(57)【要約】【課題】ゲート電圧によってソース電極とドレイン電極の間の電流をより大きく変調させること、およびソース電極とドレイン電極の間に大きな電流を流すことが可能であり、かつ大気中において安定に動作する有機薄膜トランジスタ、ならびにスイッチング素子を提供する。【解決手段】ソース電極とドレイン電極間のチャネルが形成される領域が、少なくとも１つ以上のメタロセン骨格部位、および５員環の複素芳香族環、６員環の芳香族環またはこれらの縮合芳香族環から構成される構造を有する有機半導体化合物からなる薄膜トランジスタ、ならびに該薄膜トランジスタからなるスイッチング素子である。【選択図】図１
2005322787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極とドレイン電極間のチャネルの電導度を、ゲート電極に印加するゲート電圧によって制御する薄膜トランジスタにおいて、該チャネルが形成される領域が、少なくとも１つ以上のメタロセン骨格部位、および５員環の複素芳香族環、６員環の芳香族環またはこれらの縮合芳香族環から構成される構造を有する有機半導体化合物からなる薄膜トランジスタ。
【請求項２】
メタロセン骨格部位がフェロセンである請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
有機半導体化合物が、式（１）：
【化１】
2005322787.tif 000020
｛式中、Ｒ1〜Ｒ6は、水素原子、アルキル基（−ＣnＨ2n+1）またはアルコキシ基（−ＯＣnＨ2n+1）を表わす。ｎは１〜１０の整数を表わす。｝で示される化合物である請求項２記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
有機半導体化合物が、式（２）：
【化２】
2005322787.tif 000021
で示される化合物である請求項３記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の薄膜トランジスタからなるスイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体を用いた薄膜トランジスタ、および該薄膜トランジスタからなるスイッチング素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機活性層およびプリント電子構成部品を備えた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）は、いくつかの分野において、シリコンベースＴＦＴの安価な代替品として注目されてきている。有機材料を用いることにより、シリコンを用いたプロセスで必要とされるコストのかかるステップを行なうことなく、このようなデバイスを作製することが可能となる。また、そのほかの利点としては、機械的フレキシビリティが向上する点や、シリコン基板上に形成される薄膜トランジスタに対する有機ベースデバイスの調整が容易である点があげられる。有機ベースデバイスの特性は、極端な条件下（たとえば、高温や低温）においては、デバイスの密度や信頼性の点では、シリコンベースのＴＦＴの特性には適合しない。しかし、有機ベースＴＦＴは、極端な条件下での密度や信頼性よりも、経済性が優先される場合には有用である。
【０００３】
有機ベースＴＦＴの半導体材料として、種々の有機材料が提案されている。とくに高いホール移動度を有する有機半導体材料を用いたＴＦＴとしては、たとえば、非特許文献１に報告されているペンタセンを用いたＴＦＴがあげられる。この場合、１〜２ｃｍ2／Ｖｓ程度のキャリア移動度が得られており、ｏｎ時のソース・ドレイン間電流も高い値が得られている。しかしながら、非特許文献２に報告されているように、大気中においてペンタセンは劣化するため、長期間安定した動作が得られず、実用に供するのは困難である。また、ペンタセンの製膜は蒸着法によるため、真空製膜装置などの大型設備が必要となり、前述のような経済性の利点が損なわれる。
【０００４】
そのほかの有機半導体材料を用いたＴＦＴとしては、非特許文献３に報告されているポリ（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体を用いたＴＦＴがあげられる。しかしながら、ここで報告されているＴＦＴのキャリア移動度は最大でも０．１ｃｍ2／Ｖｓであり、ｏｎ時のソース・ドレイン間電流も高い値を得るには至っていない。また、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体は、酸素によるドーピングが顕著なためオフ電流が増加しやすく、大気中におけるゲート電極に印加する電圧によるソース電極とドレイン電極の間を流れる電流の変調幅は３桁程度にとどまる。
【０００５】
また、特許文献１には、６員環および縮合芳香族環を二つまたは三つ有し、５員環の複素芳香族環が縮合された構造の有機半導体化合物からなる活性層をもつＴＦＴが開示されている。しかし、このＴＦＴのキャリア移動度は０．１ｃｍ2／Ｖｓ程度と低く、また、ｏｎ／ｏｆｆ比についても、必要とされる４桁を満たすものではなかった。
【０００６】
このように、従来の有機半導体材料を用いたＴＦＴは、いずれも大気中における安定性がわるく、ｏｎ／ｏｆｆ比が小さく、ｏｎ時のソース・ドレイン間電流も高い値を得るには至っていない。したがって、有機半導体を用いたＴＦＴにおいて、大きなソース・ドレイン間電流を流し、かつこの電流の変調幅を大きくすることは、ＴＦＴの特性を向上させる上での課題であった。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１９５７９０号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．８１，ｐ．２６８（２００２）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．８３，ｐ．１６４４（２００３）
【非特許文献３】ＳＣＩＥＮＣＥ，ｖｏｌ．２８０，ｐ．１７４１（１９９８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述のような問題点を解決するためになされたものであり、ゲート電圧によってソース電極とドレイン電極との間の電流をより大きく変調させること、およびソース電極とドレイン電極との間に大きな電流を流すことが可能であり、かつ大気中において安定に動作する有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ソース電極とドレイン電極間のチャネルの電導度を、ゲート電極に印加するゲート電圧によって制御する薄膜トランジスタにおいて、該チャネルが形成される領域が、少なくとも１つ以上のメタロセン骨格部位、および５員環の複素芳香族環、６員環の芳香族環またはこれらの縮合芳香族環から構成される構造を有する有機半導体化合物からなる薄膜トランジスタに関する。
【００１０】
前記有機半導体化合物は、前記芳香族環の数が２〜４であり、両端にフェロセンが結合した構造であることが好ましい。前記有機半導体化合物は、式（１）：
【００１１】
【化１】
2005322787.tif 000003
【００１２】
｛式中、Ｒ1〜Ｒ6は、水素原子、アルキル基（−ＣnＨ2n+1、ｎは１〜１０の整数）またはアルコキシ基（−ＯＣnＨ2n+1、ｎは１〜１０の整数）を表わす。｝に示される構造であることが、より好ましい。
【００１３】
前記有機半導体化合物は、式（２）： 
【００１４】
【化２】
2005322787.tif 000004
【００１５】
に示される構造であることが、さらに好ましい。
【００１６】
前記有機半導体化合物を有する薄膜トランジスタは、スイッチング素子などの各種デバイスの製造に有利に用いることができ、とくにスイッチング素子材料として用いると、良好にスイッチング駆動する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高い電界効果移動度および高いｏｎ／ｏｆｆ比を有し、かつ大気中で安定して動作する有機薄膜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】
【００１８】
実施の形態１
本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極とドレイン電極間のチャネルの電導度を、ゲート電極に印加するゲート電圧によって制御する薄膜トランジスタであり、該チャネルが形成される領域が、少なくとも１つ以上のメタロセン骨格部位、および５員環の複素芳香族環、６員環の芳香族環またはこれらの縮合芳香族環から構成される構造を有する有機半導体化合物からなる薄膜トランジスタである。
【００１９】
本発明の薄膜トランジスタを、図１を用いて説明する。図１は本発明の薄膜トランジスタの断面図であり、ここで、１は活性層となる有機半導体薄膜、２はソース電極、３はドレイン電極、４はゲート絶縁膜、５はゲート電極、６は基板である。なお、本発明の薄膜トランジスタは、接合型または絶縁ゲート型など、どのようなものであってもよいが、ここでは、絶縁ゲート型に適用した場合について説明する。
【００２０】
ソース電極２とドレイン電極３間のチャネルを形成する有機半導体薄膜１は、少なくとも１つ以上のメタロセン骨格部位、および５員環の複素芳香族環、６員環の芳香族環またはこれらの縮合芳香族環から構成される構造を有する有機半導体化合物からなる。
【００２１】
本発明に用いられる有機半導体化合物は、メタロセン骨格部位を、少なくとも１つ以上、好ましくは２つ有する。メタロセン骨格部位を１つ以上有することにより、有機半導体化合物は、レドックス（酸化還元）活性部位を構成要素として含むこととなり、このレドックス活性部位は外部電圧の印加により容易にポーラロンを発生することができるため、電界効果移動度とｏｎ／ｏｆｆ比の向上が可能となる。また、メタロセン骨格部位としては、フェロセン、ルテノセン、オスモセン、マンガノセンなどがあげられる。これらの中では、耐熱性、大気中での安定性、外部電圧の印加により容易にポーラロンを発生できる点より、フェロセンが好ましい。
【００２２】
５員環の複素芳香族環としては、チオフェン、セレノフェンなどがあげられる。これらの中では、とくにキャリア伝導性が高い点より、チオフェンが好ましい。
【００２３】
６員環の芳香族環としては、フェニレンがあげられる。
【００２４】
５員環の複素芳香族環または６員環の芳香族環からなる縮合芳香族環としては、フルオレン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセンなどがあげられる。
【００２５】
本発明に用いられる有機半導体化合物は、前記５員環の複素芳香族環、前記６員環の芳香族環、前記縮合芳香族環のいずれかから構成されていればよく、また、たとえば、５員環の複素芳香族環と６員環の芳香族環から構成される有機半導体化合物のように、異種の芳香族環の２種以上から構成されていてもよい。有機半導体化合物中の芳香族環の数は、２〜４であることが好ましく、より好ましくは３である。芳香族環の数が１ではポーラロンが発生しにくくなり、５以上では電界効果移動度が小さくなる傾向がある。
【００２６】
本発明に用いられる有機半導体化合物は、少なくとも１つ以上のメタロセン骨格部位、および５員環の複素芳香族環、６員環の芳香族環またはこれらの縮合芳香族環から構成される構造を有するが、メタロセン骨格部位や芳香族環の水素原子は、アルキル基（−ＣnＨ2n+1）、アルコキシ基（−ＯＣnＨ2n+1）などで置換されていてもよい。これらの基で置換されることにより、有機半導体化合物は、各種溶媒に可溶となり製膜性を向上でき、かつ分子間配置を適正化できるようになるため好ましい。ここで、ｎは１〜１０の整数を表わす。ｎが１１以上の場合には、分子の立体障害を引き起こし分子間の電荷の移動を妨げる傾向がある。
【００２７】
本発明に用いられる有機半導体化合物は、式（１）で示される化合物であることが、キャリア伝導性の点より、好ましい。
【００２８】
【化３】
2005322787.tif 000005
【００２９】
式中、Ｒ1〜Ｒ6は、水素原子、アルキル基（−ＣnＨ2n+1）またはアルコキシアルキル基（−ＯＣnＨ2n+1）を表わす。ｎは１〜１０の整数の表わす。
【００３０】
本発明に用いられる有機半導体化合物は、式（２）で示される化合物であることが、キャリア伝導性の点より、とくに好ましい。
【００３１】
【化４】
2005322787.tif 000006
【００３２】
本発明で用いられる有機半導体化合物の製造方法は、とくに限定されない。たとえば、式（１）に示される化合物において、Ｒ1〜Ｒ6が水素原子の場合には、不活性アルゴン雰囲気下、フェロセンのＴＨＦ溶液にターシャルブチルリチウムのペンタン溶液を添加したのち、５，５”−ジブロモ−２，２’：５’，２”−ターチオフェンのＴＨＦ溶液を添加し、反応させることにより製造することができる。５，５”−ジブロモ−２，２’：５’，２”−ターチオフェンは、５−ブロモ−２，２’：５’，２”−ターチオフェンのジクロロメタン溶液に固体Ｎ−ブロモスクシンイミドを添加して反応させて得ることができる。
【００３３】
また、式（２）、式（３）、式（４）および式（５）で示される有機半導体化合物は、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３９，ｐ．Ｌ９３９（２０００）中に記載されている方法を参考にして製造することができる。たとえば、式（２）で示される有機半導体化合物は、触媒であるジクロロ（ビストリフェニルホスフィン）の存在下、５，５”−ジヨード−３，３”−ジメトキシ−２，２’：５’，２”−ターチオフェンとフェロセニルジンククロリドとを、ＴＨＦ溶媒中、カップリングすることにより得られる。また、式（３）で示される有機半導体化合物は、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３８，ｐ．Ｌ１０７３（１９９９）中に記載されている方法を参考にしても製造することができる。
【００３４】
【化５】
2005322787.tif 000007
【００３５】
【化６】
2005322787.tif 000008
【００３６】
【化７】
2005322787.tif 000009
【００３７】
本発明の薄膜トランジスタは、たとえば、基板６上のゲート電極５上にゲート絶縁膜４を形成したのち、ソース電極２およびドレイン電極３を形成し、最後に有機半導体薄膜１を形成することにより、作製することができる。
【００３８】
基板６を形成する材料としては、絶縁性の材料が使用可能である。具体的には、石英、ガラス、アルミナ焼結体などの各種無機絶縁性材料、ポリイミドフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリフェニレンスルフィド膜、ポリパラキシリレン膜などの各種絶縁性プラスチックなどが使用可能である。
【００３９】
ソース電極２、ドレイン電極３およびゲート電極５を形成する材料としては、導電性を有する材料であれば使用可能である。具体的には、金、銀、銅、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケルなどの金属、白金シリサイド、パラジウムシリサイド、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン、炭素、スズ酸化物、インジウム酸化物、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）などの導電性無機材料、導電性を有する有機低分子化合物、導電性のπ−共役高分子などを用いるのが一般的であるが、もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を２種以上使用しても差しつかえない。ソース電極２およびドレイン電極３としては、これらの中でも、とくに半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。
【００４０】
ゲート電極５の形成方法としては、とくに制限がなく、たとえば、真空蒸着法、スパッタリング法、メッキ法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）法、スピンコート法、電解重合法が使用可能である。
【００４１】
ゲート絶縁膜４を形成する材料としては、絶縁性のものであれば、無機材料、有機材料のいずれでも使用可能である。一般的には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシリレン、ポリアクリロニトリル、各種絶縁性ＬＢ膜などが用いられる。また、これらの材料を、２種以上併せて用いてもよい。ゲート絶縁膜４の作製法としては、とくに制限はなく、たとえば、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法、蒸着法、スピンコーティング法、ディッピング法、クラスタイオンビーム蒸着法およびＬＢ法などがあげられる。また、シリコンウエハーを、ゲート電極５と基板６を兼ねて用いる場合には、ゲート絶縁膜４としては、シリコンの熱酸化法などによって得られる酸化シリコン膜が好適である。
【００４２】
ソース電極２およびドレイン電極３は、たとえば、真空蒸着法、スパッタリング法、メッキ法、ＣＶＤ法、ＬＢ法、スピンコート法、電解重合法などにより、形成することができるが、これらに限られるものではない。
【００４３】
有機半導体薄膜１の作製法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スピンコート法、キャスト法、ディッピング法、ロールコート法、バーコート法およびＬＢ法などがあげられ、目的に応じて使用できる。ただし、これら中では、生産性の点で、簡単に薄膜が形成できるスピンコート法、キャスト法、ディッピング法、ロールコート法、バーコート法などが好まれる。有機半導体化合物からなる有機半導体薄膜１の膜厚としては、とくに制限はないが、得られるトランジスタの特性は、有機半導体化合物からなる活性層の膜厚に大きく左右される場合が多いため、膜厚は３０００オングストローム以下であることが好ましい。
【００４４】
また、ゲート電極５と基板６を１つのｐ型シリコン基板またはｎ型シリコン基板で置き換えてもよく、この場合には、基板６を省略することができる。ｐ型シリコン基板やｎ型シリコン基板の体積固有抵抗率は、とくに限定されないが、実用上は、有機半導体薄膜１の体積固有抵抗率よりも小さいことが好ましい。さらに、図１に示すＴＦＴの使用目的に応じて、ゲート電極５と基板６をステンレス板、銅板、導電性高分子などの導電性の板またはフィルムによって置き換えることも可能である。
【００４５】
本発明の薄膜トランジスタのキャリア移動度は、好ましくは０．１ｃｍ2／Ｖｓ以上、より好ましくは０．３ｃｍ2／Ｖｓ以上である。キャリア移動度が０．１ｃｍ2／Ｖｓ未満ではトランジスタが駆動できる電流量が小さくなり、たとえば液晶などの画像表示装置のスイッチング素子として用いる場合にはトランジスタサイズを大きくしなければならず、画素開口率の低下をまねく。
【００４６】
また、ｏｎ／ｏｆｆ比は１０4以上であることが好ましく、１０5以上であることがより好ましい。ｏｎ／ｏｆｆ比が１０4未満ではトランジスタのｏｆｆ抵抗が充分に高くならず、たとえば液晶などの画像表示装置のスイッチング素子として用いる場合には充電した画素の電荷を保持できなくなる。
【００４７】
本発明の薄膜トランジスタは、液晶などの画像表示装置の駆動制御を行なうスイッチング素子、あるいはインバータを構成してこれを集積化したＩＣ回路などに用いることができる。
【００４８】
実施の形態２
本発明の薄膜トランジスタの一実施の形態を、図２を用いて説明する。図２は、本発明の薄膜トランジスタをスイッチング素子として用いた液晶表示装置の断面図を示した図である。
【００４９】
図２に示すように、基板６の左半部の上面にはゲート電極５が形成され、基板６の上面全面およびゲート電極５上にはゲート絶縁膜４が形成される。このゲート絶縁膜４の左半部の上面にはソース電極２およびドレイン電極３が形成され、ゲート絶縁膜４の右半部の上面には電極７が形成される。電極７はドレイン電極３に接続されている。さらに、ソース電極２およびドレイン電極３上、ならびにこれらの周辺のゲート絶縁膜４上に、本発明に係る有機半導体材料からなる有機半導体薄膜１が形成される。この有機半導体薄膜１により、ソース電極２とドレイン電極３間のチャネル形成領域が形成されており、基板６、ゲート電極５、ゲート絶縁膜４、ソース電極２、ドレイン電極３、有機半導体薄膜１からなるＴＦＴを有する駆動部１１Ａが構成されている。
【００５０】
また、電極７上および有機半導体薄膜１上には液晶層８が形成され、液晶層８の上面の電極７の上方位置には透明電極９が形成されている。液晶層８上および透明電極９上には偏光板つきガラス板１０が形成されており、電極７および透明電極９には配向処理が施されている。電極７、液晶層８、透明電極９およびガラス板１０により液晶表示部１１Ｂが構成され、ゲート電極５へのゲート電圧の制御によるＴＦＴのｏｎ、ｏｆｆによって、液晶表示部１１Ｂが駆動される。
【００５１】
図２中のＴＦＴにおいて、有機半導体薄膜１、ソース電極２、ドレイン電極３、ゲート絶縁膜４、ゲート電極５および基板６を形成する材料は、実施の形態１で説明した薄膜トランジスタと同一の材料を用いることができ、また、その形成方法も同一である。
【００５２】
ＴＦＴのドレイン電極３に接続された電極７の材料は、充分な電導度を有し、液晶に不溶のものであれば、とくに限定されず、たとえば金、白金、クロム、アルミニウムなどの金属やスズ酸化物、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電材または導電性を有する有機系高分子を用いてもよく、もちろんこれらの材料を２種類以上組み合わせてもよい。ただし、電極７には、ＳｉＯの斜め蒸着またはラビング等の配向処理を施しておく必要がある。
【００５３】
電極７は、ＩＴＯを用いるときはスパッタ法など、導電性高分子を用いるときはスピンコート法などにより、形成することができる。
【００５４】
液晶層８には、周知のようなゲスト・ホスト（ＧＨ）型液晶、ツイスト・ネマティック（ＴＮ）型液晶、スメクチックＣ相液晶などが用いられる。基板６にガラスを用い、電極７に透明導電材を用いる場合には、基板６に偏光板を取り付けることによって、コントラスト比を上げることができる。
【００５５】
液晶層８は、上下基板の間にスペーサーを挟んでできる空間に毛細管現象を利用し注入することなどにより、形成することができる。
【００５６】
また、透明電極９の材料としては、スズ酸化物、酸化インジウム、ＩＴＯなどの透明導電材を用いるのが一般的であり、適度の透明度を有する導電性有機系高分子を用いてもよく、あるいはこれらの材料を２種類以上組み合わせてもよい。ただし、透明電極９には、ＳｉＯの斜め蒸着またはラビング等の配向処理を施しておく必要がある。
【００５７】
透明電極９は、ＩＴＯを用いるならばスパッタ法など、導電性高分子を用いるならばスピンコート法などにより、形成することができる。
【００５８】
偏光板つきガラス板１０に用いられる偏光板としては、偏光するものであれば、とくに限定されずに用いることができる。
【００５９】
また、有機半導体薄膜１上には、素子全体の保護を目的とした保護膜を設けてもよく、この場合保護膜には有機および／または無機の絶縁性材料が用いられる。
【００６０】
さらに、基板６およびゲート電極５をシリコンにより形成する場合には、ゲート絶縁膜４としてシリコンの熱酸化法などによって得られる酸化シリコン膜を用いることもできる。
【００６１】
図２に示す液晶表示装置の動作について説明する。
【００６２】
有機半導体薄膜１を形成する有機半導体化合物がｐ型の特性を示す場合について説明すると、ソース電極２を基準として透明電極９に負電圧を印加しておき、ゲート電極５に負のゲート電圧を印加することにより、ソース電極２・ドレイン電極３間の抵抗が減少してＴＦＴがｏｎ状態となり、ドレイン電極３と電極７とが直列に接続されているために、液晶層８に電圧がかかり、液晶表示部１１Ｂに所定の表示が行なわれる。
【００６３】
つぎに、ゲート電圧の印加を停止すると、ソース電極２・ドレイン電極３間の抵抗が大きくなってＴＦＴがｏｆｆ状態となり、液晶層８に電圧がかからなくなり、液晶表示部１１Ｂの表示が消え、このようにゲート電圧の制御による駆動部１１ＡのＴＦＴのｏｎ・ｏｆｆにより、液晶表示部１１Ｂの駆動を制御することができる。
【００６４】
また、有機半導体薄膜１がｎ型の特性を示す場合であっても、同様にゲート電圧の制御によって液晶表示部１１Ｂの駆動を制御できる。
【００６５】
したがって、本発明の薄膜トランジスタをスイッチング素子として用いることにより、優れた性能を有する低価格の液晶表示装置を得ることができる。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明の実施例を記述するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６７】
実施例中、キャリア移動度およびｏｎ／ｏｆｆ比は、次のように測定した。
【００６８】
キャリア移動度の測定方法
薄膜トランジスタのキャリア移動度（μ）は、暗箱中、飽和領域（ゲート電圧ＶG＜ソース・ドレイン間電圧ＶSD）におけるドレイン電流ＩSDを測定し、その結果より下記の式に従い決定した。
ＩSD＝Ｃiμ（Ｗ／２Ｌ）（ＶG−ＶT）2
【００６９】
ここで、ＷとＬはそれぞれ半導体のチャネル幅と長さであり、Ｃiはゲート誘電体層の単位面積当たりの静電容量、ＶGはゲート電圧、ＶTはしきい電圧を示す。測定に用いた装置のしきい電圧ＶTは、任意のゲート電圧ＶGに対する、飽和領域におけるＩSDの平方根をプロットし、このプロットにより得られた直線をＩSD＝０まで外挿し、ＩSD＝０となるときのＶGの値より求める。
【００７０】
ｏｎ／ｏｆｆ比の測定方法
薄膜トランジスタのｏｎ／ｏｆｆ比は、ゲート電圧ＶGがドレイン電圧ＶDと等しいかまたはそれ以上であるときの飽和ドレイン電流とゲート電圧ＶGがゼロのときのドレイン電流との比である。
【００７１】
実施例１
基板である直径２インチ、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラスウエハー上に、通常の蒸着法、光リソグラフィー法およびエッチング法を用いて厚さ１０００オングストロームのクロム薄膜パターンを形成した。その上に、通常の蒸着法およびマスク法を用いて厚さ５０００オングストロームのＳｉＯX絶縁膜を形成した。ついでこの絶縁膜上に、通常の蒸着法および光リソグラフィー法を用いて厚さ１０００オングストロームのインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）薄膜パターンを形成した。このようにして作製した基板上に、式（２）で示される有機半導体化合物をクロロホルムに溶解した溶液を用いて、有機半導体材料薄膜をスピンコート法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。
【００７２】
得られた薄膜トランジスタは絶縁ゲート電界効果トランジスタで構成され、図１に示すような断面をもつ。この場合、１は活性層となる有機半導薄膜、２はソース電極となるＩＴＯ膜、３はドレイン電極となるＩＴＯ膜、４はゲート絶縁膜となるＳｉＯ2蒸着膜、５はゲート電極であるクロム膜、６はガラスウエハ素子基板である。薄膜トランジスタのチャネル幅（Ｗ）、チャネル長（Ｌ）はそれぞれ２ｍｍ、５μｍであった。
【００７３】
作製した薄膜トランジスタの電気特性は、キャリア移動度が０．１ｃｍ2／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆ比が２×１０5であった。この薄膜トランジスタを５日間、大気中に保存した後も性能の劣化は見られなかった。
【００７４】
【化８】
2005322787.tif 000010
【００７５】
実施例２
ｎ−ドープシリコンウエハの表面に、厚さ約３００ｎｍのＳｉＯ2膜を熱酸化により形成した。この基板はシリコンウエハーがゲート電極として機能する一方、ＳｉＯ2膜はゲート絶縁膜として働く。この上に通常の蒸着法および光リソグラフィー法を用いて厚さ５００オングストロームの金薄膜パターンを形成し、ソースおよびドレイン電極とした。この上に実施例１と同様の有機半導体薄膜を真空蒸着法およびスピンコート法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。上記トランジスタのチャネル幅（Ｗ）、チャネル長（Ｌ）はそれぞれ２ｍｍ、９μｍであった。
【００７６】
実施例３
実施例２と同様の基板および電極を作製し、その上に式（３）で示される有機半導体材料薄膜を真空蒸着法およびスピンコート法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。
【００７７】
【化９】
2005322787.tif 000011
【００７８】
実施例４
実施例２と同様の基板および電極を作製し、その上に式（４）で示される有機半導体化合物からなる有機半導体材料薄膜を真空蒸着法およびスピンコート法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。
【００７９】
【化１０】
2005322787.tif 000012
【００８０】
実施例５
実施例２と同様の基板および電極を作製し、その上に式（５）で示される有機半導体化合物からなる有機半導体材料薄膜を真空蒸着法およびスピンコート法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。
【００８１】
【化１１】
2005322787.tif 000013
【００８２】
実施例２〜５において、真空蒸着法およびスピンコート法で作製した薄膜トランジスタの電気特性を表１に示す。
【００８３】
【表１】
2005322787.tif 000014
【００８４】
また、実施例２〜５において作製した薄膜トランジスタは、いずれも、５日間大気中に保存したのち、性能の劣化は見られなかった。
【００８５】
実施例６
実験例２と同様の基板および電極を作製し、その上に、式（６）で示される有機半導体化合物からなる有機半導体材料薄膜を真空蒸着法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。
【００８６】
【化１２】
2005322787.tif 000015
【００８７】
実施例７
実験例２と同様の基板および電極を作製し、その上に、式（７）で示される有機半導体化合物からなる有機半導体材料薄膜を真空蒸着法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。
【００８８】
【化１３】
2005322787.tif 000016
【００８９】
実施例８
実験例２と同様の基板および電極を作製し、その上に、式（８）で示される有機半導体化合物からなる有機半導体材料薄膜を真空蒸着法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。
【００９０】
【化１４】
2005322787.tif 000017
【００９１】
実施例９
実験例２と同様の基板および電極を作製し、その上に、式（９）で示される有機半導体化合物からなる有機半導体材料薄膜を真空蒸着法により形成し、本発明の薄膜トランジスタを得た。
【００９２】
【化１５】
2005322787.tif 000018
【００９３】
実施例６〜９において、真空蒸着法で作製した薄膜トランジスタの電気特性を表２に示す。
【００９４】
【表２】
2005322787.tif 000019
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の有機薄膜トランジスタの断面図を示した図である。
【図２】本発明の有機薄膜トランジスタをスイッチング素子として用いた液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１    有機半導体薄膜
２    ソース電極
３    ドレイン電極
４    ゲート絶縁膜
５    ゲート電極
６    基板
７    電極
８    液晶層
９    透明電極
１０    偏光板つきガラス板
１１Ａ  駆動部
１１Ｂ  液晶表示部
【図１】
2005322787.tif 000022
【図２】
2005322787.tif 000023