(57)【要約】【課題】  本発明は、装置および装置の製造法を提供するものである。【解決手段】  この装置は、表面を有する基板およびその基板の表面に隣接して配置された有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）を有する。ＯＦＥＴは、ゲート、チャネル、ソース電極、およびドレイン電極とからなる。チャネルは、共役多重結合を有する有機分子の高密度化層を含み、有機分子の軸は実質的にこの表面に垂直に配向されている。【選択図】  図１
2005167256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する基板と、
ゲート、チャネル、ソース電極、およびドレイン電極を含み、前記基板の前記表面に隣接して配置された有機電界効果トランジスタとを備える装置であって、
前記チャネルが、共役多重結合を有する有機分子の高密度化層を含み、前記有機分子の軸が実質的に前記表面に垂直に配向されている装置。
【請求項２】
前記有機分子の高密度化層が、少なくとも７分子／平方ナノメートルの表面密度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記高密度化層が、３．８オングストローム未満の平均間隔を有する前記有機分子によって画定される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記高密度化層が、１よりも大きい偏光比を与える均一配向を有する前記有機分子によって画定される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記均一配向が、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の電流の方向に実質的に一致する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
基板を設ける工程と、
有機電界効果トランジスタのチャネルを形成する工程であって、
前記基板を元の構成から拡張し、前記基板の寸法を拡張寸法まで増大させる工程、
共役多重結合を有する有機分子の層を前記基板上に、前記拡張寸法にある間に形成する工程、および、
前記基板を実質的に前記元の構成に戻す工程を含む工程とを含む方法。
【請求項７】
前記基板は第一の基板であり、前記方法が、第二の基板上に前記有機電界効果トランジスタのゲート、ソース電極、およびドレイン電極を形成する工程と、前記第一および前記第二の基板同士を結合することにより前記チャネルを前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、かつ前記ゲートに隣接して配置する工程とを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記拡張工程が、少なくとも前記基板の一部分を加熱する工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記拡張工程が、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の電流の方向に実質的に一致する横方向寸法で前記基板の一部分を機械的に伸長させる工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
戻す工程が、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の電流の方向と実質的に一致する方向で前記拡張寸法を実質的に元の構成に緩和する工程を含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）の製造方法に関するものであり、より詳細には、高移動度チャネルを有し、またその結果としてのＯＦＥＴ構造を有するＯＦＥＴの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
能動チャネルが有機材料で作られる有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）の使用に対する関心が高まっている。有用であるためには、正孔または電子のチャネルに関連したゲートに電圧を印加することによりデバイスがオンになるとき、有機材料は正孔または電子のチャネルを支持できなくてはならない。また、有機材料のキャリア移動度または電界効果移動度は、デバイスがオフに対してオンになったとき、ソースとドレインとの間の導電率の大増加を容易にするために十分なものでなければならない。
【０００３】
従来のＯＦＥＴの能動チャネルは、ポリマーまたはオリゴマー等の共役結合を有する有機分子より構成されている。例えば、隣接する有機分子のπ軌道の重なりによってチャネルは導電性になる。場合によっては、有機分子からの電子の除去（酸化を介して）あるいは有機分子への電子の挿入（還元を介して）による不純物制御法でチャネルの導電率を改善することができる。チャネルのキャリア移動度を改善する方法には、有機分子同士の水素結合柱状層（ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｂｏｎｄｉｎｇ  ｃｏｌｕｍｎａｒ  ｓｔａｃｋｓ）および基板上の有機分子のための配列層の作成が含まれる。それにも係わらず、一部には「オフ」状態対「オン」状態でドレイン電流における差が小さいため、既存のＯＦＥＴは依然としてキャリア移動度の低いチャネル領域を持っており、したがって感度も劣る。
【非特許文献１】Ｃｈｅｎ，Ｘ．Ｌ．、Ｌｏｖｉｎｇｅｒ，Ａ．Ｊ．ら、「Ｊ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」、１３号１３４１頁、２００１年
【非特許文献２】Ｘｕｅ，Ｇ．ら、「Ｌａｎｇｍｕｉｒ」、１６号、１８３４頁、２０００年
【非特許文献３】Ａｍｕｎｄｓｏｎ，Ｋ．Ｒ．ら、「Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍ」４１４号、１４３頁２００２年
【非特許文献４】Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ  Ｈ．ら、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」７７号、４０６頁、２００２年
【非特許文献５】Ｃｏｌｌｅｔ  Ｊ．ら、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」７６号、１３３９頁、２０００年
【特許文献１】米国特許出願第１０／７００，６５１号
【特許文献２】米国特許第６，５９６，５６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、従来のＯＦＥＴよりもキャリア移動度の大きいチャネルを有するＯＦＥＴ、およびそのようなデバイスの製造方法を提供することにより先行技術に伴う短所を克服する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、チャネルに詰め込まれた線形有機分子の密度および均一性が不十分であるため、既存のＯＦＥＴのチャネルのキャリア移動度が低いことを理解している。チャネル中の有機分子の密度および均一性を増大させることによりチャネルのキャリア移動度を改善できる。これにより、チャネルの導電率を増大させることができ、感度の改善されたＯＦＥＴデバイスの製造が可能になる。
【０００６】
本発明の１つの実施形態は装置を提供する。この装置は、表面を有する基板およびその基板の表面に隣接して配置された有機電界効果トランジスタを含む。このトランジスタは、ゲート、チャネル、ソース電極、およびドレイン電極とからなる。チャネルは、共役多重結合を有する有機分子の高密度化層を含み、有機分子の軸は実質的にこの表面に垂直に配向されている。
【０００７】
別の実施形態において、本発明は更に有機電界効果トランジスタの製法を提供する。この方法は、基板を提供し、また有機電界効果トランジスタのチャネルを形成する。チャネルの形成工程は、基板を元の構成より拡張し、基板の寸法を拡張寸法まで増大させる工程を含む。共役多重結合を有する有機分子の層は、基板上に、拡張寸法にある間に形成される。基板は、実質的に元の構成に戻される。
【０００８】
本発明は、以下の詳細な記述を添付の図面を参照して読むことで最も良く理解される。様々な特徴は原寸に比例していない、また説明を明確にするために恣意的に大きくされたり、小さくされたりする。添付図面と共に以下に説明を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、なぜ既存の有機電界効果トランジスタのチャネル領域が不十分であるのかを理解することから利益を得る。具体的には、チャネルの有機分子は密に詰め込まれておらず、また均一に詰め込まれていない。したがって、有機電界効果トランジスタのチャネルの移動度は不十分であり、従来のＯＦＥＴの性能は劣っている。また、本発明以前には、有機分子の詰め込みの密度および均一性を増大させる方法が理解されていなかった。この不具合は、一つには、ＯＦＥＴに使用される、シリコンまたは各種のプラスチックなどの従来の基板が非弾性であるからである。
【００１０】
本発明は、弾性基板の使用がＯＦＥＴのチャネル領域を形成する有機分子の密度および均一性を増大させるための、新規な、結果が有効な変化を提供することを初めて認識するものである。本明細書で使用される基板という用語は、変形力または拡張力が取り除かれると元の形を復元することのできるあらゆる弾性材料を意味する。基板上に、基板が拡張されているときに有機分子の層を形成することにより、従来得られたものよりも密度の高い有機分子の層が形成される。また、分子同士を保持するための分子間水素結合の必要もなく、有機分子がより高密度に詰め込まれる。これにより、より広範な有機化合物がチャネルの形成に有利に使用できる。そのような材料を合成するに当たって増えた課題に加え、水素結合部位など極性基を含む分子は、よりたやすく水分を吸収する傾向があり、腐食および短絡によるより急速な故障に繋がる。
【００１１】
また、基板をその元の形状に戻すことに伴う圧縮力は、たやすく有機分子を１方向に配列してしまう。さらに、有機分子のより均一な配向を、基板表面上に配列層を準備するという技術的な複雑さを付加することなく実現することができる。従来の配列層は一般的に、粗磨きされた、溝や尾根を有する表面を伴い、この表面により粗磨きの方向に直角な方向で電荷キャリアの移送を途絶させるおそれがある。例えば、摩擦転写（ｆｒｉｃｔｉｏｎ−ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ）されたテフロン（登録商標）の配列層の表面エネルギーは非常に低いので、多くの溶剤がこの表面を適切にぬらすことができず、膜形成の際の不均一性に繋がる。それぞれ１つまたは複数の共役結合を有し、共役結合系を形成する有機分子の層の電荷移送特性が有機分子の密度および均一な配向に依存するので、有機分子のより高密度でより均一に詰め込まれた層は有利である。１つの有機分子から他の有機分子への電荷移送効率は、隣接する有機分子の共役結合系間の距離が減少するにつれて増大する。
【００１２】
図１は、本発明の代表的な装置１００の一部分の概略図を示す。装置１００は、バイオセンサー、集積回路、表示装置、および記憶装置などの多くの用途で使用できる。装置は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの表面１１０を有する基板１０５、および基板１０５の表面１１０に隣接して配置された有機電界効果トランジスタ１１５を含む。トランジスタ１１５は、ゲート１２０、チャネル１２５とソース電極１３０およびドレイン電極１３５とからなる。ソースおよびドレイン電極１３０、１３５は金などの金属または導電性有機ポリマーからできている。ゲート１２０は、金で構成できるゲート電極１４０およびシリコンまたは酸化アルミニウムからなるゲート絶縁体１４５を含む。当業者に衆知の、ＯＦＥＴ１１５の他の構成は本発明の範疇に入っている。
【００１３】
チャネル１２５はセキシチオフェン（ｓｅｘｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）などの、共役結合を有する有機分子の高密度化層１５０を含む。有機分子１５５の長軸は、基板の表面１１０に対して実質的に垂直（例えば、９０度）に配向されているのが好ましい。もちろん、他の有利な実施形態においては、短軸１５７が基板の表面１１０に対して実質的に垂直（例えば、９０度）に配向されていてもよい。
【００１４】
本明細書では、有機分子の層１５０は、その上に層１５０が形成されている基板表面１１０に対して平行で物理的引っ張られるとき、高密度化されたと言い表される。高密度化層１５０において、緊張は、有機分子の超高密度により発生する拡張力である。高密度化層１５０は、分子の超高密度が同じ化合物でできたバルク層に見られる低い値ではないので、緊張を有する。高密度化層１５０は、基板表面における分子の超高密度によって引き起こされる緊張が完全に緩和するには薄すぎる。分子の高密度化層１５０を形成する１つの方法は、伸びた基板１０５上に分子を蒸着して、その後基板１０５を縮めることを必要とする。そのようなプロセスにより、もし層が縮んだ基板上に直接形成されたならば起こらなかったはずの分子の超高密度を創出することができる。
【００１５】
有機分子の高密度化層１５０は、少なくとも７分子／平方ナノメートルの表面密度を有することが好ましい。高密度化層１５０の隣接する有機分子１６０は、約３．８オングストロームよりも小さい平均分離距離１６５を有することが好ましく、約３．５オングストロームよりも小さければ、更に好ましい。共役パイ結合を有する隣接有機分子１６０に対しては、平均分離距離１６５とは、パイ結合間の距離を意味する。
【００１６】
上述のように、高密度化層１５０の有機分子が均一な配向を有することは、電荷移動度を改善するので有益である。均一配向は、約１よりも大きな偏光比で示される。偏光比は、垂直偏光方向を有する透過光に対する１つの偏光方向の透過光の比として定義される。偏光比を測定するための偏光光学分光法（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ）は、当業者には良く知られているので、本明細書では説明しない。例えば、参照によりそのまま本明細書に組み込まれたＣｈｅｎ，  Ｘ．Ｌ．、Ｌｏｖｉｎｇｅｒ，Ａ．Ｊ．ら、「Ｊ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」、１３号１３４１頁、２００１年、Ｘｕｅ，Ｇ．ら、「Ｌａｎｇｍｕｉｒ」、１６号、１８３４頁、２００年、Ａｍｕｎｄｓｏｎ，Ｋ．Ｒ．ら、「Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍ」４１４号、１４３頁２００２年、Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ  Ｈ．ら、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」７７号、４０６頁、２００２年を参照されたい。
【００１７】
有機分子の高密度化層１５０の偏光比は、約１よりも大きいことが好ましく、約２よりも大きいと更に好ましい。有機分子の高密度化層１５０の均一配向の方向が、ソースおよびドレイン電極１３０、１３５間の電流１７０の方向と実質的に一致すれば、なおのこと好ましい。しかしながら、いくつかの実施形態においては、拡張方向に垂直な電流１７０もまた、高い電荷キャリア移動度を持つので、それに応じてドレインおよびソース電極１３０、１３５を配置することが望ましい。
【００１８】
装置１００の多くの代替の実施形態は、本発明の範疇内である。基板１０５は、元の長さの少なくとも３倍まで拡張可能なエラストマーであることが好ましく、また一旦拡張力が解放されると基板１０５は実質的に（例えば、約１０パーセント以内）もとの長さに戻る。適切なエラストマーの例として、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリ（エチルアクリラート）、ポリブチルメタクリラート、またはシリコンゴムなどが挙げられる。好ましいシリコンゴムとしては、ＰＤＭＳなどのアルキル置換されたポリシロキサンが挙げられる。エラストマー系の基板１０５は、約３００℃未満のガラス遷移温度（ＴＧ）を持っていることが好ましく、２３℃未満であればなお好ましい。
【００１９】
装置１００のいくつかの有利な実施形態においては、高密度化層１５０の有機分子は共役パイ結合系を有しているが、有機分子からなるあらゆる半導体材料が本発明の範疇に入っている。高密度化層１５０の有機分子は、整然と配列された（ｏｒｄｅｒｅｄ）クリスタリンまたはポリクリスタリン構造を有することが好ましい。有機分子は、半導体の高密度化層１５０を形成できる化合物を含むなら、どんなカーボンであっても良い。いくつかの実施形態においては、高密度化層１５０は、実質的に、隣接有機分子１６０間で水素結合可能な化学基を有する有機分子を含んでいない。
【００２０】
高密度化層１５０は、約１０−４ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１よりも大きな電界効果移動度を有することが好ましい。高密度化層１５０が、約１０−２ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１よりも大きい電界効果移動度を有し、アルファ・セキシチオフェンなどのポリ・オリゴチオフェンまたはオリゴチオフェンに代表される共役パイ系を有する分子からなっていれば、なおのこと好ましい。他の有利な実施形態においては、ゲート１２０に電圧が印加された場合の印加されない場合に対するＯＦＥＴ  １１５のドレイン電流比は、少なくとも１０対１である。例えば、−１００Ｖのゲート電圧がＰチャネル有機半導体に印加されると、高密度化層１５０内で、ゲート絶縁体１４５と高密度化層１５０との間の界面１７２から約５０オングストローム以内にあるソース１３０・ドレイン１３５間の導電率は、少なくとも約１０６  Ｓ  ｃｍ−１となる。
【００２１】
高密度化層１５０の好ましい有機分子として、ポリチオフェンおよびオリゴチオフェンが挙げられる。本発明の目的のために、オリゴチオフェンは２乃至１００回のチオフェンの繰り返しを有し、一方ポリチオフェンは１００回を越えるチオフェンの繰り返しを有する。しかし、他の半導体有機化合物も、本発明の範疇に入っている。限定されない例として、オリゴフェニルまたはポリフェニル化合物が挙げられる。高密度化層１５０の有機分子は、ベンゼン環、ナプタレン環、またはペンタセンなどの互いに結合したアントラセン環などの各種ベンゾイド芳香環構造体（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｒｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）の組み合わせ、または非ベンゾイド芳香環、またはチオフェンなどのヘテロシル環、またはコポリ（ビチオフェン・フルオレン）などこれらの構造体のコポリマーを含んでも良い。
【００２２】
高密度化層１５０のいくつかの好ましい有機分子は、実質的に共平面芳香族基を保有しており、より高密度でより均一な詰め込みが容易になる。実質的な共平面芳香族基とは、有機分子中に、隣接して互いの撚り角が約２３度未満である芳香族基が少なくとも２つあることを意味する。例えば、アルファ・セキシチオフェン中の隣接チオフェン環は、約１０度の撚り角（ｔｗｉｓｔ  ａｎｇｌｅ）を持っており、チオフェン環は実質的に共平面的であるとみなされる。これに対して、ビフェニル構造中の２つの融合ベンゼン環は、約２３度の撚り角を持っており、ベンゼン環は共平面的ではない。
【００２３】
いくつかの好ましい実施形態においては、高密度化層１５０の有機分子は、より高密度でより均一な詰め込みを容易にするので、線形の有機分子である。線形の有機分子の例として、ポリチオフェン、アルファ・セキシチオフェンなどのオリゴチオフェン、またはコポリ（ビチオフェン・フルオレン）などのチオフェンの派生物が挙げられる。しかし、他の実施形態においては、分岐有機分子またはチオフェンが３箇所でアルキル鎖に置換されたオリゴチオフェンなどの側鎖を有する分子が使用可能である。
【００２４】
高密度化層１５０は、有機分子の単一の分子層で構成されてもよいし、有機分子の多重層で構成されてもよい。高密度化層１５０は、約２０オングストローム以上の厚み１７５を有する。いくつかの好ましい実施形態においては、高密度化層１５０は、約２オングストロームと約１００オングストロームの間の厚み１７５を有する。ある実施形態では、キャリアの大半がゲート絶縁体表面から５０オングストローム以内にあるチャネルに閉じ込められているので、約５オングストローム未満の厚みであることが好ましい。
【００２５】
装置１００のいくつかの実施形態においては、高密度化層１５０の有機分子を基板表面１１０に共有結合させることが好ましい。共有結合で基板１０５に添着することで、より高密度で、より均一な層１５０の製造が容易になる。いくつかの実施形態においては、以下で更に説明されるように、基板表面１１０は、高密度化層１５０の有機分子の、基板表面１１０への共有結合添着を促進するようになっている。そのような実施形態においては、トリクロロシランまたはメチオキシシランを有する、高密度化層１５０の有機分子が、伸びた基板に共有結合添着を促進するようにすることは、有益である。しかし、他の実施形態においては、高密度化層１５０の有機分子は、基板１０５に共有結合添着することなく、単に基板表面に蒸着される。
【００２６】
図２Ａ乃至２Ｇは、本発明の代表的な方法の中で選択された、ＯＦＥＴデバイス２００を形成するための工程を示す。まず、図２Ａを参照して、この方法は、例えばＰＤＭＳまたは上記の他の材料からなる基板２０５の提供を含む。次に、図２Ｂを参照して、基板２０５上のソース電極およびドレイン電極２１０、２１５の形成を示す。金属のソースおよびドレイン電極２１０、２１５は金、銀、白金、およびパラジウムなどの金属で作ることができる。そのような材料は、真空蒸着、熱蒸着、または電子ビーム蒸着などの従来の技術により蒸着でき、次いで、電極構造２１０、２１５を画定するために従来のリソグラフィ・プロセスを介したパターン形成が行われる。別法として、ソースおよびドレイン電極２１０、２１５はポリアニリンまたはポリチオフェンなどの、導電率を上げるためにドープ塗料が塗られる導電ポリマー、または黒鉛および導電性ポリマーからなる導電インクで作製してもよい。これらのソースおよびドレイン電極構造２１０、２１５を形成するために、インクジェット印刷、スクリーン印刷、または成形などの従来技術を用いることができる。
【００２７】
次に、図２Ｃを参照して、基板２０５を図２Ａおよび２Ｂに示すその元の構成から拡張し、その少なくとも１つの寸法を拡張寸法２２０まで増大している。例えば、基板は、その元の構成に比べ少なくとも約１０パーセント、より好ましくは、少なくとも約５０パーセント程拡張できる。基板２０５は、熱することで、少なくともその一部が拡張できる。当業者には良く理解できるように、基板２０５としての使用に適切な特定の材料は大きな熱膨張率を持つので、加熱すると拡張する。別法として、基板２０５の全体を加熱してもよく、その場合は、基板２０５の３つの全ての寸法が同時に拡張できる。基板を拡張するために、他の方法を用いてもよい。例えば、ＰＤＭＳなどの特定の基板２０５は、ヘキサンなどの溶媒に浸して、体積を１００パーセント以上膨張させることができる。
【００２８】
別法として、拡張寸法２２０方向にその一部を機械的に引っ張ることにより基板２０５を拡張してもよい。もちろん、基板２０５は１次元、２次元、または３次元で伸長させてもよい。しかし、いくつかの好ましい実施形態においては、基板を図１に示す有機分子の長軸１５５に沿った寸法２２０で伸長させることが望ましい。いくつかの実施形態においては、例えば、基板はソースおよびドレイン電極２１０、２１５間の意図された電流２２５の方向と実質的に一致する寸法で伸長される。意図された電流２２５の方向と実質的に同じ方向で伸長させることにより、例えば以下に説明するような、パイ・パイ結合多重層を有する、有機分子の高密度化層の形成を有利に促進することができる。あるいは、他の好ましい実施形態においては、基板を有機分子の長軸１５５に沿って、かつ意図した電流２２５の方向に対して垂直（図２Ｃ中に示された断面から出て来る矢印２２７）に伸長させることが望ましい。意図された電流２２５の方向に対して実質的に垂直な方向２２７で伸長させることは、有機分子の高密度化層のより均一な配向が、それにより、電流方向２２５における高い電荷キャリア移動度をもたらすゆえに、有益である。もし、基板２０５が約２３℃未満のＴＧを有するなら、室温での伸長が可能である。あるいは、基板２０５は、伸長する前にそのＴＧまで加熱してもよい。
【００２９】
次に、図２Ｄに示すように、基板２３０の表面は基板表面特性を変えるために変更されている。表面の変更は有機分子の基板表面２３０上での成長を有利に促進し、場合によっては、以下に説明するように、有機分子の基板２０５に対する共有結合を促進する。変更された表面もまた、有機分子の自己集合層のエピタキシャル成長を介しての有機分子の均一層の形成を促進する。表面変更の例として、ＰＤＭＳ基板表面２３０は、流量３０ｓｃｃｍ、気圧３０  ｍＴｏｒｒ、（バイアス）電圧１００Ｖの反応性イオンエッチャー（Ｐｌａｍａ−Ｔｈｅｒｍ，  Ｉｎｃ．）中で矢印２４０で表された酸素プラズマに１乃至２秒間さらされてシラノール基（−ＳｉＯＨ）２３５を持つように変更される。しかし、この方法の他の実施形態においては、基板表面２３０は変更されない。
【００３０】
次に、図２Ｅを参照して、基板が拡張寸法２２０にある間に、基板２０５上に共役多重結合を有する有機分子２４５の層の形成を示す。例示された方法においては、有機分子の一端２５０は基板２０５に共有結合されている。共有結合はより高密度でより均一に詰め込まれた有機分子２４５の層の形成を有利に促進する。
【００３１】
例えば、表面２３０がシラノール基２３５で変更されている上記のＰＤＭＳ基板２０５を考察されたい。テトラデシル−１−エニル  トリクロロシランなどのトリクロロシランおよびビニルで終端されたリンカー分子２５５は、シラノール基２３５に共有結合で添着されている。ビニル基は、次に化学的に発生されたオゾンで酸化されカルボキシル基になる。カルボキシル基は次に、アルコールで終端された有機分子２４５とエステル化反応を行い、有機分子２４５を基板２０５に共有結合で添着する。
【００３２】
もちろん、有機分子２４５を基板２０５に共有結合で添着するために、当業者に良く知られた他の方法も使用できる。例えば、参照によりそのまま本明細書に組み込まれたＣｏｌｌｅｔ  Ｊ．ら、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」７６号、１３３９頁、２０００年を参照されたい。しかし、この方法の他の実施形態においては、有機分子２４５は、共有結合添着することなく、変更された、または変更されていない基板２０５に、気相または液相析出法（ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｏｒ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、あるいは他の従来のプロセスにより、単純に蒸着される。この方法は、共有結合添着よりも処理工程が少なくなるという長所はあるものの、場合によっては、伸張された基板２０５がその元の構成に戻るとき膜の中に亀裂が形成される可能性がある。
【００３３】
ここで、図２Ｆを参照して、基板２０５を実質的にその元の構成に戻し、チャネル領域２６０を形成した後のデバイス２００を示す。もちろん、基板２０５が、表面の変更の前、または有機分子２４５の基板表面２３０への共有結合添着の前に自らが有していたと全く同じ寸法に戻らないことを当業者は理解する。例えば、１つまたは複数の寸法２２０で拡張された基板２０５の部分は、緊張が緩和された後で、その元の構成化から最大約１０パーセント変形する。
【００３４】
いくつかの好ましい実施形態においては、拡張された寸法２２０を１方向２６５で緩和して基板２０５を実質的に元の構成に戻すことが有利である。１つの方向２６５における基板２０５の緩和に伴う圧縮力は、圧縮力と同じ方向２６５における有機分子２４５のより高密度または均一な組成を促進する。元の構成への緩和が、ソースおよびドレイン電極２１０、２１５間の電流２２５の方向と実質的に一致する方向２６５で行われれば、チャネル２６０のキャリア移動度を改善することになるので、なおのこと好ましい。
【００３５】
この方法のある好ましい実施形態においては、ＯＦＥＴデバイス２００は、元の非拡張構成で同じ基板２０５上に形成されうる有機分子の表面密度よりも少なくとも約１０パーセント、より好ましくは少なくとも約５０パーセント大きい、有機分子２４５の表面密度を有するチャネル領域２６０を保有する。
【００３６】
次に、図２Ｇを参照して、ゲート２７０を形成した後のＯＦＥＴ２００を示す。ゲート２７０は、ゲート電極２７５およびゲート絶縁体２８０を含む。ゲート絶縁体２８０は、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムなどの無機質層を基板２０５上に熱蒸着することにより形成することができる。あるいは、ゲート絶縁体２８０は、基板２０５上に、絶縁性有機ポリマーまたは有機ポリマー／無機物化合物を回転塗布することにより、またはパリレンのようなポリ・パラ・キシリレンなどのモノマーまたは有機ポリマーを化学蒸着することにより形成することができる。一例として、ポリイミドまたはポリメチルメタクリル酸などのポリマーは単独で、またはゲート絶縁体２８０の誘電率を増大させる働きをするチタン・ナノ粒子と混合して蒸着することができる。例えば、本明細書にそのまま組み込まれた米国特許出願第１０／７００，６５１号（２００３年１１月４日出願、Ｈｏｗａｒｄ  Ｅ．Ｋａｔｚら）を参照されたい。ゲート電極２７５は、ソースおよびドレイン電極２１０、２１５について上記説明したものと同じ材料から構成することができ、また類似のプロセスにより形成することができる。もちろん、ゲート電極２７５は、ソースおよびドレイン電極２１０、２１５に対して使用されるものと異なる材料および異なるプロセスにより形成することができる。
【００３７】
もちろん、この方法の代替のプロセスの流れは、当業者にとって明白である。いくつかの実施形態においては、例えば、チャネル領域２６０は、ソースおよびドレイン電極２１０、２１５などの他の部品を形成する前に拡張することが望ましい。これにより、デバイスの部品を不必要に伸長力および緩和力にさらし、それら部品の構造または機能に悪影響を及ぼすことを有利に回避できる。
【００３８】
図３Ａ乃至３Ｃは、本発明の原理による、ＯＦＥＴデバイス３００を形成するための更に別の方法の中で選択された工程を示す。まず図３Ａを参照して、共役多重結合を有する有機分子３１５の高密度化層からなる、ＯＦＥＴ３００のチャネル３１０がその上に形成された第一の基板３０５を示す。チャネル３１０を形成するために、上記のあらゆる方法および有機分子を使用することができる。
【００３９】
ここで図３Ｂを参照して、有機電界効果トランジスタ３３０のゲート３２５、ソース電極３３０、およびドレイン電極３３５がその上に形成された第二の基板３２０を示す。これらの部品を形成するために、上記のあらゆる方法および材料を使用することができる。しかし、いくつかの実施形態においては、第二の基板３２０がプラスチックまたはシリコンなどの非弾性材料を含むことが好ましい。そのような材料は、低コスト、どこでも入手可能、半導体素子製造において使用が良く知られているという理由で有利である。
【００４０】
拡張されていない基板３２０上にゲート３２５、ならびにソースおよびドレイン電極３３０、３３５などのデバイス部品を形成することにはいくつかの利点がある。別の実施形態に対して言及されたことと同様に、これらの部品を伸長力および緩和力にさらし、構造または機能に悪影響を及ぼすことが無くなる。また、異なる基板上に異なるデバイス部品を製造することで、これらの製造工程を逐次的ではなく並行して実施でき、より速い製造プロセスが可能になる。
【００４１】
次に図３Ｃを参照して、第一および第二の基板３０５、３２０同士を結合させることによりチャネル３１０をソースおよびドレイン電極３３０、３３５間ならびにゲート３２５に隣接して配置した後のデバイス３００を示す。第一および第二の基板３０５、３２０を積層するために、さまざまな従来技術を使用することができる。例えば、本明細書にそのまま組み込まれた米国特許第６，５９６，５６９号を参照されたい。
【００４２】
本発明は詳細に説明されたが、当業者なら、本発明に対する様々な変更、置換、修正を、本発明の範疇から逸脱することなく実行できることは理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の装置の詳細断面図を概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の方法の詳細断面図を、この方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図２Ｂ】本発明の方法の詳細断面図を、この方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図２Ｃ】本発明の方法の詳細断面図を、この方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図２Ｄ】本発明の方法の詳細断面図を、この方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図２Ｅ】本発明の方法の詳細断面図を、この方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図２Ｆ】本発明の方法の詳細断面図を、この方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図２Ｇ】本発明の方法の詳細断面図を、この方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図３Ａ】本発明の別の方法の詳細断面図を、この別の方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明の別の方法の詳細断面図を、この別の方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図３Ｃ】本発明の別の方法の詳細断面図を、この別の方法の中で選択された段階について概略的に示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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