(57)【要約】【課題】  液晶などの表示デバイスに適した移動度が大きい高速動作が可能な電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】  有機半導体材料の分子が結合基を介して配列して構成されている有機半導体層を有する電界効果トランジスタ。結合基Ｒを介してペンタセン分子同士を結合すると、結合ボンド、すなわちペンタセン分子間に電子の通り道３を作ることができる。また、結合基Ｒが介在することで、ペンタセン分子の配列を制御することが可能となり、キャリアの散乱を抑制することが可能となる。これによって、ペンタセン薄膜の移動度が向上し、高速動作が可能になる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体材料の分子が結合基を介して配列して構成されている有機半導体層を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果トランジスタに関し、特に液晶駆動に好適な電界効果トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、有機半導体層に有機薄膜を用いたものが提案されている。この公知文献としては、例えば特許文献１がある。
【０００３】
有機薄膜の代表的なものとして、ペンタセンが用いられいる。通常、ペンタセンは蒸着により成膜されるが、蒸着などによりペンタセン薄膜を形成すると、ペンタセン分子同士は分子間力によって結合し、ペンタセン分子の配列が形成されている。
【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】
【０００４】
しかしながら、有機半導体層に用いられるペンタセン薄膜を用いた電界効果トランジスタで、液晶などの表示デバイスを駆動するためには動作の速さに問題があり、さらに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。
【０００５】
本発明は、この様な従来技術に鑑みてなされたものであり、有機半導体層の有機材料からなる分子の配列を特定することにより、液晶などの表示デバイスに適した移動度が大きい高速動作が可能な電界効果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】
【０００６】
本発明により、上記課題は解決される。
即ち、本発明は、有機半導体材料の分子が結合基を介して配列して構成されている有機半導体層を有することを特徴とする電界効果トランジスタである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液晶などの表示デバイスに適した移動度が大きい、高速動作が可能な電界効果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】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の電界効果トランジスタは、有機半導体材料の分子が結合基を介して配列して構成されている有機半導体層を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の電界効果トランジスタの上記構成において、電界効果トランジスタの有機半導体層を構成する有機薄膜の分子配列について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本発明に係る電界効果トランジスタの有機半導体層の分子配列を示す概念図である。図２は、本発明に係る電界効果トランジスタの有機半導体層の分子配列を示す図である。図３は、本発明に係る電界効果トランジスタの有機半導体層の分子配列の他の例を示す概念図である。
【００１０】
図１，３において、Ｒは有機半導体材料の分子の結合基を示す。図２における結合基はＣＨ2である。
まず、図１を参照しながら、本発明の電界効果トランジスタのペンタセンからなる有機半導体層の分子配列を説明する。ペンタセンを蒸着などの方法によりペンタセン薄膜を形成すると、ペンタセン分子同士は、分子間力によって結合し、その配列が決まる。すなわち、分子間には電子による結合ボンドはなく、電気伝導が起きる際には、キャリアが分子間をホッピングすると考えられる。これに対して、図１のように結合基Ｒを介してペンタセン分子同士を結合すると、結合ボンド、すなわちペンタセン分子間に電子の通り道３が形成される。また、結合基Ｒが介在することで、ペンタセン分子の配列を制御することが可能となり、キャリアの散乱を抑制することが可能となる。以上の２点によって、ペンタセン薄膜の移動度が向上し、高速動作が可能になる。
【００１１】
図２は、結合基ＲとしてＣＨ2を用いたときのペンタセン分子２個の配列を示す。
図１が１種類の分子を用いた例であるのに対し、図３は分子長の異なる２種類の分子を結合基Ｒを介して結合させたものである。図３では、ペンタセンとナフタセンを用いた例を示している。こうすることで、ちょうど阿弥陀くじのようにキャリアの通り道を増やしていくことができる。その結果、ホッピング伝導よりも移動度が大きくなり、高速動作が可能になる。なお、ここでは有機薄膜を構成する分子としてペンタセンとナフタセンを用いたが、有機半導体材料はこれらに限定されるものではない。
【００１２】
本発明において、有機半導体層を構成する有機半導体材料としては、分子配列を形成する材料で、結合基Ｒのない場合にはホッピング伝導による半導体特性を持つ有機分子材料が用いられる。好ましくはアセン系列、具体的にはペンタセン、ナフタセンを用いることができる。しかし、有機材料はこれらに限定されるものではない。
【００１３】
また、結合基Ｒにはアルキレン基、具体的にＣＨ2が用いられるが、これらに限定されるものではない。
本発明において、大切なことは、従来の分子間力で結合を作っていた分子を、結合基Ｒを介して結合させるということである。有機半導体材料の各分子を結合基Ｒで結合する方法は、重合性置換基を付与した上記有機分子の縮重合反応により行なうことができる。
【００１４】
次に本発明の電界効果トランジスタについて図面に基づいて具体的に説明する。
図４は、本発明の電界効果トランジスタの一実施形態を示す概略断面図である。図１において、１０１は基板、１０２はゲート絶縁層、１０３は有機半導体層、１０４はソース電極、１０５はドレイン電極、１０６はゲート電極を示す。
【００１５】
次に、本発明の電界効果トランジスタの構成要素である基板、ゲート絶縁層、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極について説明する。
本発明に用いられる基板としては、絶縁性の材料であれば広い範囲から選択することが可能である。具体的には、ガラス、アルミナ焼結体などの無機材料、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）などのポリエチレンフィルム、ポリフェニレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜、ハイインパクトスチロール（ＨＩＰＳ）等の各種絶縁性プラスチック等、ガラエポと呼ばれるガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸した基材が使用可能である。
【００１６】
特にプラスチック基板やガラエポなどを用いると、軽量でフレシキブルな有機ＴＦＴを作製することができ有用である。
もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、絶縁性材料として電界効果トランジスタを適正に駆動できるものであれば構わない。
【００１７】
また、本発明に用いられるゲート電極としては、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル、カルシウム等の金属やこれら金属を用いた合金や、ポリシリコン、アモリファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の無機材料が望ましい。これらの無機材料は既存のフォトリソグラフ法やマスク蒸着などによって電極を形成することができる。また、電極形成プロセスが簡便な塗布法を用いたポリアニリン、ポリチオフェン等の有機材料、或いは導伝性インクが望ましい。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種以上併用しても差し支えない。
【００１８】
本発明に用いられるゲート絶縁膜に用いる材料として、既存パターンプロセスを用いることができる酸化シリコン、窒化ケイ素のほか、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウムを含む金属酸化物、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、ジルコニウム酸バリウム、ジルコニウム酸ストロンチウム、ジルコニウム酸カルシウムが挙げられる。他にも、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ビスマス、チタン酸ランタン、フッ化バリウムマグネシウム、二酸化チタン、五酸化二タンタル、三酸化二イットリウム等の無機材料が望ましい。
【００１９】
また、ゲート絶縁膜に用いられる塗布法が可能な有機材料からなる絶縁物としては、低分子材料、高分子材料、オリゴマー材料のいずれであってもよい。例えば、高誘電率の有機高分子またはオリゴマー材料としては、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルジヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルスターチ、シアノエチルジヒドロキシプロピルスターチ、シアノエチルプルラン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルシュクロース、シアノエチルソルビトール等のシアノエチル基含有高分子またはオリゴマー、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体等のビニリデン系高分子、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等が挙げられる。もちろんこれらの有機、無機材料に限られるわけではなく、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２０】
本発明で用いるソース電極及びドレイン電極の材料としては、ほとんどの有機半導体が、電荷を輸送するキャリアがホールであるＰ型半導体であることから、半導体層とオーミック接触をとるために、仕事関数の大きい金属が望ましい。具体的には、金、白金が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。ここでいう仕事関数とは、固体中の電子を外部に取り出すのに必要な電位差であり、真空準位とフェルミ準位のエネルギー差を電荷量で割った値として定義される。また、半導体層表面にドーパントを高密度にドープした場合は、金属／半導体間をキャリアがトンネルすることが可能となり、金属の材質によらなくなるため、ゲート電極であげた金属材料或いは有機導電性材料も対象となる。
【００２１】
本発明に用いられる有機半導体層を形成する有機半導体材料としては、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機けい素化合物等が望ましい。具体的な材料としては、ペンタセン、テトラセン、チオフェンオリゴマ誘導体、フェニレン誘導体、フタロシアニン化合物、ポリアセチレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、シアニン色素等が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。特に、アセン類が好ましい。
【００２２】
本発明の電界効果トランジスタの製造方法では、無機絶縁膜等にはプラズマＣＶＤ法が用いられ、金属膜、錫酸化物、酸化インジウム、ＩＴＯ等には、スパッタ法が用いられる。
【実施例１】
【００２３】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明の特徴をもっともよく表す図であり、本発明に係る電界効果トランジスタの有機半導体層の分子配列を示している。図１を参照しながら、本発明の電界効果トランジスタの有機半導体層の分子配列を説明する。
【００２４】
図１のように伝導性の結合基Ｒを介してペンタセン分子同士を結合すると、結合ボンド、すなわち電子の通り道を作ることができる。また、結合基Ｒが介在することで、ペンタセン分子の配列を制御することが可能となり、キャリアの散乱を抑制することが可能となる。その結果、ペンタセン薄膜の移動度が向上し、高速動作が可能になる。
【００２５】
上記の結合基ＲとしてＣＨ2を用いたときのペンタセン分子を配列した電界効果トランジスタは、結合基Ｒを介さないときの移動度が０．２ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1であるのに対し、結合基を介することで、移動度は０．５ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1まで増大した。
【実施例２】
【００２６】
図３に示す様に、有機半導体材料としてペンタセンとナフタセンを、結合基ＲとしてＣＨ2からなる有機半導体層を用いて、実施例１と同様に電界効果トランジスタを作製した。
【００２７】
本実施例では、ペンタセンとナフタセンを用いているので、ちょうど阿弥陀くじのようにキャリアの通り道を増やしていくことができ、移動度が１．０ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1まで増大した。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、液晶などの表示デバイスに適した移動度が大きい、高速動作が可能な電界効果トランジスタとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る電界効果トランジスタの有機半導体層の分子配列を示す概念図である。
【図２】本発明に係る電界効果トランジスタの有機半導体層の分子配列を示す図である。
【図３】本発明に係る電界効果トランジスタの有機半導体層の分子配列の他の例を示す概念図である。
【図４】本発明の電界効果トランジスタの一実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  炭素原子
２  水素原子
３  電子の通り道
１０１  基板
１０２  ゲート絶縁層
１０３  有機半導体層
１０４  ソース電極
１０５  ドレイン電極
１０６  ゲート電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005109337.tif 000006