(57)【要約】【課題】キャリアの移動度を向上させると共にＯＦＦ時の電流を小さくした能動素子並びにそれを有するＥＬ表示素子、液晶表示素子及び演算素子を低コストで提供する。【解決手段】第三の電極１、電気絶縁層２、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極３及び第二の電極４、前記第一の電極３及び第二の電極４の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層５、並びに、前記有機半導体層５よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層６を順次有する能動素子とする。低電気抵抗層６は、好ましくは、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール等の複素環系導電性高分子、並びに、▲３▼ポリアニリン等のイオン性導電性高分子よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性高分子で構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第三の電極、電気絶縁層、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層、並びに、前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層を順次有することを特徴とする能動素子。
【請求項２】
前記第一の電極から前記低電気抵抗層までの距離、及び、前記第二の電極から前記低電気抵抗層までの距離のいずれもが、前記第一の電極から第二の電極までの距離と比較して短いことを特徴とする請求項１に記載の能動素子。
【請求項３】
前記第一の電極及び第二の電極のいずれか一方が、前記低電気抵抗層と接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の能動素子。
【請求項４】
前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の能動素子。
【請求項５】
前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の少なくとも一ヶ所が直接接触して、その界面が整流性となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の能動素子。
【請求項６】
前記低電気抵抗層が、櫛状、格子状又は円盤状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の能動素子。
【請求項７】
前記第三の電極の下面に基板を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の能動素子。
【請求項８】
同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層、前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層、電気絶縁層、並びに、第三の電極を順次有することを特徴とする能動素子。
【請求項９】
前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層界面と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたことを特徴とする請求項８に記載の能動素子。
【請求項１０】
前記第一の電極及び第二の電極並びにそれらの間隔に設けた前記有機半導体層の下面に基板を設けたことを特徴とする請求項８又は９に記載の能動素子。
【請求項１１】
低電気抵抗層、有機半導体層、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた電気絶縁層、並びに、第三の電極を順次有する能動素子であって、前記低電気抵抗層が前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示すものであることを特徴とする能動素子。
【請求項１２】
前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたことを特徴とする請求項１１に記載の能動素子。
【請求項１３】
前記低電気抵抗層の下面に基板を設けたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の能動素子。
【請求項１４】
第三の電極、電気絶縁層、低電気抵抗層、有機半導体層、並びに、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極を順次有する能動素子であって、前記低電気抵抗層が前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示すものであることを特徴とする能動素子。
【請求項１５】
前記低電気抵抗層の左右の端部が、前記有機半導体層に覆われるように設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の能動素子。
【請求項１６】
前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の能動素子。
【請求項１７】
前記第三の電極の下面に基板を設けたことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の能動素子。
【請求項１８】
前記有機半導体層が、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート誘導体、ポリビニルフェナントレン誘導体、ポリシラン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、モノアリールアミン、トリアリールアミン誘導体等のアリールアミン誘導体、ベンジジン誘導体、ジアリールメタン誘導体、トリアリールメタン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、ジビニルベンゼン誘導体、ヒドラゾン誘導体、インデン誘導体、インデノン誘導体、ブタジエン誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド、ポリビニルピレン等のピレン誘導体、α−フェニルスチルベン誘導体、ビススチルベン誘導体等のスチルベン誘導体、エナミン誘導体、フルオレン、ポリフルオレン誘導体、ポリフルオレノン、フルオレノン誘導体及び、ポリアルキルチオフェン等のチオフェン誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料、或いは、ペンタセン、テトラセン、ビスアゾ、トリスアゾ系色素、ポリアゾ系色素、トリアリールメタン系色素、チアジン系色素、オキサジン系色素、キサンテン系色素、シアニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系色素、キナクリドン系色素、インジゴ系色素、ペリレン系色素、多環キノン系色素、ビスベンズイミダゾール系色素、インダンスロン系色素、スクアリリウム系色素、アントラキノン系色素、及び、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等のフタロシアニン系色素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の能動素子。
【請求項１９】
前記有機半導体層が、誘電体材料を含有していることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２０】
前記誘電体材料が、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ  等のフッ素系樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂、次の一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液を加熱乾燥することによって生成する金属酸化物、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ  等の金属酸化物、Ｓｉの酸化物、及び、窒化物から選ばれることを特徴とする請求項１９に記載の能動素子。
【請求項２１】
前記低電気抵抗層が、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリエチレンジオキシチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子、並びに、▲４▼クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２２】
前記低電気抵抗層が、ポリスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸等の蒸気圧の低いドーパントを含有していることを特徴とする請求項２１に記載の能動素子。
【請求項２３】
前記第一の電極、第二の電極及び第三の電極が、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属、或いは、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリエチレンジオキシチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、並びに、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性高分子で構成されていることを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２４】
前記電気絶縁層が、▲１▼スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、▲２▼シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、▲３▼エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂、▲４▼ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ  等のフッ素系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂、或いは、▲５▼前記金属で構成される電極層の表面の酸化によって生成する金属酸化物で構成されていることを特徴とする請求項１〜２３のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２５】
前記電気絶縁層が、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１  ［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって得た金属酸化物膜で構成されていることを特徴とする請求項１〜２３のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２６】
前記高電気抵抗層が、▲１▼スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、▲２▼シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、▲３▼エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂、▲４▼ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ  等のフッ素系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料、或いは、▲５▼前記第一の電極、第二の電極層の少なくとも一方の表面酸化によって生成する金属酸化物で構成されていることを特徴とする請求項４，５，９，１０，１２及び１３のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２７】
前記高電気抵抗層が、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１  ［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって生成する金属酸化物膜で構成されていることを特徴とする請求項４，５，９，１０，１２及び１３のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２８】
前記第一の電極及び第二の電極の間に電流を流す第一の電源、並びに、前記第三の電極に電圧を印加する第二の電源を有することを特徴とする請求項１〜２７のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２９】
請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子を有することを特徴とするＥＬ表示素子。
【請求項３０】
共通の基板上に能動素子及び発光素子を並列的に設けたＥＬ表示素子において、前記能動素子として、前記基板上に第三の電極、前記第三の電極の両端及び上面を覆うように設けた電気絶縁層、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層、並びに、前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層を順次有する能動素子を設けると共に、発光素子として、前記基板上に透明電極、ＥＬ層及び陰極を順次設け、そして、前記第一の電極と前記透明電極とを電気的に接続したことを特徴とするＥＬ表示素子。
【請求項３１】
請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３２】
請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子をＮＯＴ回路、ＮＡＮＤ回路又はＮＯＲ回路に有することを特徴とする演算素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャリアの移動度を向上させた能動素子並びにそれを有するＥＬ表示素子、液晶表示素子及び演算素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報表示等の目的に用いられてきた代表的な表示装置は、カソード  レイ  チューブ（以下、「ＣＲＴ」という。）、液晶表示装置、及び、ＥＬ表示装置である。ＣＲＴは、高い表示品質を有し、しかも、装置コストが比較的低いので、今日に至るまで表示装置として広く用いられてきたが、これに用いるブラウン管の小型化が難しく、また、それに消費される電力を低下させることも難しい、という欠点があった。こういった背景から、液晶表示装置及びＥＬ表示装置の需要が急速に高まってきている。特に、ＥＬ表示装置において用いられる有機ＥＬ表示素子は、自己発光型であるので低電圧で駆動することができ、しかも、表示が鮮明であるので、有機ＥＬ表示素子への期待が高まっている。
【０００３】
液晶表示装置は、良好な視認性及び高速応答性を実現できるので、現在、幅広く普及しているが、視認性及び応答性の向上されたＥＬ表示装置も徐々に普及してきている。液晶表示装置及びＥＬ表示装置は、いずれも、ＣＲＴと比較して低消費電力化が可能となる。
【０００４】
一方、表示装置に用いられる一般的な能動素子は、有機半導体層、ソース電極（第一の電極）、ドレイン電極（第二の電極）、及び、ゲート電極（第三の電極）を有するトランジスタである。図２３及び図２４は、従来の薄膜電界効果トランジスタの断面図である。
【０００５】
図２２に示す従来の薄膜電界効果型トランジスタ（能動素子）では、ソース電極２０３及びドレイン電極２０４は、電気的に中性である有機半導体層（チャネル層領域）２０５によって分離されて、同一平面上に並べて配置されている。そして、ゲート電極２０１は、ゲート絶縁層２０２により有機半導体層２０５と電気的に分離されている。また、図２３に示す従来の薄膜電界効果型トランジスタでは、ソース電極２１３及びドレイン電極２１４は、有機半導体層２１５の上に間隔を設けて同一平面上に並べて配置されている。そして、ゲート電極２１１は、ゲート絶縁層２１２により有機半導体層２１５と電気的に分離されている。
【０００６】
これらの従来の薄膜電界効果型トランジスタにおいては、有機半導体層を塗布によって形成することができるので、製造コストの大幅なコストダウンが可能となる。しかしながら、有機半導体層を構成する有機半導体の電荷移動度が無機半導体に比べて非常に低いという問題があった。近年、電荷移動度の高い有機半導体材料として、ポリチオフェン（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ，  ｖｏｌ．６９．  ｐ４１０８  （１９９６））が注目されてきているが、その移動度は、０．１（ｃｍ２  ／Ｖ・ｓｅｃ．）未満であり、現状のアモルファスシリコンと比較しても一桁近く小さい。また、スイッチング速度も一般に有機半導体材料を用いた能動素子は、ＫＨｚレベルオーダーであるので、高精細な動画表示素子の駆動には不向きである。
【０００７】
従来の能動素子においてスイッチング速度を向上させるためには、有機半導体材料の移動度を向上させる以外に、能動素子のチャネル長の短チャネル化が挙げられる。この短チャネル化によって、半導体層を流れる電流値も大きくすることが可能となり、この結果、ＥＬ表示装置の駆動に有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の適用が可能となると考えられている。しかし、数μｍからそれ以下のチャネル長にソース・ドレイン間距離をパターニングするためには、一般にフォトリソプロセスといった煩雑な工程が必要であるので、製造コストが大きくなるという問題があった。
【０００８】
そこで、このような問題を解決するために、ソース電極、ゲート電極及びドレイン電極を縦に順次積層した静電誘導型トランジスタ（以下、「ＳＩＴ」という。）が、（社）応用物理学会  有機分子・バイオエレクトロニクス分科会  第９回講習会（２００１）  において発表された。
【０００９】
図２４は、従来のＳＩＴの断面図であって、（ａ）は、電圧を印加しない状態を示し、そして、（ｂ）は、電圧を印加して空乏層領域が広がった状態を示す。図２５に示すように、従来のＳＩＴ（能動素子）においては、ソース電極２２３、有機半導体層２２５及びドレイン電極２２４が順次積層され、該半導体層２２５の中の略中央部分に間隔をあけて該ソース電極２２３及びドレイン電極２２４と略平行に配置された複数の棒状のゲート電極２２２が積層されている。この複合型有機ＥＬトランジスタによると、ソース電極２２３とドレイン電極２２４と間の電流の０Ｎ／ＯＦＦは、図２５（ｂ）に示すように、ゲート電極２２１にゲート電圧を印加して有機半導体層２２５の空乏層領域を増加させることにより、ソース電極２２３とドレイン電極２２４と間の抵抗値を増大させ、この間を流れる電流値を制御している。このＳＩＴによれば、能動素子の面積を減少させることがきる。
【００１０】
図２５からわかるように、このＳＩＴのチャネル長は、半導体層の膜厚によって制御が可能となるので、その単チャネル化は、塗布等の成膜プロセスを工夫することにより薄膜化した半導体層を形成することができる可能性があり、そのために、このＳＩＴは未来の高速応答のトランジスタとして期待されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ＳＩＴは、ゲート電極２２１に電圧を印加しない時において、ソース電極２２３とドレイン電極２２４との間に電流が流れ、そして、ゲート電極２２１に電圧を印加する時において、ソース電極２２３とドレイン電極２２４との間に電流が遮断される（ｎｏｒｍａｌｌｙ−ＯＮ）  。また、前記ＳＩＴにおけるソース電極２２３とドレイン電極２２４との間のチャネル長は、現状の成膜技術では、その有機半導体層２２５の膜厚が従来の薄膜電界効果型トランジスタ（図２３参照）における有機半導体層２２５の膜厚と比べて厚いものとなるので、従来の薄膜電界効果型トランジスタのチャネル長と比較すると短くなる。そのために、前記ＳＩＴは、ソース電極２２３とドレイン電極２２４との間の抵抗が下がり、ＯＦＦ時の電流が大きくなるという問題があった。さらに、従来のＴＦＴは、短チャネル化が困難であり、また、フォトリソグラフ等による短チャネル化のためのパターニングコストがかかるが、それだけのコストをかけても、ＳＩＴ構造やＴＦＴのように、膜厚方向でチャネル長を制御可能なデバイスと同じレベルの短チャネル化が困難であるので、キャリアの移動度の低下といった問題があった。しかも、前記ＳＩＴにおいては、そのゲート電極２２１の間隔が１μｍ未満になるようにパターニングする必要があるので、そのゲート電極の作製プロセスが煩雑になりコストがかかるという問題があった。
【００１２】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、キャリアの移動度を向上させると共にＯＦＦ時の電流を小さくした能動素子並びにそれを有するＥＬ表示素子、液晶表示素子及び演算素子を低コストで提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、第三の電極、電気絶縁層、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層、並びに、前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層を順次有することを特徴とする能動素子である。
【００１４】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記第一の電極から前記低電気抵抗層までの距離、及び、前記第二の電極から前記低電気抵抗層までの距離のいずれもが、前記第一の電極から第二の電極までの距離と比較して短いことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記第一の電極及び第二の電極のいずれか一方が、前記低電気抵抗層と接触していることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれかに記載された発明において、前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれかに記載された発明において、前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の少なくとも一ヶ所が直接接触して、その界面が整流性となっていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれかに記載された発明において、前記低電気抵抗層が、櫛状、格子状又は円盤状であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項７に記載された発明は、請求項１〜６のいずれかに記載された発明において、前記第三の電極の下面に基板を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項８に記載された発明は、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層、前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層、電気絶縁層、並びに、第三の電極を順次有することを特徴とする能動素子である。
【００２１】
請求項９に記載された発明は、請求項８に記載された発明において、前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層界面と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１０に記載された発明は、請求項８又は９に記載された発明において、前記第一の電極及び第二の電極並びにそれらの間隔に設けた前記有機半導体層の下面に基板を設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１１に記載された発明は、低電気抵抗層、有機半導体層、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた電気絶縁層、並びに、第三の電極を順次有する能動素子であって、前記低電気抵抗層が前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示すものであることを特徴とする能動素子である。
【００２４】
請求項１２に記載された発明は、請求項１１に記載された発明において、前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１３に記載された発明は、請求項１１又は１２に記載された発明において、前記低電気抵抗層の下面に基板を設けたことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１４に記載された発明は、第三の電極、電気絶縁層、低電気抵抗層、有機半導体層、並びに、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極を順次有する能動素子であって、前記低電気抵抗層が前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示すものであることを特徴とする能動素子である。
【００２７】
請求項１５に記載された発明は、請求項１４に記載された発明において、前記低電気抵抗層の左右の端部が、前記有機半導体層に覆われるように設けられていることを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１６に記載された発明は、請求項１４又は１５に記載された発明において、前記第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたことを特徴とするものである。
【００２９】
請求項１７に記載された発明は、請求項１４〜１６のいずれかに記載された発明において、前記第三の電極の下面に基板を設けたことを特徴とするものである。
【００３０】
請求項１８に記載された発明は、請求項１〜１７のいずれかに記載された発明において、前記有機半導体層が、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート誘導体、ポリビニルフェナントレン誘導体、ポリシラン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、モノアリールアミン、トリアリールアミン誘導体等のアリールアミン誘導体、ベンジジン誘導体、ジアリールメタン誘導体、トリアリールメタン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、ジビニルベンゼン誘導体、ヒドラゾン誘導体、インデン誘導体、インデノン誘導体、ブタジエン誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド、ポリビニルピレン等のピレン誘導体、α−フェニルスチルベン誘導体、ビススチルベン誘導体等のスチルベン誘導体、エナミン誘導体、フルオレン、ポリフルオレン誘導体、ポリフルオレノン、フルオレノン誘導体及び、ポリアルキルチオフェン等のチオフェン誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料、或いは、ペンタセン、テトラセン、ビスアゾ、トリスアゾ系色素、ポリアゾ系色素、トリアリールメタン系色素、チアジン系色素、オキサジン系色素、キサンテン系色素、シアニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系色素、キナクリドン系色素、インジゴ系色素、ペリレン系色素、多環キノン系色素、ビスベンズイミダゾール系色素、インダンスロン系色素、スクアリリウム系色素、アントラキノン系色素、及び、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等のフタロシアニン系色素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料で構成されていることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項１９に記載された発明は、請求項１〜１８のいずれかに記載された発明において、前記有機半導体層が、誘電体材料を含有していることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項２０に記載された発明は、請求項１９に記載された発明において、前記誘電体材料が、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ  等のフッ素系樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂、次の一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液を加熱乾燥することによって生成する金属酸化物、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ  等の金属酸化物、Ｓｉの酸化物、及び、窒化物から選ばれることを特徴とするものである。
【００３３】
請求項２１に記載された発明は、請求項１〜２０のいずれかに記載された発明において、前記低電気抵抗層が、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリエチレンジオキシチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子、並びに、▲４▼クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性材料で構成されていることを特徴とするものである。
【００３４】
請求項２２に記載された発明は、請求項２１に記載された発明において、前記低電気抵抗層が、ポリスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸等の蒸気圧の低いドーパントを含有していることを特徴とするものである。
【００３５】
請求項２３に記載された発明は、請求項１〜２２のいずれかに記載された発明において、前記第一の電極、第二の電極及び第三の電極が、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属、或いは、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリエチレンジオキシチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、並びに、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性高分子で構成されていることを特徴とするものである。
【００３６】
請求項２４に記載された発明は、請求項１〜２３のいずれかに記載された発明において、前記電気絶縁層が、▲１▼スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、▲２▼シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、▲３▼エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂、▲４▼ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ  等のフッ素系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂、或いは、▲５▼前記金属で構成される電極層の表面の酸化によって生成する金属酸化物で構成されていることを特徴とするものである。
【００３７】
請求項２５に記載された発明は、請求項１〜２３のいずれかに記載された発明において、前記電気絶縁層が、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１  ［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって得た金属酸化物膜で構成されていることを特徴とするものである。
【００３８】
請求項２６に記載された発明は、請求項４，５，９，１０，１２及び１３のいずれかに記載された発明において、前記高電気抵抗層が、▲１▼スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、▲２▼シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、▲３▼エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂、▲４▼ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ  等のフッ素系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料、或いは、▲５▼前記第一の電極、第二の電極層の少なくとも一方の表面酸化によって生成する金属酸化物で構成されていることを特徴とするものである。
【００３９】
請求項２７に記載された発明は、請求項４，５，９，１０，１２及び１３のいずれかに記載された発明において、前記高電気抵抗層が、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１  ［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって生成する金属酸化物膜で構成されていることを特徴とするものである。
【００４０】
請求項２８に記載された発明は、請求項１〜２７のいずれかに記載された発明において、前記第一の電極及び第二の電極の間に電流を流す第一の電源、並びに、前記第三の電極に電圧を印加する第二の電源を有することを特徴とするものである。
【００４１】
請求項２９に記載された発明は、請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子を有することを特徴とするＥＬ表示素子である。
【００４２】
請求項３０に記載された発明は、共通の基板上に能動素子及び発光素子を並列的に設けたＥＬ表示素子において、前記能動素子として、前記基板上に第三の電極、前記第三の電極の両端及び上面を覆うように設けた電気絶縁層、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極及び第二の電極、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層、並びに、前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層を順次有する能動素子を設けると共に、発光素子として、前記基板上に透明電極、ＥＬ層及び陰極を順次設け、そして、前記第一の電極と前記透明電極とを電気的に接続したことを特徴とするＥＬ表示素子である。
【００４３】
請求項３１に記載された発明は、請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子を有することを特徴とする液晶表示素子である。
【００４４】
請求項３２に記載された発明は、請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子をＮＯＴ回路、ＮＡＮＤ回路又はＮＯＲ回路に有することを特徴とする演算素子である。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図２は、本発明の一実施の形態を示す能動素子の斜視図であって、（ａ）板状の低電気抵抗層を有するものを示し、そして、（ｂ）は櫛状の低電気抵抗層を有するものを示す。図３は、チャネル厚を測定するために用いる能動素子（図２４）を有する能動装置の一部断面説明図である。図４は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図５は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図６は、図５に示される能動素子から低電気抵抗層を除去した状態のものを示す説明図である。図７は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子を有する能動装置の一部断面説明図である。図８は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図９は、本発明における能動素子の整流性を説明するための説明図である。図１０は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図１１は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図１２は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図１３は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図１４は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図１５は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図１６は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図１７は、本発明の一実施の形態を示すＥＬ表示素子の一部断面説明図である。図１８は、本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の断面図である。図１９は、本発明の一実施の形態を示す演算素子が有する論理回路の説明図であって、（ａ）はＮＯＴ回路を示し、（ｂ）はＮＡＮＤ回路を示し、そして、（ｃ）はＮＯＲ回路を示す。図２０は、実施例１で得た能動装置の一部断面説明図である。図２１は、実施例４で得た能動装置の一部断面説明図である。図２２は、従来の薄膜電界効果トランジスタの断面図である。図２３は、他の従来の薄膜電界効果トランジスタの断面図である。図２４は、従来のＳＩＴの断面図であって、（ａ）は電圧を印加しない状態を示し、そして、（ｂ）は電圧を印加して空乏層領域が広がった状態を示す。
【００４６】
（実施の形態１）
図１に示されているように、本発明の能動素子２０は、第三の電極（ゲート電極）１、電気絶縁層（ゲート絶縁層）２、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極（ソース電極）３及び第二の電極（ドレイン電極）４、前記第一の電極３及び第二の電極４の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層５、並びに、前記有機半導体層５よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層６を順次有している。本発明においては、前記有機半導体層５は、少なくとも有機半導体材料が含有されている層を意味する。したがって、本発明における有機半導体層５には、有機半導体材料と無機半導体材料とが共に含有されている層も含まれる。前記低電気抵抗層６は、好ましくは、図２（ａ）に示されているような板状の低電気抵抗層６ａ、図２（ｂ）に示されているような櫛状の低電気抵抗層６ｂ、図示していない格子状の低電気抵抗層、又は、図示していない円盤状の低電気抵抗層である。
【００４７】
本発明の低電気抵抗層６は、好ましくは、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリエチレンジオキシチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子、並びに、▲４▼クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性材料で構成されているものである。これらの導電性高分子には、ポリスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸等の蒸気圧の低いドーパントを含有させてもかまわない。本発明の低電気抵抗層６は、本発明の目的に反しないかぎり、前記好ましい材料以外のものを用いてもかまわない。このように本発明の低電気抵抗層６は、導電性高分子で構成されているので、その成膜において、塗布といった手段が可能となり、そのために、製造装置コストの低減及び素子コスト低減に有効である。
【００４８】
また、低電気抵抗層６は、後処理によって形成しても良い。酸素ドープ等で導電性が発現する半導体材料を用いる場合には、有機半導体層５の表面に酸素雰囲気中で加熱等の処理を行うと、有機半導体層５の表面に低電気抵抗層が形成される。
【００４９】
前記有機半導体層５を構成する有機半導体は、好ましくは、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート誘導体、ポリビニルフェナントレン誘導体、ポリシラン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、モノアリールアミン、トリアリールアミン誘導体等のアリールアミン誘導体、ベンジジン誘導体、ジアリールメタン誘導体、トリアリールメタン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、ジビニルベンゼン誘導体、ヒドラゾン誘導体、インデン誘導体、インデノン誘導体、ブタジエン誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド、ポリビニルピレン等のピレン誘導体、α−フェニルスチルベン誘導体、ビススチルベン誘導体等のスチルベン誘導体、エナミン誘導体、フルオレン、ポリフルオレン誘導体、ポリフルオレノン、フルオレノン誘導体及び、ポリアルキルチオフェン等のチオフェン誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料、或いは、ペンタセン、テトラセン、ビスアゾ、トリスアゾ系色素、ポリアゾ系色素、トリアリールメタン系色素、チアジン系色素、オキサジン系色素、キサンテン系色素、シアニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系色素、キナクリドン系色素、インジゴ系色素、ペリレン系色素、多環キノン系色素、ビスベンズイミダゾール系色素、インダンスロン系色素、スクアリリウム系色素、アントラキノン系色素、及び、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等のフタロシアニン系色素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料で構成されている（以下、他の実施の形態においても同様とする）。このように、有機半導体層５は、有機材料で構成されているので、その成膜において、蒸着、塗布といった手段が可能となり、そのために、製造装置コストの低減及び素子コスト低減に有効である。
【００５０】
本発明においては、前記有機半導体層５は、好ましくは、誘電体材料を含有している。このように、前記有機半導体層５が誘電体材料を含有していると、ゲート電圧を印加した際のチャネル層の厚さをＴＦＴ素子の一般的ソース・ドレイン電極厚以上とすることが可能となるので、ソース・ドレイン電極と半導体層の上に低電気抵抗層を形成することにより、チャネルが低電気抵抗層と接触し大電流の駆動が可能となる。また、前記有機半導体層５が誘電体材料を含有していると、有機半導体層５の抵抗値が上昇するので、ＯＦＦ電流値の制御が容易に可能となる。誘電体材料の処方量は、例えば、このＯＦＦ電流の設定目標に応じて適宜決定される。
【００５１】
本発明における誘電体材料は、ＡＳＴＭ  Ｄ１５０（周波数１ＫＨｚ）における比誘電率の値が１．５以上であるものを指す。本発明においては、有機半導体層５が有機半導体材料のみで構成されていたとしても、構成材料の比誘電率がこの値以上であれば本発明の範囲とする。これらの誘電体材料は、有機半導体層５の中に分子分散、又は、微粒子化して分散する形態をとることが可能である。
【００５２】
このような誘電体材料は、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ  等のフッ素系樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂、次の一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液を加熱乾燥することによって生成する金属酸化物、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ  等の金属酸化物、Ｓｉの酸化物、及び、窒化物から選ばれる（以下、他の実施の形態においても同様とする）。
【００５３】
このように、前記有機半導体層５が誘電体材料を含有していると、ゲート電圧を印加した際のチャネル層の厚さをＴＦＴ素子の一般的ソース・ドレイン電極厚以上とすることが可能となるので、ソース・ドレイン電極と半導体層の上に低電気抵抗層を形成することにより、チャネルが低電気抵抗層と接触し大電流の駆動が可能となる。また、前記有機半導体層５が誘電体材料を含有していると、有機半導体層５の抵抗値が上昇するので、ＯＦＦ電流値の制御が容易となる。誘電体材料の処方量は、例えば、このＯＦＦ電流の設定目標に応じて適宜決定される。
【００５４】
前記第一の電極３、第二の電極４及び第三の電極１は、好ましくは、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属、或いは、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリエチレンジオキシチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、並びに、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性高分子で構成されている（以下、他の実施の形態においても同様とする）。
【００５５】
本発明においては、前記第一の電極３及び第二の電極４は、好ましくは、極力細線化されたものである。これらの内の第一の電極３及び第二の電極４は、それぞれ、一般的な構造のＴＦＴにおけるソース電極及びドレイン電極に相当するが、これらの電極の細線化は、通常、ＴＦＴ素子の高集積化を目的として行われる。しかし、本発明の能動素子２０を有するＴＦＴの場合には、高集積化だけでなくＯＦＦ時の電流を低減させる効果もあるので、第一の電極３及び第二の電極４の細線化の重要性は、一般的なＴＦＴと比較して高い。これらの第一の電極３の幅及び第二の電極４の幅は、ＯＮ／ＯＦＦ比が最も高くなるように各々の最適な値で設定される。
【００５６】
前記電気絶縁層２は、好ましくは、▲１▼スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、▲２▼シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、▲３▼エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂、▲４▼ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ  等のフッ素系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂、或いは、▲５▼前記金属で構成される電極層の表面の酸化によって生成する金属酸化物で構成されている（以下、他の実施の形態においても同様とする）。このように、本発明の電気絶縁層２は、高分子で構成されているので、その成膜において、塗布といった手段が可能となり、また、電気絶縁層２を電極層の表面の酸化によって形成することができ、そのために、製造装置コストの低減及び素子コストの低減ができる。特に、ポリイミド系樹脂は、電気絶縁性、耐溶剤性が良好であるので、電気絶縁層に用いるのに好適である。この樹脂上に有機溶媒に溶解または分散した材料を塗工する場合であっても、樹脂が大きなダメージを受けることがない。
【００５７】
また、前記電気絶縁層２は、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１  ［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される公知の金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって得た金属酸化物膜で構成されていてもかまわない。このように、電気絶縁層２が金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって得た金属酸化物膜で構成されているので、真空プロセスのような煩雑なプロセスを用いることなく電気絶縁膜を形成することができ、そのために、製造装置コストの低減及び素子コストの低減ができる。
【００５８】
本発明の能動素子２０は、前記有機半導体層５よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層６をチャネル幅方向全域に有しているので、能動素子２０の短チャネル化が容易となる。このように能動素子２０において、短チャネル化されると、キャリアの移動距離が短くなり、そのために、キャリアがトラップされる確率が小さくなって大きな電流を流すことが可能となり、その結果、高いキャリア移動度が得られる。それ故、本発明の能動素子２０によれば、高速スイッチング化及び大電流駆動が可能となる。また、低電気抵抗層６をチャネル幅方向全域に設けると、ＯＦＦ時に電流が大きくなる場合があるので、その際は、低電気抵抗層を図２（ｂ）に示されているような櫛状したり、図示していない格子状又は円盤状にしたりして、チャネル幅に対する低電気抵抗層の幅を適宜調節し、ＯＦＦ時の電流を小さくすることができる。
【００５９】
スイッチング特性に関しては、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７６，  Ｎｏ．１４，  ３  Ａｐｒｉｌ（２０００），１９４１−１９４３において、次の式
ｆｃ＝μＶｄ／２πＬ２
（μ：キャリア移動度、Ｖｄ：ソース・ドレイン電圧、Ｌ：チャネル長）
に示されるスイッチング周波数（ｆｃ）の計算式が実験値と良い一致を見ることが報告されている。
【００６０】
本発明の能動素子２０においては、第一の電極３と第二の電極４との間に電圧を印加すると、キャリアは、第一の電極３から有機半導体層５を通って低電気抵抗層６に入り、低電気抵抗層６から有機半導体層５に注入され、そして、第二の電極４に流入する。したがって、この能動素子２０においては、チャネル長が有機半導体層５の膜厚によって制御可能となり、そのために、短チャネル化が容易となる。また、本発明の能動素子２０は、前記従来の薄膜電界効果型トランジスタ（能動素子）（図２２参照）の製造工程において、低電気抵抗層６の成膜工程が追加されるのみであるので、その作製が非常に容易である。
【００６１】
本発明における能動素子２０は、前記従来の薄膜電界効果型トランジスタ（能動素子）（図２２参照）２４に低電気抵抗層を付加したものに相当するので、本発明の能動素子２０における第一の電極３と第二の電極４との間の抵抗値が、前記従来の薄膜電界効果型トランジスタ（能動素子）におけるソース電極（第一の電極）とドレイン電極（第二の電極）との間の距離、チャネル幅等、手電気抵抗層の形成以外の構成を全く同一とした時の、ソース電極２０３とドレイン電極２０４との間の抵抗値と比較して、１／１０以下となっていれば低電気抵抗層６とすることができる。
【００６２】
本発明の能動素子２０においては、第三の電極１に対し電圧を印加した時のチャネル形成が第一の電極３及び第二の電極４と低電気抵抗層６との間に及ぶ必要がある。一般の無機半導体では、有機半導体層中の少数キャリアが絶縁層表面に集まりチャネル層を形成するので、チャネル厚は一般に１００Å以下であるが、本発明の能動素子２０では、第一の電極３又は第二の電極４をこのチャネル厚以下に形成する必要があるので、無機半導体を用いて実現するのは困難である。しかし、有機半導体を用いる場合には、チャネル形成のメカニズムは明らかとなっていないが、チャネル厚は１０００Åにまで及ぶ場合があり、これはＴＦＴ素子の一般的なソース電極及びドレイン電極の厚（５００Å以下）を上回る。仮に、チャネル厚が１０００Åであった場合には、ソース電極（３）及びドレイン電極（４）の厚を４００Å、有機半導体層５を１０００Åで形成した図２０の構成の素子とすると、チャネル長が６００ÅのＴＦＴが作製され、有機半導体層５の全体にチャネルが形成されることになるので、ゲート電圧の印加によってソース・ドレイン電流の変調が可能となる。
【００６３】
本発明の能動素子２０においては、前記第一の電極３から前記低電気抵抗層６までの距離、及び、前記第二の電極４から前記低電気抵抗層６までの距離のいずれもが、前記第一の電極３から第二の電極４までの距離と比較して短いので、所望のＯＮ電流を得ることが可能となる。
【００６４】
本発明の能動素子２０においては、第一の電極３及び第二の電極４の厚さの少なくとも一方は、実使用時において有機半導体層５に形成されるチャネル厚さ未満とする必要がある。こうすることにより、第一の電極３から第二の電極４に流れる電流の制御において、所望のＯＮ電流を得ることが可能となる。
【００６５】
本発明におけるチャネル厚は、以下のように定義される。
図３に示される能動装置の第二の電源電圧値を実使用電圧に設定し、能動素子の構成を図２３に示されるものと同じものとする。この時、ゲート絶縁膜２１２、ソース電極２１３、ドレイン電極２１４の材料及び厚さ、並びに、有機半導体層２１５の材料は、実使用時と同一とする。そして、有機半導体層２１５の厚さを１０ｎｍ以下から数百ｎｍまで変化させ、ソース／ドレイン電流が最大となった時の有機半導体層の厚さをチャネル厚とする。
【００６６】
本発明の能動素子２０の第三の電極１の下面には、基板（図１０の基板８参照）が設けられている。このような基板は、好ましくは、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ等のフッ素系樹脂、パリレン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂から選ばれる樹脂で構成される可撓性基板である。
【００６７】
本発明の能動素子２０は、例えば、絶縁性の基板上に、第三の電極（ゲート電極）１、電気絶縁層（ゲート絶縁層）２、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極（ソース電極）３及び第二の電極（ドレイン電極）４、前記第一の電極３及び第二の電極４の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層５、並びに、前記有機半導体層５よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層６を順次積層することにより製造される。
【００６８】
（実施の形態２）
図４に示すように、本発明の能動素子３０においては、前記第一の電極３、第二の電極４のいずれか一方が前記低電気抵抗層６と接触している。このように前記第一の電極３及び第二の電極４のいずれか一方が前記低電気抵抗層６と接触していると、能動素子３０のチャネル長を短くすることが可能となる。
図４において、実施の形態１に記載された符号と同一の符号は、実施の形態１に記載された部材名と同一の部材名を意味する。また、それらの部材を構成する材料としては、実施の形態１に記載されたものと同様のものが用いられる。また、各部材の機能、効果等については、実施の形態１と同じである場合には、記載を省略する。
以下、本明細書に記載された「実施の形態」の記載においても同様とする。
【００６９】
このような能動素子３０は、前記能動素子２０と同様にして、第一の電極３と第二の電極４を形成し、そして、第一の電極３をマスキングして有機半導体層５を形成した後、マスキングを除去し、続いて、低電気抵抗層６を形成することにより製造される。また、このような能動素子３０は、第一の電極３及び第二の電極４を成膜する際に、第一の電極３の膜厚を有機半導体層５の膜厚以上に成膜した後、第二の電極４上に有機半導体層５を成膜し、続いて、低電気抵抗層６を成膜することにより製造することもできる。
【００７０】
（実施の形態３）
図５に示すように、本発明の能動素子４０においては、前記第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、前記有機半導体層５と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層７が設けられている。本発明の能動素子４０を作製するにあたっては、能動素子４０の低電気抵抗層６を除去したもの（図６参照）について、第一の電極３と第二の電極４と間の電気抵抗を測定し、次に、能動素子４０の低電気抵抗層６と第一の電極３との間の電気抵抗をこれと同等以下となるように能動素子４０を作製する必要がある。
【００７１】
図７に示すように、本発明の能動素子４０を用いた能動装置においては、第三の電極１に対し第二の電源１０から電圧が印加されると、有機半導体層５の抵抗値が下がる。それ故、電気絶縁層２に所定値以上の電圧が印加されると、電気絶縁層２中にトンネル電流が流れ、所望のＯＮ電流が得られる。第二の電源１０の電圧の印加が行われない場合には、電気絶縁層２がキャリアのブロックを行うので、ＯＦＦ電流を低減することが可能となる。このようにして、本発明の能動素子４０においては、ＯＮ／ＯＦＦ比を高くすることが可能となる。図７において、９は、前記第一の電極及び第二の電極の間に電流を流す第一の電源である。
【００７２】
前記高電気抵抗層７は、好ましくは、▲１▼スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、▲２▼シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、架橋性樹脂等の熱硬化性樹脂、▲３▼エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂、或いは、▲４▼前記金属で構成される電極層の表面の酸化によって生成する金属酸化物で構成されている。このように、高電気抵抗層７が高分子で構成されているので、その成膜において、塗布といった手段が可能となり、また、高電気抵抗層を電極層の表面の酸化によって形成することができ、そのために、製造装置コストの低減及び素子コストの低減ができる。特に、ポリイミド系樹脂は、電気絶縁性、耐溶剤性が良好であるので、高電気抵抗層に用いるのに好適である。この樹脂上に有機溶媒に溶解または分散した材料を塗工する場合であっても、樹脂が大きなダメージを受けることがない。
【００７３】
また、前記高電気抵抗層７は、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ、又は、ＭＲ（ＯＲ’）ｎ−１  ［式中、Ｒ、Ｒ’は、アルキル基、フェニル基等の有機基であり、Ｍは、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する金属である。］で示される公知の金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって得た金属酸化物膜で構成されていてもかまわない。このように、高電気抵抗層７が金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって得た金属酸化物膜で構成されているので、真空プロセスのような煩雑なプロセスを用いることなく電気絶縁膜を形成することができ、そのために、製造装置コストの低減及び素子コストの低減ができる。
【００７４】
（実施の形態４）
図８に示すように、本発明の能動素子５０においては、前記第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、前記有機半導体層５と、の少なくとも一ヶ所が直接接触して、その界面が整流性となっている。このように、前記第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、前記有機半導体層５と、の少なくとも一ヶ所が直接接触して、その界面が整流性となっていると、能動素子５０のチャネル長を短くすることができ、ＯＮ／ＯＦＦ比の大きい能動素子５０を作製することができる。
【００７５】
前記「整流性」は、Ｐ型半導体（ホール輸送性半導体）と金属の接触に関するものについて、図９を用いて次のように説明される。
即ち、図９（ａ）において、Ｍは第一の電極、第二の電極、低電気抵抗層のいずれかを示し、そして、Ｓは有機半導体層を示している。Ｍの仕事関数よりも、Ｓの仕事関数が大きい場合には、ＭとＳとの接触でバンドが下に曲がる。この状態においてＭに負電位が印加され、また、Ｓに正電位が印加されると、Ｓに対しＭの電位が低い状態となり、図９（ｂ）に示すように、エネルギー障壁が小さくなってホールがＭの方に流れる。逆に、図９（ｃ）に示すように、Ｍに正電位が印加され、また、Ｓに負電位が印加されると、エネルギー障壁が大きくなってホールが流れ難くなる。前記「仕事関数」の値は、理研計器（株）社製、ＡＣ−２によって測定した仕事関数値による。
本発明の能動素子において用いられる電極材料は、前記実施の形態１において説明したが、前記「仕事関数」の観点から説明すると、本発明における電極材料は、使用する半導体材料がホール輸送性のものである場合には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ等の仕事関数の小さなものが適用可能である。また、本発明における電極材料は、使用する半導体材料が電子輸送性のものである場合には、Ａｕ、Ｐｔ等の仕事関数の大きなものが適用可能である。
【００７６】
能動素子を図１に示される構成とし、そして、図７と同様の能動装置を構成した場合には、有機半導体層５をホール輸送性材料で構成し、第一の電極３及び第二の電極４を同一材料で構成して、これらの電極の仕事関数を有機半導体層５の仕事関数よりも小さくすると、整流性が得られる。第一の電極３と有機半導体層５との界面は、エネルギー障壁が大きくなっている部位となって、キャリアが流れ難くなり、ＯＦＦ電流の低減が可能となる。
【００７７】
（実施の形態５）
図１０に示すように、本発明の能動素子６０は、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極３及び第二の電極４、前記第一の電極３及び第二の電極４の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層５、前記有機半導体層５よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層６、電気絶縁層２、並びに、第三の電極１を順次有している。図１０において、８は、基板である。そして、この能動素子６０には、図１１に示すように、前記第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、前記有機半導体層５と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層７を設けることができる。
【００７８】
本発明の能動素子６０は、前記有機半導体層５よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層６を有しているので、前記実施の形態１に記載された能動素子２０と同様に、能動素子５０の短チャネル化が容易となる。このように能動素子６０が短チャネル化されると、キャリアの移動距離が短くなり、そのために、キャリアがトラップされる確率が小さくなって大きな電流を流すことが可能となり、その結果、高いキャリア移動度が得られる。それ故、本発明の能動素子６０によれば、高速スイッチング化及び大電流駆動が可能となる。
そして、本発明の能動素子６０は、前記第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、前記有機半導体層５と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層７が設けられているので、前記実施の形態３に記載された能動素子４０と同様に、第三の電極１に対し電圧印加が行われると、有機半導体層５の抵抗値が下がり、電気絶縁層２に所定値以上の電圧が印加されて、電気絶縁層２中にトンネル電流が流れ、所望のＯＮ電流が得られる。また、電圧の印加が行われない場合には、電気絶縁層２がキャリアのブロックを行うので、ＯＦＦ電流を低減することが可能となる。本発明の能動素子６０においては、ＯＮ／ＯＦＦ比を高くすることが可能となる。
【００７９】
（実施の形態６）
図１２に示すように、本発明の能動素子７０は、低電気抵抗層６、有機半導体層５、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極３及び第二の電極４、前記第一の電極及び第二の電極の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた電気絶縁層２、並びに、第三の電極１を順次有するものであって、前記低電気抵抗層６が前記有機半導体層よりも低い電気抵抗を示すものである。この能動素子７０においては、図１３に示すように、前記第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、前記有機半導体層５と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層７を設けることができる。また、前記低電気抵抗層６の下面に基板８を設けることができる。
【００８０】
図１４に示すように、本発明の能動素子８０は、前記有機半導体層５よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層６を有しているので、前記実施の形態１に記載された能動素子２０と同様に、能動素子８０の短チャネル化が容易となる。このように能動素子８０が短チャネル化されると、キャリアの移動距離が短くなり、そのために、キャリアがトラップされる確率が小さくなって大きな電流を流すことが可能となり、その結果、高いキャリア移動度が得られる。それ故、本発明の能動素子８０によれば、高速スイッチング化及び大電流駆動が可能となる。
そして、本発明の能動素子８０は、前記第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、前記有機半導体層５と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層７が設けられているので、前記実施の形態３に記載された能動素子４０と同様に、第三の電極１に対し電圧印加が行われると、有機半導体層５の抵抗値が下がり、電気絶縁層２に所定値以上の電圧が印加されて、電気絶縁層２中にトンネル電流が流れ、所望のＯＮ電流が得られる。また、電圧の印加が行われない場合には、電気絶縁層２がキャリアのブロックを行うので、ＯＦＦ電流を低減することが可能となる。本発明の能動素子７０においては、ＯＮ／ＯＦＦ比を高くすることが可能となる。
【００８１】
（実施の形態７）
本発明の能動素子８０は、第三の電極１、電気絶縁層２、低電気抵抗層６、有機半導体層５、並びに、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極３及び第二の電極４を順次有しており、そして、前記低電気抵抗層６は、前記有機半導体層５よりも低い電気抵抗を示すもので構成されている。この能動素子８０においては、図１５に示されるように、前記低電気抵抗層６の左右の端部を前記有機半導体層５に覆われるように設けることができる。また、図１６に示されるように、この能動素子８０においては、前記第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、前記有機半導体層５と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層７を設けることができる。さらに、この能動素子８０においては、前記第三の電極１の下面に基板８を設けることができる。
【００８２】
このように、本発明の能動素子８０は、第三の電極１、電気絶縁層２、低電気抵抗層６、有機半導体層５、並びに、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極３及び第二の電極４を順次有しているので、第一の電極３から第二の電極４に流れる電流の制御において、所望のＯＮ電流を得ることが可能となる。また、本発明の能動素子８０は、低電気抵抗層を有しているので、低電気抵抗層６の表面にチャネルが形成され、そのために、前記チャネル厚の制約を受けることが無い。よって、無機半導体においても実現可能である。
また、有機半導体層５と、第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６と、の界面をオーミック接触とすると、界面のエネルギー障壁が小さくなり、大きな電流を流すことが可能となる。オーミック接触を得るためには、有機半導体層としてホール輸送性有機半導体を用いる場合には、第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６の仕事関数よりも有機半導体層５の仕事関数を小さくすることが必要である。電子輸送性有機半導体の場合は、この逆で、第一の電極３、第二の電極４及び低電気抵抗層６の仕事関数よりも有機半導体層５の仕事関数を大きくする必要がある。これらのことは、本実施の形態以外の他の実施の形態における能動素子においてもいえることである。
【００８３】
（実施の形態８）
図１７に示されているように、本発明のＥＬ表示素子９０は、共通の可撓性の透明基板２７の上に能動素子及び発光素子を並列的に設けたＥＬ表示素子を有している。そして、本発明のＥＬ表示素子９０には、前記能動素子として、前記透明基板２７の上に第三の電極２１、前記第三の電極２１の両端及び上面を覆うように設けた電気絶縁層２２、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極２３及び第二の電極２４、前記第一の電極２３及び第二の電極２４の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層２５、並びに、前記有機半導体層２５よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層２６を順次有する能動素子が設けられていると共に、発光素子として、前記透明基板２７の上に透明電極２８、ＥＬ層２９及び陰極３１が順次設けられている。また、前記第一の電極２３と前記透明電極２８は、電気的に接続されている。本発明によれば、視認性が良好であると共に低消費電力の低い表示素子を低コストで提供することが可能となる。
【００８４】
前記透明電極２８は、例えば、ＩＴＯで構成されている。前記陰極３１は、一般にキャリアの流れを妨げない様に仕事関数の小さい材料、例えば、Ｌｉ、ＬｉＦ、Ｂａ、Ｍｇ等で構成されるが、理研計器（株）社製、ＡＣ−２によって測定した仕事関数値が３．０ｅＶ以下のものが好適である。しかし、これらの材料は大気中で不安定であるので、これらの材料の上に大気中で安定な材料、例えばＡｇ、Ａｌ等の薄膜を積層することも可能である。
【００８５】
ＥＬ層２９は、例えば、Ａｌｑ３及びその誘導体、フルオレノン系化合物及びその誘導体、キノン系化合物及びその誘導体、インデノン系化合物及びその誘導体、ヒドラゾン化合物及びその誘導体、スチルベン化合物及びその誘導体、ピラゾリン化合物及びその誘導体、フェニルアミン化合物及びその誘導体、ピレン系化合物及びその誘導体、Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルアントラセン等ビニル基を含む化合物等及びその誘導体である有機半導体で構成される。また、ＥＬ層２９は、周期表のＩＶＡ〜ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩ族又はＩＢ〜ＶＩＢ族に属する元素を含む無機半導体材料で構成され、例えば、ストロンチウム、ガリウム及び硫黄の化合物にセリウムをドープしたＳｒＧａ２Ｓ４：Ｃｅがあげられる。
【００８６】
（実施の形態９）
本発明の液晶表示素子は、請求項１〜２６のいずれかに記載の能動素子を有している。このように、本発明は、請求項１〜２６のいずれかに記載の能動素子を有しているので、視認性が良好であると共に消費電力が低い液晶表示素子を低コストで提供することができる。このような有機ＥＬ表示素子は、図１８に示される。有機ＥＬ表示素子は、図１８に示されるように、階調信号線からは各々の画素の階調にしたがって電圧が印加されている。走査線からは一ラインごと順次ＯＮ／ＯＦＦの信号電圧が印加され、一画面の走査が終了した後、次画面の走査が開始される。動画対応の場合には、この間隔は５０Ｈｚ以上（１／５０ｓｅｃ．以下）であることが好ましい。コンデンサは、一画面から次画面の走査に移るまでの時間、階調信号の電圧を充電する機能を有する。
【００８７】
（実施の形態１０）
本発明の演算素子は、請求項１〜２６のいずれかに記載の能動素子をＮＯＴ回路、ＮＡＮＤ回路又はＮＯＲ回路に有している。かかるＮＯＴ回路（インバータ回路）、ＮＡＮＤ回路及びＮＯＲ回路は、それぞれ、図１９（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示されている。前記ＮＯＴ回路、ＮＡＮＤ回路及びＮＯＲ回路においては、有機半導体層の構成材料に正孔輸送材を用いた能動素子である第１のＭＯＳトランジスタ、及び、有機半導体層の構成材料に電子輸送材を用いた能動素子である第２のＭＯＳトランジスタが設けられている。ここで、例えば、前記ＮＯＴ回路において、入力電位を＋５Ｖとすると、第２のＭＯＳトランジスタはＯＮとなるが、第１のＭＯＳトランジスタはＯＦＦとなり、そして、出力電位は０Ｖとなる。また、入力電位が０Ｖであるときは、第２のＭＯＳトランジスタはＯＦＦとなり、また、電源が＋５Ｖとなるので、第１のＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電位差が５Ｖとなり、出力電位は＋５Ｖとなる。同様に、前記ＮＡＮＤ回路及びＮＯＲ回路においても説明することができる。
このように、本発明の演算素子は、請求項１〜２６のいずれかに記載の能動素子をＮＯＴ回路（インバータ回路）、ＮＡＮＤ回路又はＮＯＲ回路に有しているので、ＮＯＴ回路では入力の電位と出力の電位との反転がおこり、ＮＡＮＤ回路では論理積の反転がおこり、そして、ＮＡＮＤ回路では論理和の反転がおこり、それらのために、入力信号に対する演算結果を出力することができる演算素子を低コストで提供することができる。
【００８８】
【実施例】
（実施例１）
次の工程を順次経て図２０に示される能動装置（図１の能動素子を有する）を製造した。
（１）基板（図示せず）の表面にＡｌで構成される５０ｎｍ厚の第三の電極（ゲート電極）１を形成する工程、
（２）前記第三の電極１の表面にＳｉＯ２  で構成される１００ｎｍ厚の電気絶縁層２を形成する工程、
（３）前記電気絶縁層２の表面にＣｒで構成され１０ｎｍ厚の密着層（図示せず）を形成する工程、
（４）前記電気絶縁層２の表面にＡｕで構成される５０ｎｍ厚の第一の電極３及び第二の電極４を４０ｎｍの間隔をあけて形成する工程、
（５）前記第一の電極３及び第二の電極４並びにそれらの間の前記電気絶縁層２の表面にポリ−３−オクチルチオフェンよりなる８０ｎｍ厚のホール輸送機能を有する有機半導体層５を形成する工程、及び、
（６）前記有機半導体層５の表面にＡｕで構成される５０ｎｍ厚の低電気抵抗層６を形成する工程、
を順次経てチャネル幅１０ｎｍの能動装置を得た。
【００８９】
（実施例２）
（５）工程において、有機半導体層５を、次の式
【化１】
2005056871.tif 000003
で示される有機半導体９０重量％に比誘電率：３．１のポリカーボネートＺ  １０重量％を分散してなる有機半導体材料で形成した以外は、実施例１と同様にして能動装置を得た。
【００９０】
（実施例３）
能動素子の構造を図４に示すものとした以外は、実施例１と同様にして能動装置を得た。
【００９１】
（実施例４）
能動素子の構造を図２１に示すものとした以外は、実施例１と同様にして能動装置（図５の能動素子を有する）を得た。その際、高電気抵抗層（７）は、ポリビニルブチラールをエタノールに溶解した溶液を５０ｎｍ厚に塗布して形成した。
【００９２】
（実施例５）
次の工程を順次経て図２１に示される能動装置（図５の能動素子を有する）を製造した。
（１）基板（図示せず）の表面にＡｌで構成される３０ｎｍ厚の第三の電極（ゲート電極）１を形成する工程、
（２）前記第三の電極１の表面にＳｉＯ２  で構成される電気絶縁層２を１００ｎｍ厚に形成する工程、
（３）前記電気絶縁層２の表面の第二の電極４を形成する部分にＣｒで構成され１０ｎｍ厚の密着層（図示せず）を形成する工程、
（４）前記電気絶縁層２の表面にＡｌで構成され３０ｎｍ厚の第一の電極３を形成した後その表面を熱酸化してＡｌ２Ｏ３で構成される高電気抵抗層を形成する工程、
（５）前記密着層を形成した電気絶縁層２の表面に前記第一の電極３から３５ｎｍの間隔をあけて２０ｎｍ厚のＡｕで構成される第二の電極４を形成する工程、
（６）前記第一の電極３及び第二の電極４並びにそれらの間の前記電気絶縁層２の表面にポリ−３−オクチルチオフェンよりなる８０ｎｍ厚のホール輸送機能を有する有機半導体層５を形成する工程、及び、
（７）前記有機半導体層５の表面にＡｕで構成される５０ｎｍ厚の低電気抵抗層６を形成する工程、
を順次経てチャネル幅１０ｎｍの能動装置を得た。
【００９３】
（比較例１）
能動素子の構造を図２２に示すものとした以外は、実施例１と同様にして能動装置を得た。
【００９４】
以上、実施例１〜５及び比較例１で得られた能動装置について以下の特性評価を行った。
（１）実施例１〜３
（静特性評価）
第一の電源９の電圧を０Ｖ、２Ｖ、４Ｖ、８Ｖとし、第二の電源１０の電圧を０Ｖ、−４Ｖ、−８Ｖとして、各々の電圧印加時における電流値を測定した。
【００９５】
（２）実施例４
（静特性評価）
第一の電源９の電圧を８Ｖとし、第二の電源１０の電圧を０Ｖ、−８Ｖとして、各々の電圧印加時における電流値を測定した。次に、第二の電源１０の電圧を１Ｈｚで切り替え、窒素フロー下にて１０時間連続駆動した後の電流値を測定した。
【００９６】
（３）実施例５
（静特性評価）
第一の電源９の電圧を８Ｖとし、第二の電源１０の電圧を０Ｖ、−８Ｖとして、各々の電圧印加時における電流値を測定した。次に、第二の電源１０の電圧を１Ｈｚで切り替え、窒素フロー下にて１０時間連続駆動した後の電流値を測定した。
【００９７】
（４）比較例１
（静特性評価）
第一の電源９の電圧を０Ｖ、４Ｖ、８Ｖ、１２Ｖとし、第二の電源１０の電圧を０Ｖ、−８Ｖ、−１２Ｖとして、各々の電圧印加時における電流値を測定した。
【００９８】
評価結果は、次の表１〜３に示される。
【００９９】
【表１】
2005056871.tif 000004
【０１００】
【表２】
2005056871.tif 000005
【０１０１】
【表３】
2005056871.tif 000006
【０１０２】
【発明の効果】
（１）請求項１，７，８，１０，１１、１３，１４，１５，１７，２３，２８に記載された発明によれば、有機半導体層よりも低い電気抵抗を示す低電気抵抗層をチャネル幅方向全域に有しているので、能動素子の短チャネル化がなされて、キャリアの移動距離が短くなり、そのために、キャリアがトラップされる確率が小さくなって大きな電流を流すことが可能となり、その結果、高いキャリア移動度が得られる。それ故、本発明によれば、高速スイッチング化及び大電流駆動が可能となる。
【０１０３】
（２）請求項２に記載された発明によれば、第一の電極から前記低電気抵抗層までの距離、及び、前記第二の電極から前記低電気抵抗層までの距離のいずれもが、前記第一の電極から第二の電極までの距離と比較して短いので、所望のＯＮ電流を得ることが可能となる。
【０１０４】
（３）請求項３に記載された発明によれば、第一の電極及び第二の電極のいずれか一方が前記低電気抵抗層と接触しているので、能動素子のチャネル長を短くすることが可能となる。
【０１０５】
（４）請求項４，９，１２，１６に記載された発明によれば、第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の界面の少なくとも一ヶ所に所定値以上の電圧の印加によってキャリアがトンネル可能となる高電気抵抗層を設けたので、ＯＮ／ＯＦＦ比を高くすることが可能となる。
【０１０６】
（５）請求項５に記載された発明によれば、第一の電極、第二の電極及び低電気抵抗層と、前記有機半導体層と、の少なくとも一ヶ所が直接接触して、その界面が整流性となっているので、能動素子のチャネル長を短くすることができ、ＯＮ／ＯＦＦ比の大きい能動素子を作製することができる。
【０１０７】
（６）請求項６に記載された発明によれば、低電気抵抗層が、櫛状、格子状又は円盤状であるので、ＯＦＦ時の電流を小さくすることができる。
【０１０８】
（７）請求項１８に記載された発明によれば、有機半導体層が有機材料で構成されているので、その成膜において、蒸着、塗布といった手段が可能となり、そのために、製造装置コストの低減及び素子コスト低減に有効である。
【０１０９】
（８）請求項１９，２０に記載された発明によれば、有機半導体層が誘電体材料を含有しているので、ゲート電圧を印加した際のチャネル層の厚さをＴＦＴ素子の一般的ソース・ドレイン電極厚以上とすることが可能となり、そのために、ソース・ドレイン電極と半導体層の上に低電気抵抗層を形成することにより、チャネルが低電気抵抗層と接触し大電流の駆動が可能となる。また、請求項１９，２０に記載された発明によれば、有機半導体層が誘電体材料を含有しているので、有機半導体層の抵抗値が上昇し、そのために、ＯＦＦ電流値の制御が容易となる。
【０１１０】
（９）請求項２１，２２に記載された発明によれば、低電気抵抗層が導電性高分子で構成されているので、その成膜において、塗布といった手段が可能となり、そのために、製造装置コストの低減及び素子コスト低減に有効である。金属材料を用いる場合は、これを超微粒子化して水、有機溶媒に分散した塗工液を塗布し成膜することで同様の効果が得られる。
【０１１１】
（１０）請求項２４に記載された発明によれば、電気絶縁層が高分子で構成されているので、その成膜において、塗布といった手段が可能となり、また、電気絶縁層２を電極層の表面の酸化によって形成することができ、そのために、製造装置コストの低減及び素子コストの低減ができる。
【０１１２】
（１１）請求項２５に記載された発明によれば、電気絶縁層が金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって得た金属酸化物膜で構成されているので、真空プロセスのような煩雑なプロセスを用いることなく電気絶縁層を形成することができ、そのために、製造装置コストの低減及び素子コストの低減ができる。
【０１１３】
（１２）請求項２６に記載された発明によれば、高電気抵抗層が高分子で構成されているので、その成膜において、塗布といった手段が可能となり、また、高電気抵抗層を電極層の表面の酸化によって形成することができ、そのために、製造装置コストの低減及び素子コストの低減ができる。
【０１１４】
（１３）請求項２７に記載された発明によれば、高電気抵抗層が、金属アルコキシドを加水分解して得られた溶液の塗布、加熱乾燥によって得た金属酸化物膜で構成されているので、真空プロセスのような煩雑なプロセスを用いることなく電気絶縁層を形成することができ、そのために、製造装置コストの低減及び素子コストの低減ができる。
【０１１５】
（１４）請求項２９，３０に記載された発明によれば、請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子を有しているので、視認性が良好であると共に低消費電力が低い表示素子を低コストで提供することが可能となる。
【０１１６】
（１５）請求項３１に記載された発明によれば、請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子を有しているので、視認性が良好であると共に消費電力が低い液晶表示素子を低コストで提供することができる。
【０１１７】
（１６）請求項３０に記載された発明によれば、請求項１〜２８のいずれかに記載の能動素子をＮＯＴ回路に有しているので、ＮＯＴ回路では入力の電位と出力の電位との反転がおこり、ＮＡＮＤ回路では論理積の反転がおこり、そして、ＮＡＮＤ回路では論理和の反転がおこり、それらのために、入力信号に対する演算結果を出力することができる演算素子を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す能動素子の斜視図であって、（ａ）板状の低電気抵抗層を有するものを示し、（ｂ）は櫛状の低電気抵抗層を有するものを示す。
【図３】チャネル厚を測定するために用いる能動素子（図２４）を有する能動装置の一部断面説明図である。
【図４】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図５】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図６】図５に示される能動素子から低電気抵抗層を除去した状態のものを示す説明図である。
【図７】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子を有する能動装置の一部断面説明図である。
【図８】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図９】本発明における能動素子の整流性を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図１１】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図１２】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図１３】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図１４】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図１５】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図１６】本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図１７】本発明の一実施の形態を示すＥＬ表示素子の一部断面説明図である。
【図１８】本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の断面図である。
【図１９】本発明の一実施の形態を示す演算素子が有する論理回路の説明図であって、（ａ）はＮＯＴ回路を示し、（ｂ）はＮＡＮＤ回路を示し、そして、（ｃ）はＮＯＲ回路を示す。
【図２０】実施例１で得た能動装置の一部断面説明図である。
【図２１】実施例４で得た能動装置の一部断面説明図である。
【図２２】従来の薄膜電界効果トランジスタの断面図である。
【図２３】他の従来の薄膜電界効果トランジスタの断面図である。
【図２４】従来のＳＩＴの断面図であって、（ａ）は電圧を印加しない状態を示し、そして、（ｂ）は電圧を印加して空乏層領域が広がった状態を示す。
【符号の説明】
１  第三の電極（ゲート電極）
２  電気絶縁層
３  第一の電極（ソース電極）
４  第二の電極（ドレイン電極）
５  有機半導体層
６  低電気抵抗層
６ａ  板状の低電気抵抗層
６ｂ  櫛状の低電気抵抗層
７  高電気抵抗層
８  基板
９  第一の電源
１０  第二の電源
２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０  能動素子
【図１】
2005056871.tif 000007
【図２】
2005056871.tif 000008
【図３】
2005056871.tif 000009
【図４】
2005056871.tif 000010
【図５】
2005056871.tif 000011
【図６】
2005056871.tif 000012
【図７】
2005056871.tif 000013
【図８】
2005056871.tif 000014
【図９】
2005056871.tif 000015
【図１０】
2005056871.tif 000016
【図１１】
2005056871.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2005056871.tif 000019
【図１４】
2005056871.tif 000020
【図１５】
2005056871.tif 000021
【図１６】
2005056871.tif 000022
【図１７】
2005056871.tif 000023
【図１８】
2005056871.tif 000024
【図１９】
2005056871.tif 000025
【図２０】
2005056871.tif 000026
【図２１】
2005056871.tif 000027
【図２２】
2005056871.tif 000028
【図２３】
2005056871.tif 000029
【図２４】
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