレイン電流IDの比、すなわちオン／オフ比は1.19×1012であり、液晶などの表示デバイスを駆動するために必要なオン／オフ比106より大きく、仕様を満たしていることがわかる。また、遮断周波数は411kHzであり、ドレイン電流ID、遮断周波数ともにアモルファスシリコンと同程度の特性を得ることができる。
【００１５】
この様に、図１の構造では、溝に沿った方向にペンタセン分子が配向しているので、ソース−ドレイン間でキャリアが流れやすくなる。すなわち、キャリアの移動度が大きくなる。これは、回折格子形態の溝と配向手段とを組み合わせることによって、一方向にのみ効率良くペンタセン分子が配向するからである。
【００１６】
（第２の実施例）
図４は、本実施例の特徴をもっともよく表す図面であり、図４（ａ）は、本実施例の電界効果トランジスタの構造を模式的に示す上面図であり、同図において図１と同じ部材については同一符号を付す。ただし、ゲート電極１は、活性層４と絶縁層５の下に隠れているため、上面図では見えていない。そこで、図４（ａ）では、ゲート電極１の位置だけを示している。図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’の線に沿って素子を切断したときの断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ’の線に沿って素子を切断したときの断面図である。図５は、本発明の電界効果トランジスタの作製工程を模式的に示す断面図であり、同図においてアルファベット順に工程を進める。図５の断面図は、図４（ａ）におけるＣ−Ｃ’の線に沿って素子を切断したときのものである。同図においても、図２と同一部材については同一符号を付す。
【００１７】
図４に示すごとく、第２の実施例では、回折格子の形態で複数状の平行溝が規則的に切られた基板６の中央部上にゲート電極１が帯状に形成され、このゲート電極１及び基板６上に有機薄膜活性層４が全面に形成されている。この活性層４は、構成分子が基板６の溝の伸長方向に沿って配向されている。溝伸長方向における活性層４の中央部上には絶縁膜５が帯状に形成され、その上にゲート電極１が形成されている。更に、活性層４の中央部を挟む溝伸長方向における両端部上には、ソース電極２とドレイン電極３がそれぞれ形成されている。この構成においても、ドレイン電極３にドレイン電圧を印加した状態で、ゲート電極１に印加するゲート電圧を制御するとチャネル形成領域である有機薄膜活性層４内のチャネルの形成状態が制御されて、ソース電極２−ドレイン電極３間のドレイン電流がオン・オフされる。
【００１８】
図５を参照しながら、本実施例の電界効果トランジスタの作製工程を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、回折格子の形態で溝を形成したガラス基板６上にゲート電極１（厚さ0.3μm）を選択的に形成する。次に、図５（ｂ）のように、Alからなるゲート電極１を被覆するように、ポリイミド絶縁層５(厚さ0.3μm)とペンタセン活性層４(厚さ0.1μm)を順次に形成したあと、回折格子形態の溝に沿ってローラー１０を用いて、活性層４を配向させる。このとき、回折格子形態の溝があることで、主配向方向以外の方向への配向は抑制され、溝に沿った方向のみに効率よく配向される。最後に、図５（ｃ）のように、Alからなるソース電極２（厚さ0.3μm）とドレイン電極３（厚さ0.3μm）を選択的に形成すると、図４の構造が形成される。なお、第１の実施例のところで述べたように、以上の工程で、材料系等は上記のものに限られない。
【００１９】
図６は、図５の作製工程によって作製した電界効果トランジスタの電流−電圧特性を示す図であり、同図においても、（ａ）はドレイン電流IDとドレイン電圧VDとの関係(パラメータはゲート電圧VG) を示し、（ｂ）はドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係(パラメータはドレイン電圧VD)を示している。なお、図４左右方向のチャネル幅は10μm、図４上下方向のチャネル長は4μm、図４上下方向のゲート長は3μmである。本実施例においても、図６（ａ）に示すように、ドレイン電圧VDが大きくなるにつれてドレイン電流IDは飽和傾向を示し、典型的な電界効果トランジスタの特性を示している。ドレイン電圧VD、ゲート電圧VGがともに10Vのとき、ドレイン電流IDは6.70×10-8Aである。また、図６（ｂ）に示すように、ドレイン電圧VDが10Vの場合、ゲート電圧VGが10Vと0Vのときのドレイン電流IDの比、すなわちオン／オフ比は1.19×1012であり、液晶などの表示デバイスを駆動するために必要なオン／オフ比106より大きく、仕様を満たしていることがわかる。また、遮断周波数は411kHzであり、ドレイン電流ID、遮断周波数ともにアモルファスシリコンと同程度の特性を得ることができる。
【００２０】
図４の構造でも、溝に沿った方向にペンタセン分子が配向しているので、ソース−ドレイン間でキャリアが流れやすくなる。すなわち、キャリアの移動度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る電界効果トランジスタの構造を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）、（ｃ）である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る電界効果トランジスタの製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る電界効果トランジスタの電流−電圧特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る電界効果トランジスタの構造を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）、（ｃ）である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る電界効果トランジスタの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る電界効果トランジスタの電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ゲート電極
２  ソース電極
３  ドレイン電極
４  活性層
５  絶縁層
６  基板
１０  ローラー
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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【図６】
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