(57)【要約】【課題】  ソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間の接触抵抗が充分に低減された有機ＦＥＴ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  有機ＦＥＴ１はゲート絶縁膜４の一側に設けられたゲート電極２、ゲート絶縁膜４の他側に設けられた有機半導体層６、ゲート絶縁膜４の他側であって有機半導体層６の上に設けられたソース電極１０及びドレイン電極１２、及び、有機半導体層６とソース電極１０及びドレイン電極１２との間にそれぞれ設けられたバッファ層８から構成されるものである。バッファ層８は、永久双極子モーメントを有する化合物から主として構成されるものである。【選択図】  図１
2005109028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、
前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、
前記有機半導体層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極との間に形成されており、永久双極子モーメントを有する化合物を含むバッファ層と、
を備える有機電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記永久双極子モーメントを有する化合物は、共鳴効果により電子吸引性を示す官能基若しくは共鳴効果により電子供与性を示す官能基がπ共役構造に結合してなり、非対称の電荷分布を有しているπ共役分子、又は、誘起効果により電子吸引性を示す官能基若しくは誘起効果により電子供与性を示す官能基が直鎖状の炭化水素構造に結合してなる構造を繰り返し単位として有しており、非対称の電荷分布を有している重合体、である請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記共鳴効果により電子吸引性を示す官能基は、アルデヒド基、アルキルカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基のうち少なくとも１つの基であり、前記共鳴効果により電子供与性を示す官能基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基及びアルキルアミノ基のうち少なくとも１つの基である請求項２記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記π共役構造は、一つ又は複数のベンゼン環を有するπ共役構造である請求項２又は３記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記誘起効果により電子吸引性を示す官能基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルデヒド基、アルキルカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基のうち少なくとも１つの基である請求項２記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記永久双極子モーメントを有する化合物は、ポリフッ化ビニリデン又はパラニトロアニリンである請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項７】
前記バッファ層に含まれる前記永久双極子モーメントを有する化合物は、前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有するように配向している請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項８】
ソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、
前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と前記有機半導体層との間に形成され、前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有しているバッファ層と、
を備える有機電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記バッファ層は、永久双極子モーメントを有する化合物を含むものである請求項８記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、を備える有機電界効果トランジスタを製造する方法であって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と前記有機半導体層との間に、永久双極子モーメントを有する化合物を含むバッファ層を形成する工程を有する有機電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記バッファ層を形成する工程を実施した後に、前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有するように前記バッファ層を分極させる工程を更に有する請求項１０記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体における前記絶縁層が形成された側に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記積層体における前記有機半導体層が形成された側に、前記バッファ層を形成する工程と、
前記積層体における前記バッファ層が形成された側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を当該各電極のうち少なくとも一方の電極が前記バッファ層上に位置するように形成する工程と、
前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有するように前記バッファ層を分極させる工程と、
を有する請求項１１記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体における前記絶縁層が形成された側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極上に、前記バッファ層を形成する工程と、
前記有機半導体層を、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に前記バッファ層を挟むように形成する工程と、
前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有するように前記バッファ層を分極させる工程と、
を有する請求項１１記載の有機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、有機電界効果トランジスタ（有機ＦＥＴ；ｆield-effect transistor）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタやダイオード等の半導体素子に用いる半導体材料として、有機半導体が注目されている。有機半導体を利用した有機半導体素子は、半導体層が印刷法、スプレー法、インクジェット法等の簡便なプロセスで形成され得るので、無機半導体を用いた素子に比して格段に安価に製造することができる。また、大面積で且つ軽量、薄型の集積回路を平易に作製できる可能性がある。
【０００３】
近年、有機半導体のキャリア移動度が向上し、アモルファスシリコンに匹敵する程度の移動度を発現し得るものが見出されている。このような有機半導体の材料としては、ペンタセン、ポリアルキルチオフェン等が知られている。
【０００４】
これらの有機半導体を用いた有機半導体素子のなかでも、有機ＦＥＴは、興味深い研究対象の１つであり、軽量且つ薄型の液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＩＣカード等への応用が期待されている。
【０００５】
これらの有機ＦＥＴにおいては、ソース電極、ドレイン電極等の電極は、金属等の無機材料から構成されることが一般的である。しかし、これらの電極と有機材料からなる有機半導体層とは親和性が低く、これに起因して電極と有機半導体層との間の接触抵抗が大きくなる傾向にあった。そのため、有機ＦＥＴは、印加するゲート電圧の損失を生じ易く、無機半導体を用いたＦＥＴと同等の電流値を得るためには過剰なゲート電圧が必要とされる場合が多かった。このように、これまでの有機ＦＥＴは、有機半導体が本来有している高い移動度にもかかわらず、実用的な電圧の範囲で使用することが困難であった。
【０００６】
金属等の無機材料からなる電極と有機半導体との接触抵抗を低減する試みとしては、例えば、以下に示すような方法が検討されている。すなわち、まず、下記特許文献１には、有機ＦＥＴにおいて、有機半導体と対の性質を有するドーパントを半導体層におけるソース電極及びドレイン電極に接する領域にドープさせる方法が記載されている。こうして電極と有機半導体とを接合させた有機ＦＥＴにおいては、ドーパントをドープさせた領域に電荷移動錯体が形成されており、この電荷移動錯体によってキャリア密度が増加して、これにより電極と有機半導体層との接触抵抗が低減されている。
【０００７】
また、下記非特許文献１には、有機半導体素子において、双極子の大きさが異なる複数の官能基を有しているアルカンチオールを電極上にグラフトさせ、このアルカンチオールからなる単分子膜上に有機半導体層を形成させる方法が記載されている。こうして電極と有機半導体とを接合させた有機半導体素子においては、電極表面の単分子膜により表面の仕事関数がシフトして、電極と有機半導体層との接触による電位障壁が低くなり、これにより両者の接触抵抗が低減されている。
【特許文献１】特開２００２−２０４０１２号公報
【非特許文献１】I. H. Campbell et al, “Applied Physics Letters”, vol 71, pp3528(1997).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来技術に記載されているような方法によっても、電極と有機半導体間の接触抵抗が不都合な程に大きくなってしまう傾向にあった。このため、実用的な有機ＦＥＴを得るためには、両者の接触に関して更なる改良が必要であった。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間の接触抵抗が充分に低減された有機ＦＥＴ及びその製造方法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】
【００１０】
本発明者が、上記従来技術による接触抵抗を低減する方法を適用した有機半導体素子について更に検討を行ったところ、電極と有機半導体との間の接触が好ましくない状態となってしまうのは、以下に示すような原因によることが判明した。すなわち、まず、上記特許文献１に記載の有機ＦＥＴは、有機半導体層におけるソース及びドレイン電極付近のキャリア密度を高めることによって、キャリアの移動による電極−有機半導体層間の電気的な相互作用を起こり易くしている。しかし、かかる手法によっても、ソース及びドレイン電極と有機半導体層との親和性は低いままであったため、充分に接触抵抗を低減することができなかった。
【００１１】
また、ソース電極及びドレイン電極が有機半導体層上に形成されている、いわゆるトップコンタクト型の有機ＦＥＴにおいては、これらの電極は蒸着等により形成されることが一般的である。しかし、上記特許文献１に記載の有機ＦＥＴのように、電極と有機半導体とを直接接触させた場合、有機半導体層が蒸着時の高温によって熱ダメージを受けることが多く、これにより電極との接合部付近において有機半導体層が劣化してしまう場合があった。このような有機半導体層の劣化も、電極と有機半導体層との接触抵抗を増大させる一因となっていた。
【００１２】
さらに、上記非特許文献１に記載の方法においては、電極表面に予め単分子膜を形成させた後に、この電極上に有機半導体層を形成させていたため、単分子膜を構成しているアルカンチオールは、電極に対して常に一定の方向に配向する傾向にあった。このため、製造された有機ＦＥＴにおいては、単分子膜がキャリアの流れる方向とは逆の方向に分極してしまっている場合があった。こうなると、電極及び有機半導体層間のキャリアの移動が、単分子膜の有する逆の分極状態によって抑制され、これにより両者の接触抵抗が大きくなる傾向にある。
【００１３】
本発明者は、このような知見に基づいてさらに研究を進めた結果、任意の分極状態を生じ得るバッファ層を、ソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間に導入することにより、両者の接触抵抗を低減できるとともに、キャリアの移動が生じやすくなることを見出し、本発明に到達した。
【００１４】
すなわち、本発明の有機ＦＥＴは、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、有機半導体層とソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも一方の電極との間に形成されており、永久双極子モーメントを有する化合物を含むバッファ層とを備えることを特徴とする。
【００１５】
このような構成を有する有機ＦＥＴにおける、永久双極子モーメントを有する化合物を含むバッファ層は、容易にその分極状態を変化させることができる。そして、バッファ層を所定の方向に分極させることで、ソース又はドレイン電極と有機半導体層との間の接触抵抗を更に低減することができるようになる。具体的には、ソース電極、チャネル及びドレイン電極からなる経路において、ソース電極に近い側にチャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、ドレイン電極に近い側にキャリアと同じ極性の電荷を有するように分極させることができる。有機ＦＥＴにおいて、ソース又はドレイン電極と有機半導体層との間にこのような分極状態のバッファ層が形成されていると、これらの間でキャリアの移動が極めて生じやすくなり、その結果、ソース又はドレイン電極と有機半導体層との間の抵抗が大幅に小さくなる。
【００１６】
バッファ層をこのように分極させることで、キャリアの移動が生じやすくなる要因については未だ明らかでないものの、本発明者は次のように考察している。上記構成を有する有機ＦＥＴの動作においては、例えば有機半導体層がｐ型半導体である場合には、ソース電極側が正、ドレイン電極側が負となるように電圧を印加しつつゲート電極に負の電圧を印加することによって、この場合のキャリアとなる正孔が、ソース電極、チャネル及びドレイン電極の経路を移動する。また、有機半導体層がｎ型半導体である場合には、ソース電極側が負、ドレイン電極側が正となるように電圧を印加しつつゲート電極に正の電圧を印加することにより、この場合のキャリアとなる電子が、ソース電極、チャネル及びドレイン電極の経路を移動する。
【００１７】
このような経路でキャリアの移動が生じるとき、上述した分極状態とされたバッファ層は、キャリアが注入される側にこのキャリアと異なる極性の電荷を有することになる。この結果、例えば、ソース電極−有機半導体層間に設けられたバッファ層は、ソース電極から強くキャリアを引き抜く作用を有し、また、ドレイン電極−有機半導体層間に設けられたバッファ層は、有機半導体層から強くキャリアを引き抜く作用を有するようになる。そして、バッファ層がこのような作用を有しているため、ソース電極からチャネルへのキャリアの移動、又は、有機半導体層からドレイン電極へのキャリアの移動が極めて容易に生じるようになる。このように、ソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間にバッファ層を形成させることで、両者の電気的相互作用が増大し、これによりキャリアのトンネル注入が生じやすくなって、ソース又はドレイン電極と有機半導体層との間のキャリアの移動が容易となるものと考えられる。但し、作用はこれらに限定されない。
【００１８】
また、前述したトップコンタクト型の有機ＦＥＴを製造する場合、本発明の有機ＦＥＴにおいては、ソース又はドレイン電極はバッファ層上に形成されることになる。このため、本発明の有機ＦＥＴは、ソース又はドレイン電極を有機半導体層上に直接形成させていた従来の有機ＦＥＴに比して、電極を蒸着させる際に受ける有機半導体層の熱ダメージが低減されており、これによる有機半導体層の劣化が少ないものとなる。
【００１９】
さらに、本発明者らが検討したところ、上記特許文献１に記載の有機ＦＥＴは、長時間大気に晒されたり使用回数が増加したりすると、有機半導体層が経時的な劣化を生じてしまう可能性があることが判明した。これは、この有機ＦＥＴにおいては、ソース及びドレイン電極付近の有機半導体層にのみドープさせたドーパントが、徐々に有機半導体層の他の領域への拡散やマイグレーションを生じてしまうためである。こうなると、オフ時においても不都合に大きな電流が流れるようになり、いずれトランジスタとしての使用が困難となる。
【００２０】
これに対して、上記本発明の有機ＦＥＴによれば、実質的に単一の有機半導体から構成される有機半導体層であってもソース又はドレイン電極との間の接触状態を改善することが可能である。従って、上記従来の有機ＦＥＴのように有機半導体層中にドーパント等を導入する必要がなく、このため、ドーパントの拡散等に起因した有機半導体層の経時劣化は生じ得ない。
【００２１】
バッファ層を主として構成している永久双極子モーメントを有する化合物としては、共鳴効果により電子吸引性を示す官能基若しくは共鳴効果により電子供与性を示す官能基がπ共役構造に結合してなり、非対称の電荷分布を有しているπ共役分子、又は、誘起効果により電子吸引性を示す官能基若しくは誘起効果により電子供与性を示す官能基が直鎖状の炭化水素構造に結合してなる構造を繰り返し単位として有しており、非対称の電荷分布を有している重合体が好ましい。これらの化合物は、永久双極子モーメントを有する有機化合物であり、有機材料である有機半導体層との親和性に極めて優れるものである。このため、ソース電極又はドレイン電極と有機半導体層とを直接接触させる場合に比して、両者の親和性の低さに起因する接触抵抗の増大を少なくすることができる。
【００２２】
より具体的には、共鳴効果により電子吸引性を示す官能基は、アルデヒド基、アルキルカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基のうち少なくとも１つの基であると好ましく、また、共鳴効果により電子供与性を示す官能基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基及びアルキルアミノ基のうち少なくとも１つの基であると好ましい。
【００２３】
また、これらの官能基が結合するπ共役構造としては、ベンゼン環構造、より好ましくは一つ又は複数のベンゼン環を有するπ共役構造が挙げられる。上述の官能基がこのようなπ共役構造に結合してなり、非対称の電荷分布を有しているπ共役分子は、より大きな双極子モーメントを有するようになり、かかるπ共役分子から構成されるバッファ層は、更に容易に分極状態を形成し得る。このようなπ共役分子としては、パラニトロアニリンが特に好ましい。
【００２４】
また、誘起効果により電子吸引性を示す官能基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルデヒド基、アルキルカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基のうち少なくとも１つの基であると好ましい。これらの官能基が直鎖状の炭化水素構造に結合してなる繰り返し単位を有する重合体も、上記π共役分子と同様に、大きな双極子モーメントを有するようになる。このような重合体としては、ポリフッ化ビニリデンが特に好ましい。
【００２５】
そして、バッファ層を構成しているこれらの永久双極子モーメントを有する化合物が、ソース電極、チャネル及びドレイン電極によって構成される経路において、ソース電極に近い側にチャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、ドレイン電極に近い側にキャリアと同じ極性の電荷を有するように配向することによって、バッファ層に上述したような分極状態が形成される。
【００２６】
また、本発明による有機ＦＥＴの別の形態は、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と有機半導体層との間に形成され、ソース電極、チャネル及びドレイン電極によって構成される経路において、ソース電極に近い側にチャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、ドレイン電極に近い側にキャリアと同じ極性の電荷を有しているバッファ層とを備えることを特徴とする。このような構成を有する有機ＦＥＴにおいて、バッファ層は永久双極子モーメントを有する化合物を含むものであると好ましい。
【００２７】
この有機ＦＥＴにおいては、バッファ層が上述のような分極状態となっているため、キャリアを強く引きつける作用を有している。このため、ソース又はドレイン電極と有機半導体層との間でキャリアの移動が極めて生じやすくなっており、これにより電極−有機半導体層間の抵抗が大幅に低減される。
【００２８】
また、本発明による有機ＦＥＴの製造方法は、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極とを備える上記本発明の有機ＦＥＴを平易に製造する方法であって、ソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と有機半導体層との間に、永久双極子モーメントを有する化合物から主として構成されるバッファ層を形成する工程を有することを特徴とする。
【００２９】
このようにして製造された有機ＦＥＴに、ソース電極、チャネル及びドレイン電極によって構成される経路において、ソース電極に近い側にチャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、ドレイン電極に近い側にキャリアと同じ極性の電荷を有するようにバッファ層を分極させる工程を更に実施することにより、この有機ＦＥＴにおけるバッファ層に上述したような分極状態を生じさせることができる。
【００３０】
より具体的には、本発明による有機ＦＥＴの製造方法は、ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程、積層体における絶縁層が形成された側に有機半導体層を形成する工程、積層体における有機半導体層が形成された側にバッファ層を形成する工程、積層体におけるバッファ層が形成された側にソース電極及びドレイン電極を当該各電極のうち少なくとも一方の電極がバッファ層上に位置するように形成する工程、及び、ソース電極、チャネル及びドレイン電極によって構成される経路において、ソース電極に近い側にチャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、ドレイン電極に近い側にキャリアと同じ極性の電荷を有するようにバッファ層を分極させる工程の各工程を有することを特徴とする。このような製造方法によって、有機半導体層上にソース電極及びドレイン電極が形成された、いわゆるトップコンタクト型の有機ＦＥＴが製造される。
【００３１】
また、本発明による有機ＦＥＴの製造方法は、有機半導体層の下部にソース及びゲート電極を備えるボトムコンタクト型の有機ＦＥＴを平易に製造するための方法も提供する。かかる製造方法は、すなわち、ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程、積層体における絶縁層が形成された側にソース電極及びドレイン電極を形成する工程、ソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも一方の電極上にバッファ層を形成する工程、有機半導体層をソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方との間にバッファ層を挟むように形成する工程、及び、ソース電極、チャネル及びドレイン電極によって構成される経路において、ソース電極に近い側にチャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、ドレイン電極に近い側にキャリアと同じ極性の電荷を有するようにバッファ層を分極させる工程の各工程を有することを特徴とする。
【００３２】
これらの有機ＦＥＴの製造方法においては、バッファ層は、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方と有機半導体層との間に形成される。従って、バッファ層を分極させる工程は、バッファ層がソース電極と有機半導体層との間及びドレイン電極と有機半導体層との間の両方に設けられる時は、各バッファ層に対して実施し、バッファ層がいずれか一方にのみ形成される時は、当該バッファ層に対してのみ実施することになる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、ソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間の接触抵抗が低減された有機ＦＥＴ及びその製造方法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】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、図面の位置関係に基づくものとする。
【００３５】
図１は、本発明の第１実施形態に係る有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。有機ＦＥＴ１はゲート絶縁膜４（絶縁層）の一側（図中下側）に設けられたゲート電極２、ゲート絶縁膜４の他側（図中上側）に設けられた有機半導体層６、ゲート絶縁膜４の他側（図中上側）であって、有機半導体層６の上に設けられたソース電極１０及びドレイン電極１２、及び有機半導体層６とソース電極１０及びドレイン電極１２との間にそれぞれ設けられたバッファ層８を有しており、いわゆるトップコンタクト型の構成を有する有機ＦＥＴである。
【００３６】
このような構成を有する有機ＦＥＴ１におけるゲート電極２は、チャネルとして機能する後述の有機半導体層６を通るドレイン電流量を制御する機能を有している。このゲート電極２は、例えば、ポリシリコン、ドープトＳｉ、金属、導電性ポリマー等の導電性部材からなり、基板としての役割も兼ねるものである。なお、基板としてガラス材、セラミックス材、プラスチック材等の絶縁性基板をゲート電極２とは別に設けることもでき、その場合、これらの基板上に上述した材料等からなるゲート電極２を形成させる。
【００３７】
ゲート電極２上に形成されたゲート絶縁膜４は、適宜の誘電性を発現し得る材料から構成される。具体的には、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２等の無機誘電体や、ポリイミド、マイラー、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート等の有機高分子等が挙げられる。また、ゲート電極２が酸化されて誘電性を示すような材料からなる場合、ゲート絶縁膜４は、このゲート電極２の表面に酸化を施して形成された酸化膜とすることもできる。このようなゲート電極２及びゲート絶縁膜４としては、例えばＳｉ及びＳｉＯ２が挙げられる。
【００３８】
また、ゲート絶縁膜４上に形成された有機半導体層６は、後述するソース電極１０及びドレイン電極１２との間の電流路となる、いわゆるチャネルとしての機能を有するものである。かかる有機半導体層６は、このチャネル構造が実現されるような半導体特性を有する有機物であれば、ｐ型、ｎ型の区別なく適用でき、例えば、ｐ型半導体としてはペンタセン、テトラセンといった直列配置された４つ又は５つ以上のオルト縮合ベンゼン環からなる多環体（アセン）、ポリアルキルチオフェン、チオフェンオリゴマー等が挙げられ、ｎ型半導体としてはＣ６０、フッ素化フタロシアニン類等が挙げられる。
【００３９】
バッファ層８は、有機半導体層６とソース電極１０及びドレイン電極１２との間に、この両者の接触が生じないように形成されている。有機ＦＥＴ１においては、このバッファ層８は分極した状態で形成されている。
【００４０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、有機半導体層６にｐ型半導体を用いた場合のバッファ層８周辺の領域Ｒ１、Ｒ２の模式拡大図である。図示されるように、一対のバッファ層８は、それぞれソース電極、チャネル及びドレイン電極によって構成される経路において、ソース電極に近い側にチャネルを通るキャリアである正孔と異なる極性の電荷を有し、ドレイン電極に近い側にこのキャリアと同じ極性の電荷を有している。より具体的には、有機半導体層６とソース電極１０との間に形成されたバッファ層８（図２（ａ）、Ｒ１）は、ソース電極１０に近い側に負の電荷を有し、且つ、有機半導体層６に近い側に正の電荷を有している。また、有機半導体層６とドレイン電極１２との間に形成されたバッファ層８（図２（ｂ）、Ｒ２）は、ドレイン電極１２に近い側に正の電荷を有し、且つ、有機半導体層６に近い側に負の電荷を有している。なお、有機ＦＥＴ１において、有機半導体層６にｎ型半導体を用い、チャネルを通るキャリアが電子となる場合には、バッファ層８は、図２（ａ），（ｂ）で示される分極状態と逆の方向に分極した状態となる。
【００４１】
ここで、ソース電極、チャネル及びドレイン電極によって構成される経路とは、有機ＦＥＴ１を動作させる際に電流が流れる経路を意味し、このような経路は、例えば、図１中、点線Ｌによって示されるものである。
【００４２】
このバッファ層８は、永久双極子モーメント、すなわち極性を有している化合物（以下、「極性化合物」と略す。）から主として構成される。ソース電極１０及びドレイン電極１２と有機半導体層６との接触状態をより良好にするためには、極性化合物の有している双極子モーメントは、２Ｄ以上であると好ましく、３〜２０Ｄであるとより好ましく、３〜１２Ｄであると更に好ましい。また、永久双極子モーメントを有する化合物としては、安定に成膜でき、且つ膜形成後の安定性にも優れるものが好ましい。
【００４３】
極性化合物としては、有機系の極性化合物と、無機系の極性化合物とを用いることができる。有機系の極性化合物としては、具体的には、共鳴効果により電子吸引性を示す官能基、若しくは共鳴効果により電子供与性を示す官能基がπ共役構造に結合してなるπ共役分子や、誘起効果により電子吸引性を示す官能基、若しくは誘起効果により電子供与性を示す官能基が直鎖状の炭化水素に結合した構造を単量体単位として有する重合体が挙げられる。これらの化合物においては、立体的に対称性を有しないように上述の官能基が配置されている。そして、これにより極性化合物に非対称の電荷分布が形成され、その結果、極性化合物は永久双極子モーメントを有するようになる。
【００４４】
共鳴効果により電子吸引性を示す官能基とは、例えばベンゼン等のπ共役構造に結合し、共鳴によってこのπ共役構造の電子密度を減少させるような効果を有する官能基をいう。具体的には、例えば、アルデヒド基（−ＣＨＯ）、アルキルカルボニル基（−ＣＯＲ；Ｒはアルキル基を示す。以下同様。）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルコキシカルボニル基（−ＣＯＯＲ）、シアノ基（−ＣＮ）、ニトロ基（−ＮＯ２）等が挙げられる。また、共鳴効果により電子供与性を示す官能基とは、上述の例においてπ共役構造の電子密度を増加させる効果を有する官能基をいい、ハロゲン原子（−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ等）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、アルコキシ基（−ＯＲ）、アミノ基（−ＮＨ２）、アルキルアミノ基（−ＮＲ２）、アルキル基（−Ｒ）等が挙げられる。
【００４５】
これらの共鳴効果により電子吸引性又は電子供与姓を示す官能基が結合するπ共役構造としては、下記一般式（１）で表される一つのベンゼン環を有するπ共役構造や、下記一般式（２ａ）又は（２ｂ）で表される複数のベンゼン環を有するπ共役構造が例示できる。
【化１】
2005109028.tif 000003
【化２】
2005109028.tif 000004
【００４６】
上記式中、Ｘは共鳴効果により電子吸引性又は電子供与性を示す上述した官能基であり、ｎは１〜６、ｍは０〜３の整数を示す。なお、上記式（１）、（２ａ）及び（２ｂ）で表される化合物において、Ｘで表される官能基を複数有している場合、複数のＸはそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、分子が対称性を有しないような組み合わせとなるように選択される。
【００４７】
このような化合物としては、具体的には、パラニトロアニリン、エチル安息香酸、アミノベンゾニトリル、アミノベンゾフェノン、５−アセチル−２−メトキシベンズアルデヒド、アミノ安息香酸、シアノフェノール、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド、４’−ニトロ−４−ビフェニルアミン、４’−ヒドロキシ−４−ビフェニルカルボン酸、４’−ヒドロキシ−４−ビフェニルカルボニトリル、４’−エチル−４−ビフェニルカルボン酸、６−アミノ−２−ナフタレンカルボン酸、６−フルオロ−２−ナフトアルデヒド、６−メトキシ−２−ナフトニトリルが例示できる。なかでも、パラニトロアニリンは、バッファ層に用いた場合に所定の方向に配向しやすい性質を有していることから好ましい。
【００４８】
また、誘起効果により電子吸引性を示す官能基とは、当該官能基が結合している構造の電子密度を、σ結合を介して減少させる効果を有する官能基をいう。このような官能基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルデヒド基、アルキルカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
【００４９】
これらの官能基が結合する直鎖状の炭化水素構造としては、炭素数１〜３の炭化水素構造が好ましく、エチレンに基づくモノマー単位がより好ましい。このような構造を有する繰り返し単位としては、例えば、下記式（３）で表される構造が好適である。
【化３】
2005109028.tif 000005
【００５０】
式中、Ｙは、水素原子又は上述した誘起効果により電子吸引性又は電子供与性を示す官能基である。なお複数のＹはそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、形成される重合体が対称性を有しないような組み合わせとなるように選択される。極性化合物となる重合体は、このような繰り返し単位を有してなるものであり、その重量平均分子量は、１０万〜３００万程度であると好ましい。
【００５１】
このような重合体としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリシアン化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステルが例示できる。これらの中でもポリフッ化ビニリデンが好ましい。
【００５２】
また、無機系の極性化合物としては、上述した範囲の双極子モーメントを有しており、また成膜性に優れるという特性を有している無機化合物を適宜選択して用いることができる。このような無機化合物としては、例えば、ＢａＯ（７．９５４Ｄ）、ＬｉＯ（６．８４Ｄ）等が好ましい。
【００５３】
さらに、このバッファ層８上に形成されているソース電極１０及びドレイン電極１２は、公知の導電性材料から構成されるものであり、この両電極１０，１２のうち少なくとも一方は、金属材料からなることが好ましい。金属材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等、通常電極用の材料として用いられるものを特に制限なく適用できる。
【００５４】
次に、図３を参照しつつ、有機ＦＥＴ１を製造する手順の一例について説明する。図３は、有機ＦＥＴ１の製造方法を模式的に示す工程図である。まず、ｎ型シリコン等からなり、基板を兼ねるゲート電極２を準備した後（図３（ａ））、このゲート電極２に適宜の熱処理を施し、３０〜５００ｎｍ程度の厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）からなるゲート絶縁膜４を形成し、ゲート電極２及びゲート絶縁膜４からなる積層体５を形成する（図３（ｂ））。なお、ゲート電極２が基板を兼ねるような材料から構成されるものでない場合は、別途基板を準備した後、この上に金属等からなる層を公知の方法で積層してゲート電極２を形成させ、さらにその上に絶縁性材料等を蒸着等してゲート絶縁膜４を形成させることもできる。
【００５５】
次に、上述したような有機半導体材料を、蒸着等により積層体５におけるゲート絶縁膜４上に積層して、１０〜１００ｎｍ程度の厚さの有機半導体層６を形成する（図３（ｃ））。また、有機半導体材料として、例えば分子量３００以下の低分子量モノマーを用いる場合等、蒸着によると均一な膜形成が困難となるときには、このモノマーを溶媒とともに有機高分子材料等からなるマトリクス材の中に分散させた溶液を用い、これをスピンコート法等によりゲート絶縁膜４上に塗布することにより有機半導体層６を形成させることもできる。このマトリクス材としては、例えば、ポリイミド、マイラー、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート等を用いることができる。
【００５６】
その後、有機半導体層６上に、好ましくは０．５〜１０ｎｍの厚さのバッファ層８を、後の工程でソース電極１０及びドレイン電極１２を形成させる位置に該当する有機半導体層６上の部位に形成する（図３（ｄ））。かかるバッファ層８は、永久双極子モーメントを有する化合物から主として構成されるものである。バッファ層８の形成方法としては、蒸着、スパッタ等による方法や、極性化合物を含む材料を溶媒に溶解させ、この溶液を有機半導体層６上にスピンコート法等の公知の方法で塗布した後に、溶媒を乾燥させる方法等が例示できる。蒸着法による場合、バッファ層８を形成させる部位に開口部を有するようなシャドウマスクを介して蒸着を実施する等により、上述した所望の位置にバッファ層８を形成させることができる。
【００５７】
さらに、こうして形成されたバッファ層８上に、Ａｕ等の金属からなる電極材料を蒸着等することにより、それぞれ厚さ５０〜２００ｎｍ程度のソース電極１０及びドレイン電極１２を形成し、有機ＦＥＴ１を得る（図３（ｅ））。この場合、チャネル長は０．１〜１００μｍ程度とし、チャネル幅は０．１〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００５８】
本発明による有機ＦＥＴの製造においては、上述した工程により有機ＦＥＴ１を製造した後、さらに、有機ＦＥＴ１におけるバッファ層８に所定の分極を生じさせる工程を実施することが好ましい。具体的には、例えば、有機半導体層６がｐ型半導体材料から構成され、キャリアが正孔となる場合には、有機半導体層６とソース電極１０との間に形成されたバッファ層８に対しては、ソース電極１０に近い側に負の電荷を、有機半導体層６に近い側に正の電荷をそれぞれ有するように分極させ、また、ドレイン電極１２と有機半導体層６との間に形成されたバッファ層８に対しては、ドレイン電極に近い側に正の電荷を、有機半導体層６に近い側に負の電荷を有するように分極させる。
【００５９】
このような分極を生じさせるための具体的な方法としては、バッファ層８に電圧を印加する方法が挙げられる。例えば、上述のように有機半導体層６がｐ型半導体から構成される場合、ソース電極１０と有機半導体層６間のバッファ層に対しては、バッファ層８におけるソース電極１０に近い側が正、有機半導体層６に近い側が負となるように電圧を印加する。一方、ドレイン電極１２と有機半導体層６との間のバッファ層８に対しては、バッファ層８におけるドレイン電極１２に近い側が負、有機半導体層６に近い側が正となるように電圧を印加する。バッファ層８への電圧印加は、積層体に形成されたソース及びドレイン電極１０，１２及びゲート電極２に対して上述の条件を満たすように電圧を印加することにより実施できる。なお、有機ＦＥＴ１の有機半導体層６がｎ型半導体から構成されるものである場合には、分極工程において上記と逆方向に電圧を印加することになる。
【００６０】
これらの条件でバッファ層８に電圧が印加されると、バッファ層８を構成している極性化合物は双極子モーメントを有しているため、各電極に印加された電位に対応するように分子の向きを変え、上述した方向に電荷を有するように配向するようになり、こうしてバッファ層８に分極状態が形成される。
【００６１】
この際、分子の配向状態の変化を生じやすくする観点からは、有機ＦＥＴ１を加熱しながら電圧を印加することが好ましい。例えばバッファ層が重合体から主として構成されるものである場合、加熱は、この重合体のガラス転移温度以上の温度で実施することが望ましい。こうすることで、重合体の分子構造を比較的自由に変化させることができるようになり、電圧の印加による重合体の配向状態の変化が更に生じやすくなる。また、配向後に有機ＦＥＴ１をガラス転移温度以下に冷却すると、重合体の配向状態が固定されて好適な分極状態を維持することが容易となる。
【００６２】
有機ＦＥＴ１において、上述してきたようにバッファ層８が分極していると、ソース及びドレイン両電極１０，１２と有機半導体層６との間においてキャリアの移動が容易に生じるようになる。このため、両電極１０，１２と有機半導体層６との接触抵抗は、電極と有機半導体とを直接接合させていた従来の有機ＦＥＴに比して極めて小さいものとなる。
【００６３】
また、バッファ層８は、永久双極子モーメントを有している有機化合物から構成されるものであるため、有機半導体層６との親和性が良好である。このようなバッファ層８をソース及びドレイン両電極１０，１２と有機半導体層６との間に介在させることにより、互いに親和性の低い両電極１０，１２と有機半導体層６とを直接接触させた場合に比べて、これらの間の抵抗を大幅に低減することができるという作用も有するようになる。
【００６４】
さらに、ソース電極１０及びドレイン電極１２はバッファ層８を介して有機半導体層６上に形成されていることから、両電極１０，１２を蒸着等により形成させる際の有機半導体層６への熱ダメージは極めて少なくなり、従来問題となっていた有機ＦＥＴの製造時に生じる有機半導体層の劣化は殆どない。
【００６５】
以上、本発明の有機ＦＥＴの第１実施形態について説明したが、このようなトップコンタクト型の有機ＦＥＴは、必ずしも上述した構成を有するものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００６６】
例えば、バッファ層８は、必ずしもソース電極１０及びドレイン電極１２の両方と有機半導体層６との間に形成されている必要はなく、両電極１０，１２のうち少なくとも一方と有機半導体層６との間に形成されていれば、接触状態の改善効果は発揮され得る。なお、両電極１０，１２のうちのいずれか一方のみが金属材料から形成されている場合には、金属からなる電極の側にバッファ層８が形成されていることが望ましい。
【００６７】
また、バッファ層８は、少なくともソース電極１０及びドレイン電極１２と有機半導体層６とが接触しないように設けられていればよい。このため、例えば、上部に形成される電極１０，１２よりもバッファ層８のサイズが大きくてもよい。
【００６８】
次に、本発明の有機ＦＥＴの第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。有機ＦＥＴ１１は、いわゆるボトムコンタクト型の構成を有する有機ＦＥＴであり、ゲート絶縁膜４（絶縁層）の一側（図中下側）にチャネルを通るドレイン電流量を制御するためのゲート電極２が形成され、またゲート絶縁膜４の他側（図中上側）に、一定の間隔をおいて配置されたソース電極１０及びドレイン電極１２を有している。さらに、ゲート絶縁膜４の他側（図中上側）であって、ソース電極１０及びドレイン電極１２上に、極性化合物から主として構成されるバッファ層１８が形成されており、これらのバッファ層１８の上方及び間には、ソース電極１０及びドレイン電極１２の間のチャネルとなる有機半導体層６が形成されている。この有機ＦＥＴ１１の各構成は上述した有機ＦＥＴ１と同様の材料から形成され得る。また、バッファ層１８は、ソース電極、チャネル及びドレイン電極によって構成される経路において、ソース電極に近い側にチャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、ドレイン電極に近い側にキャリアと同じ極性の電荷を有している。
【００６９】
この有機ＦＥＴ１１は、例えば以下のようにして製造することができる。すなわち、まず、ゲート電極２を準備し、この上にゲート絶縁膜４を上記有機ＦＥＴ１における場合と同様の方法で形成して積層体を得る。次に、この積層体のゲート絶縁膜４上に所定の間隔で配置されたソース電極１０及びドレイン電極１２を形成する。この場合、両電極１０，１２の形成方法は特に限定されないが、例えば、ゲート絶縁膜４上に電極の材料をスパッタリングにより成膜させた後、フォトリソグラフィ等によりパターニングする方法が例示できる。
【００７０】
次いで、形成されたソース電極１０及びドレイン電極１２の上に、有機ＦＥＴ１における場合と同様の手段で極性化合物からなるバッファ層１８を形成させる。この際、バッファ層１８は、両電極１０，１２とこれらの上に形成させる有機半導体層６との接触が生じないようにするため、両電極１０，１２を覆うようにして形成させることが望ましい。
【００７１】
バッファ層１８の形成後、各電極上に形成されたバッファ層１８の上方及び間に、ソース電極１０及びドレイン電極１２の電流路となるように有機半導体層６を形成して、有機ＦＥＴ１１を得る。この有機半導体層６の形成方法としては蒸着法が好ましい。
【００７２】
こうして有機ＦＥＴ１１を製造した後、バッファ層１８に所定の分極を生じさせる工程を更に実施する。この分極の工程においては、例えば、有機半導体層６にｐ型半導体を用い、キャリアが正孔となる場合、得られた有機ＦＥＴ１１においては、有機半導体層６とソース電極１０との間に形成されたバッファ層が、ソース電極１０に近い側に負の電荷を、有機半導体層６に近い側に正の電荷をそれぞれ有し、また、ドレイン電極１２と有機半導体層６との間に形成されたバッファ層８が、ドレイン電極１２に近い側に正の電荷を、また、有機半導体層６に近い側に負の電荷を有するように分極を生じさせる。一方、有機半導体層６にｎ型半導体を用いた場合には、バッファ層８は上記と逆の状態となるように分極を生じさせる。かかる分極の工程は、上述した有機ＦＥＴ１の製造時と同様にして実施することができる。
【００７３】
なお、バッファ層１８に分極を生じさせる方法としては、このような方法に必ずしも限定されず、種々の方法を適用することができる。例えば、有機ＦＥＴ１１における有機半導体層６上に、分極を生じさせるための分極用の電極を形成する方法が挙げられる。図５は、分極用電極を更に有する有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。図示されるように、有機ＦＥＴ２１は、有機ＦＥＴ１１における有機半導体層６上に、更に分極用電極２０を備えた構成を有している。
【００７４】
この有機ＦＥＴ２１においては、ソース電極１０又はドレイン電極１２と分極用電極２０との間に電圧を印加することによって所定の分極を生じさせることができる。具体的には、例えば、有機半導体層６がｐ型半導体からなる場合、ソース電極１０と有機半導体層６との間に形成されたバッファ層１８に対しては、分極用電極２０が負、ソース電極が正となるように電圧を印加し、ドレイン電極１２と有機半導体層６との間のバッファ層８に対しては、分極用電極２０が正、ドレイン電極１２が負となるように電圧を印加する。この分極工程の終了後には、分極用電極２０は、有機ＦＥＴ２１から除去することが好ましいが、ＦＥＴとしての機能を損なわない限り、分極用電極２０は、有機ＦＥＴ２１に設置されたままであっても構わない。
【００７５】
このように構成されたボトムコンタクト型の有機ＦＥＴ１１及び有機ＦＥＴ２１は、上述した有機ＦＥＴ１と同様に種々の変形が可能である。例えば、バッファ層１８は、必ずしもソース電極１０及びドレイン電極１２の両方の上に形成されている必要はなく、いずれか一方の上に形成されていれば、ソース電極１０又はドレイン電極１２と有機半導体層６との接触状態の改善効果が発揮され得る。
【００７６】
この有機ＦＥＴ１１及び有機ＦＥＴ２１においては、有機半導体層６とソース電極１０及びドレイン電極１２とは、これらの間に極性化合物から主として構成されるバッファ層１８を介在させた状態で接触している。このため、有機ＦＥＴ１における場合と同様に、バッファ層１８によって、両電極１０，１２と有機半導体層６とは接触による抵抗は極めて小さいものとなる。
【００７７】
以上、本発明によるトップコンタクト型及びボトムコンタクト型の構造を有する有機ＦＥＴについて説明してきたが、本発明の有機ＦＥＴは必ずしもこれらの構造に限定されない。具体的には、例えば、有機半導体層の一側にソース電極及びドレイン電極のいずれか一方の電極が形成され、他側に他方の電極が形成されたトップアンドボトムコンタクト型有機ＦＥＴや、ソース電極とドレイン電極との間にゲート電極が形成されており、ゲート電極の周囲にソース電極及びドレイン電極間のチャネルとなる有機半導体層が形成されている縦型有機ＦＥＴ等も本発明の有機ＦＥＴに含まれる。そして、いずれの有機ＦＥＴにおいても、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方の電極と有機半導体層との間に、極性化合物から主として構成されるバッファ層が形成されており、これによりソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間の接触抵抗が低いものとなる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７９】
［有機半導体素子の製造］
（参考例１）
ガラス基板（＃７０５９、コーニング社製）上に、抵抗加熱蒸着源を用いて金を真空蒸着して厚さ１００ｎｍの下部電極を形成した。この下部電極上に、ポリフッ化ビニリデンのシクロヘキサノン溶液をスピンコートにより塗布した後、減圧下で乾燥させて１０ｎｍの厚さのバッファ層を形成した。次に、このバッファ層上に１×１０−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−４Ｐａ）の真空条件でペンタセンを真空蒸着して、１００ｎｍの厚さの有機半導体層を形成させた。さらに、この有機半導体層上に金を真空蒸着して厚さ１００ｎｍの上部電極を形成させて積層体を得た。そして、得られた積層体を５０℃に加熱しながら、下部電極の電圧を０Ｖとし、上部電極に＋１０Ｖの電圧を印加した後、室温に戻して有機半導体素子を得た。
【００８０】
（比較参考例１）
バッファ層を形成させなかったこと以外は、参考例１と同様にして有機半導体素子を得た。
【００８１】
［特性評価］
参考例１及び比較参考例１で得られた有機半導体素子に、半導体パラメータ・アナライザ（４１５５Ｃ、Agilent Technologies社製）を用い、上部電極に印加する電圧を−１５〜＋１５Ｖの範囲で連続的に変化させて、それぞれ得られる電流値を測定した。図６は、参考例１及び比較参考例１の有機半導体素子で得られた印加電圧に対する電流値（印加電圧に対する電流値を示す曲線を以下、「電圧−電流曲線」と略す。）を示すグラフである。なお、図中の印加電圧の値は、下部電極側を０Ｖとしたときの上部電極側の電位を示している。図６中、実線で示される曲線が参考例１の有機半導体素子により得られた電圧−電流曲線を、点線で示される曲線が比較参考例１の有機半導体素子により得られた電圧−電流曲線をそれぞれ示している。
【００８２】
図６より、バッファ層を形成させた参考例１の有機半導体素子は、バッファ層を形成させなかった比較参考例１の有機半導体素子に比して、下部電極対して上部電極の電位を正とした場合、すなわち、素子形成時と同一の方向に電圧を印加した場合に顕著に大きい電流値が得られることが判明した。
【００８３】
[有機ＦＥＴの製造]
（実施例１）
まず、ゲート絶縁膜として約２００ｎｍの熱酸化膜を形成させたゲート電極を兼ねる高ドープのｎ型シリコン基板（バルク抵抗率：１Ωｃｍ）を準備し、これを９×２５ｍｍの矩形板状に切り出した。次に、この基板におけるゲート絶縁膜上に、ペンタセンを真空蒸着して、約５０ｎｍの厚さの有機半導体層を形成させた。
【００８４】
この有機半導体層上に、チャネル部となるべき部分をセパレートしたシャドウマスクを介してパラニトロアニリンを真空蒸着し、厚さ約２ｎｍのバッファ層を形成した。さらに、このバッファ層上に厚さ約８０ｎｍの金の膜を真空蒸着してソース電極及びドレイン電極を形成させ、トップコンタクト型の有機ＦＥＴを得た。なお、チャネル長を２０μｍとし、チャネル幅を５ｍｍとした。
【００８５】
（実施例２）
有機半導体層上に、ポリフッ化ビニリデンのシクロヘキサノン溶液をスピンコートした後、減圧下で乾燥させてバッファ層を形成したこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを製造した。
【００８６】
次に、この有機ＦＥＴを減圧下で５０℃に加熱した状態で、ゲート電極に対して＋５０Ｖの電圧をソース電極に、ゲート電極に対して−５０Ｖの電圧をドレイン電極にそれぞれ独立に印加した後、室温まで冷却して特性評価用の有機ＦＥＴとした。
【００８７】
（比較例１）
バッファ層を形成させなかったこと以外は、実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。
【００８８】
（特性評価）
実施例１〜２及び比較例１で得られた有機ＦＥＴについて、ゲート電圧に対するドレイン電流の変化を測定した。この測定は、半導体パラメータ・アナライザ（４１５５Ｃ、Agilent Technologies社製）を用いて行い、種々の値のドレイン／ソース電極間の電圧（ドレイン電圧）に対して、ゲート／ソース電極間の電圧（ゲート電圧）を連続的に変化させた場合に、ソース電極及びドレイン電極間に流れる電流（ドレイン電流）の値をモニターすることにより行った。
【００８９】
次に、得られたゲート電圧に対するドレイン電流の変化のプロットから、ＦＥＴ構造における電界効果移動度及びゲート電圧のしきい値（Ｖｔｈ）を算出した。具体的には、ドレイン電圧を−１００Ｖとしたときの、ゲート電圧の値に対するドレイン電流の値の平方根をプロットした。移動度は、このプロットにおいて十分に飽和領域が得られる条件であるゲート電圧−５０Ｖにおける接線の傾きから算出した。また、Ｖｔｈはこの接線におけるＸ軸の切片を読み取ることにより導き出した。得られた移動度及びＶｔｈの結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
2005109028.tif 000006
【００９１】
表１より、バッファ層を有する実施例１及び実施例２の有機ＦＥＴは、バッファ層を有していない比較例１の有機ＦＥＴに比して、移動度が有意に高く、またしきい電圧も低いことが判明した。特に、製造時に電圧を印加してバッファ層を分極させた実施例２の有機ＦＥＴが顕著に良好な結果を示したことから、バッファ層がキャリアの移動方向に沿って分極している場合に、最も優れた結果が得られることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、有機半導体層６にｐ型半導体を用いた場合のバッファ層８周辺の領域Ｒ１、Ｒ２の模式拡大図である。
【図３】有機ＦＥＴ１の製造方法を模式的に示す工程図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。
【図５】分極用電極を更に有する有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。
【図６】参考例１及び参考例２の有機半導体素子で得られた印加電圧に対する電流値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９３】
１…有機ＦＥＴ、２…ゲート電極、４…ゲート絶縁膜、５…積層体、６…有機半導体層、８…バッファ層、１０…ソース電極、１１…有機ＦＥＴ、１２…ドレイン電極、１８…バッファ層、２０…分極用電極、２１…有機ＦＥＴ。
【図１】
2005109028.tif 000007
【図２】
2005109028.tif 000008
【図３】
2005109028.tif 000009
【図４】
2005109028.tif 000010
【図５】
2005109028.tif 000011
【図６】
2005109028.tif 000012