(57)【要約】【課題】 溶液塗布による層形成が可能であって、且つ、電界効果トランジスタとしての電界効果移動度とＯｎ／Ｏｆｆ比とを両立し得たゲート絶縁層を有する電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】 支持基板上に、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有する電界効果トランジスタであって、ゲート絶縁層が、溶液の塗布、乾燥により形成され、且つ、吸水量が０．６５ｍｇ／ｃｍ3 以下のポリマーを含有するゲート絶縁層である電界効果トランジスタ。【選択図】   なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有する電界効果トランジスタであって、ゲート絶縁層が、溶液の塗布、乾燥により形成され、且つ、吸水量が０．６５ｍｇ／ｃｍ3 以下のポリマーを含有するゲート絶縁層であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
ゲート絶縁層が、ポリマーとしてポリイミドを含有するものである請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
ゲート絶縁層に含有されるポリマーとしてのポリイミドが、弗素原子含有ポリイミドである請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
弗素原子含有ポリイミドが、弗素原子含有率５重量％以上のものである請求項３に記載の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、更に詳しくは、ゲート絶縁層が特定の吸水量を有するポリマーを含有するゲート絶縁層である電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
支持基板上に、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び半導体層と、該半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有する電界効果トランジスタにおいて、その半導体層、或いはゲート絶縁層として、従前のシリコン等の無機材料を用いた蒸着等による形成方法に比して、溶液の塗布による形成方法で層を形成し得る有機材料は、その層形成コスト面での優位性に加えて、ポリマー等の使用による軽量化、耐衝撃性の付与等が可能であることから注目されている。しかしながら、溶液の塗布による層形成においては、上層の形成時における下層の耐溶剤性が求められ、そのための材料の選択が重要になってくる。
【０００３】
耐溶剤性の優れた有機材料としてポリイミドが提案され、例えば、非特許文献１には、ゲート絶縁層を、ポリイミド溶液の塗布、乾燥により形成した例が示されている。しかしながら、本発明者等の検討によると、そこに記載されるポリイミドは、耐吸水性が劣り、電界効果トランジスタのゲート絶縁層として、電界効果移動度とＯｎ／Ｏｆｆ比とを両立し得ず、更に、経時による低下等も認められ、それらの面での改良を要するものであることが判明した。
【非特許文献１】Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．６，１２９９−１３０１（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前述の従来技術に鑑みてなされたものであって、従って、本発明は、溶液塗布による層形成が可能であって、且つ、電界効果トランジスタとしての電界効果移動度とＯｎ／Ｏｆｆ比とを両立し得たゲート絶縁層を有する電界効果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】
【０００５】
本発明者等は、前記課題を解決すべく種々検討を行った結果、ゲート絶縁層に特定の吸水量を有するポリマーを含有させることにより、前記目的が達成できことを見出し本発明に到達したもので、従って、本発明は、支持基板上に、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有する電界効果トランジスタであって、ゲート絶縁層が、溶液の塗布、乾燥により形成され、且つ、吸水量が０．６５ｍｇ／ｃｍ3 以下のポリマーを含有するゲート絶縁層である電界効果トランジスタ、を要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、溶液塗布による層形成が可能であって、且つ、電界効果トランジスタとしての電界効果移動度とＯｎ／Ｏｆｆ比とを両立し得たゲート絶縁層を有する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】
【０００７】
本発明の電界効果トランジスタを図面に基づいて説明すると、図１〜３は、各々、本発明の電界効果トランジスタの一実施例を示す縦断面図であり、図１〜３において、本発明の電界効果トランジスタは、支持基板１上に、ゲート絶縁層３と、該ゲート絶縁層３により隔離されたゲート電極２及び有機半導体層４と、該有機半導体層４に接して設けられたソース電極５及びドレイン電極６とを有してなり、その構造は特に限定されず、代表的には、図１に示されるボトムゲート・ボトムコンタクト型、図２に示されるボトムゲート・トップコンタクト型、図３に示されるトップゲート・ボトムコンタクト型等が挙げられる。
【０００８】
＜ゲート絶縁層＞
電界効果トランジスタにおいて、ゲート絶縁層は、ソース電極及びドレイン電極とゲート電極のオーバーラッピング領域、並びにゲート電極上のチャネル領域が電気的絶縁領域として維持する機能を有するものである。尚、ここで、電気的絶縁とは、電気伝導度が１０-9Ｓ／ｃｍ以下のことを言う。
【０００９】
そして、本発明においては、そのゲート絶縁層が、溶液の塗布、乾燥により形成され、且つ、吸水量が０．６５ｍｇ／ｃｍ3 以下のポリマーを含有するゲート絶縁層であることを必須とし、吸水量が０．６０ｍｇ／ｃｍ3 以下のものが好ましく、０．５５ｍｇ／ｃｍ3 以下のものが更に好ましい。特に好ましくは０．５０ｍｇ／ｃｍ3 以下、最も好ましくは０．４５ｍｇ／ｃｍ3 以下である。吸水量が前記範囲超過では、電界効果トランジスタとしての電界効果移動度とＯｎ／Ｏｆｆ比とを両立し得ないこととなる。尚、ここで、吸水量は、ポリマー溶液の塗布、乾燥により形成された薄膜について、カールフィッシャー法により測定したものである。
【００１０】
本発明において、そのポリマーとしては、ポリイミドが好ましい。ポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの開環重付加反応によってポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を重合し、更に脱水環化することにより得られるものであり、本発明においては、そのテトラカルボン酸二無水物とジアミンが共に脂肪族化合物である脂肪族ポリイミド、及び、そのテトラカルボン酸二無水物とジアミンが共に芳香族化合物である芳香族ポリイミド等のいずれも用いられる。例えば、前者脂肪族ポリイミドは、絶縁層が１０〜２００ｎｍ程度の薄膜で、高い誘電率が要求されない場合に適し、又、後者芳香族ポリイミドは、絶縁層が２００ｎｍより厚い膜で、高い誘電率が要求される場合に適する。又、そのテトラカルボン酸二無水物又は／及びジアミンが弗素原子を含有する弗素原子含有ポリイミドが好ましい。
【００１１】
又、その弗素原子含有ポリイミドにおいて、弗素原子の含有率は、ポリイミド全量に対して、５重量％以上であるのが好ましく、１０重量％以上であるのが更に好ましい。尚、ここで、弗素原子含有率とは、弗素原子を含有する構成繰返し単位は無論、共重合或いは混合等によって弗素原子を含有しないポリイミドを含有する場合における弗素原子を含有しない構成繰返し単位も含めた全量の平均値を言うこととする。又、構成繰返し単位には、例えば、水酸基、アミノ基、カルバモイル基、スルホ基、スルファモイル基、及び、活性水素、プロトン遊離水素等を出し得る基等の極性基を有さないのが好ましく、有しているとしても、構成繰返し単位当たりの平均個数として、１個以下であるのが好ましい。ゲート絶縁層に含有されるポリマーが極性基を有する場合、該層中及び層表面に水分の付着を引き起こし易くなり、それにより、例えば、後述するポリチオフェン等のπ共役系有機半導体材料においては、水分によりドーピングが起こり、オフ電流が増大する傾向となる。
【００１２】
本発明において、好適に用いられる弗素原子含有ポリイミドの構成繰返し単位の具体例を以下に示す。
【００１３】
【化１】
2005303271.tif 000002
【００１４】
【化２】
2005303271.tif 000003
【００１５】
【化３】
2005303271.tif 000004
【００１６】
【化４】
2005303271.tif 000005
【００１７】
尚、以上の具体例において、「Ｒ」は、例えば、以下の構造等を示し、又、「ｎ」は、１〜２５の整数である。
【００１８】
【化５】
2005303271.tif 000006
【００１９】
又、本発明におけるポリマーとしては、ガラス転移点が８０℃以上であるのが好ましく、１００℃以上であるのが更に好ましい。ガラス転移点が前記範囲より低いと、流動性が大きすぎて、他の層の積層時や加熱時に軟化してゲート絶縁層としての膜厚の不均一や表面の凹凸等が発生し易く、絶縁層を維持し難い傾向となる。尚、後述する支持基板等のゲート絶縁層形成時における下層を溶解しない溶媒に可溶で、且つ、有機半導体層等の上層の形成時における溶剤に侵食されない耐溶剤性を有することが望ましい。
【００２０】
又、本発明において、前記ポリマーを含有するゲート絶縁層としては、ゲート電極への漏れ電流、電界効果トランジスタの低ゲート電圧駆動に関係することから、室温での電気伝導度が１０-9Ｓ／ｃｍ以下であるのが好ましく、１０-14 Ｓ／ｃｍ以下であるのが更に好ましく、又、比誘電率が２．０以上であるのが好ましく、２．５以上であるのが更に好ましい。
【００２１】
本発明における前記ゲート絶縁層は、例えば、スピンコーティング、溶液キャスティング、スタンプ印刷、スクリーン印刷、又はジェット印刷等の公知の方法で溶液処理し、乾燥させることにより形成される。
【００２２】
又、前記ゲート絶縁層の厚みは、４μｍ以下であるのが好ましく、２μｍ以下であるのが更に好ましく、１μｍ以下であるのが特に好ましい。又、０．０１μｍ以上であるのが好ましく、０．１μｍ以上であるのが更に好ましく、０．２μｍ以上であるのが特に好ましい。
【００２３】
＜支持基板＞
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁層以外の構成材料自体には特に制限はなく、従来の電界効果トランジスタに用いられているものを用いることができる。
【００２４】
本発明における支持基板の材料としては、電界効果トランジスタ及びその上に作成される表示素子、表示パネル等を支持できるものであればよく、公知のガラス、ポリシロキサン等の無機基板、及び各種有機ポリマー等の有機基板が挙げられるが、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルスルフォン、エポキシ樹脂、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリパラバン酸、ポリシルセスキオキサン、及びポリオレフィン等のビニル系ポリマー等の有機ポリマーが好適である。中で、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリパラバン酸等の縮合系ポリマーや、ポリビニルフェノール等の架橋体が耐熱性や耐溶剤性の点から好ましく、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾールが更に好ましく、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、又はポリイミドが特に好ましい。尚、支持基板の材料としては、これらポリマー同士のブレンド物であってもよく、又、必要に応じて、充填材、添加剤等を含んでいてもよい。
【００２５】
又、支持基板の材料としては、ガラス転移点が４０℃以上であるのが好ましい。ガラス転移点が４０℃より低いと、流動性が大きすぎて、他の層の積層時や加熱時に軟化して基板を維持し難い傾向となる。又、線膨張係数が２５×１０-5ｃｍ／ｃｍ・℃以下であるのが好ましく、１０×１０-5ｃｍ／ｃｍ・℃以下であるのが更に好ましい。線膨張係数が２５×１０-5ｃｍ／ｃｍ・℃より大きいと、支持基板製造時の熱処理において寸法変化を起こし易く、電界効果トランジスタとしてトランジスタ性能が安定しない傾向となる。又、電界効果トランジスタ作製時の使用溶媒に対して耐溶剤性を示すものが好ましく、前記ゲート絶縁層や電極との密着性が高いものが好ましい。
【００２６】
又、前記支持基板の厚みは、１０ｍｍ以下であるのが好ましく、２ｍｍ以下であるのが更に好ましく、１ｍｍ以下であるのが特に好ましい。又、０．０１ｍｍ以上であるのが好ましく、０．０５ｍｍ以上であるのが更に好ましい。例えば、有機ポリマーの基板の場合は、０．０５〜０．１ｍｍ程度とし、ガラス、シリコン等の基板の場合は、０．１〜１０ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００２７】
＜有機半導体層＞
本発明における有機半導体層を構成する有機半導体としては、π共役系の低分子及び高分子であれば、公知のもののいずれをも用いることができ、例えば、可溶性のペンタセン、置換基を有するオリゴチオフェン、ビスジチエノチオフェン、置換基を有するジアルキルアントラジチオフェン、可溶性のフラーレン、フタロシアニンやポルフィリン等の大環状化合物等のπ共役系低分子、及び、レジオレギュラーポリ（３- ヘキシルチオフェン）に代表されるレジオレギュラーポリ（３- アルキルチオフェン）、ポリ- ９，９’- ジアルキルフルオレンコビチオフェン等のπ共役系共重合体等のπ共役系高分子が挙げられる。大環状化合物としては銅フタロシアニン、パーフルオロ銅フタロシアニン、テトラベンゾポルフィリン及びその金属塩が挙げられる。
【００２８】
これらπ共役系低分子及び高分子の中でも、有機半導体層としての、ソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度が１０-4Ｓ／ｃｍ以下、１０-12 Ｓ／ｃｍ以上を示すものが好ましく、１０-6Ｓ／ｃｍ以下、１０-11 Ｓ／ｃｍ以上を示すものが更に好ましく、１０-7Ｓ／ｃｍ以下、１０-10 Ｓ／ｃｍ以上を示すものが特に好ましい。又、これらπ共役系低分子及び高分子の中でも、有機半導体層としての、電界効果移動度とソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度、及び電荷素量から求めたキャリア密度が１０7 ／ｃｍ3 以上、１０18／ｃｍ3 以下を示すものが好ましく、１０8 ／ｃｍ3 以上、１０17／ｃｍ3 以下を示すものが更に好ましい。又、これらπ共役系低分子及び高分子の中でも、有機半導体層としての、電界効果移動度の室温以下での温度依存性から求められる電荷移動に要する活性化エネルギーが０．２ｅＶ以下を示すものが好ましく、０．１ｅＶ以下を示すものが更に好ましい。
【００２９】
本発明における前記有機半導体層は、例えば、スピンコーティング、スタンプ印刷、スクリーン印刷、又はジェット印刷等の公知の方法で溶液処理し、乾燥させることにより形成される。
【００３０】
又、前記有機半導体層の膜厚は、１ｎｍ以上であるのが好ましく、１０ｎｍ以上であるのが更に好ましい。又、１０μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以下であるのが更に好ましく、５００ｎｍ以下であるのが特に好ましい。
【００３１】
＜ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極＞
本発明におけるゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の構成材料としては、導電性を示すものであればよく、公知のもののいずれをも用いることができ、例えば、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属、ＩｎＯ2 、ＳｎＯ2 、ＩＴＯ等の導電性金属酸化物、樟脳スルホン酸がドープされたポリアニリン、パラトルエンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン等の、ドープされた導電性高分子、及び、カーボンブラック、グラファイト粉、金属微粒子等がバインダーに分散されてなる導電性複合材料等が挙げられる。
【００３２】
本発明におけるゲート電極、ソース電極、ドレイン電極は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等により形成され、又、そのパターンニング方法としては、例えば、フォトレジストのパターニングとエッチング液や反応性のプラズマでのエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれらの手法を複数組み合わせた手法等が挙げられる。又、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去することや材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを形成することも可能である。
【００３３】
これらゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の厚みは、０．０１μｍ以上であるのが好ましく、０．０２μｍ以上であるのが更に好ましい。又、２μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以下であるのが更に好ましい。
【００３４】
尚、ソース電極、ドレイン電極は、ソース電極−ドレイン電極間距離（チャンネル長さＬ）を通常１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下とし、チャンネル幅Ｗを通常２，０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下とし、Ｌ／Ｗを通常０．１以下、好ましくは０．０５以下として形成される。
【００３５】
＜その他の層＞
本発明の電界効果トランジスタの基本的な構造は、以上の前記支持基板上に、前記ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離された前記ゲート電極及び前記有機半導体層と、該有機半導体層に接して設けられた前記ソース電極及び前記ドレイン電極と有するものであり、その代表的な構造例としては図１〜３に示すようなものが挙げられるが、本発明の電界効果トランジスタは、図１〜３に示す構造の電界効果トランジスタに何ら限定されず、前記の層以外の層が更に形成されていてもよい。
【００３６】
例えば、図１、図２に示される電界効果トランジスタのように、有機半導体層が表出している電界効果トランジスタにあっては、有機半導体層に対する外気の影響を最小限にするために、その上に更に保護層が形成されていてもよく、その場合、保護層の材料としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等の有機ポリマーや酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の酸化物や窒化物等の無機物が挙げられる。尚、保護層の形成方法としては、塗布法や真空蒸着法等が挙げられる。
【００３７】
＜電界効果トランジスタ＞
本発明の電界効果トランジスタは、電界効果移動度が１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ以上を有するのが好ましく、１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ以上を有するのが更に好ましい。又、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は、アプリケーションに依存するが、一般的には、１０2 以上を有するのが好ましく、１０3 以上を有するのが更に好ましく、１０4 以上を有するのが特に好ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
耐熱ガラス板（フルウチ化学社製、２．５ｃｍ×２．５ｃｍ）を支持基板とし、この上を幅１．２ｍｍのシャドーマスクで覆い、真空蒸着機（ウルバック社製「ＥＸ−４００」）にて、真空度を１０-6Ｔｏｒｒとして、アルミニウムを１，０００Åの厚さで蒸着することによりゲート電極を形成した。この上に、５重量％濃度でＮ−メチルピロリドンに溶解させ、０．２μｍのフィルターで濾過した以下の示すポリイミド前駆体（ポリイミドとしての弗素原子含有率３０重量％）溶液を２ｍｌ展開し、３，０００ｒｐｍで１２０秒間スピンコートし、乾燥させた後、１５０℃で１０分間、２００℃で２時間、及び３００℃で６時間の加熱処理を行うことにより、ボリイミドからなるゲート絶縁層を形成した。膜厚計（Ｔｅｎｃｏｒ社製「Ａｌｐｈａ−Ｓｔｅｐ５００」）で測定した膜厚は８，０００Åであった。
【００４０】
【化６】
2005303271.tif 000007
【００４１】
次いで、このゲート絶縁層上に、下記構造式で表されるテトラビシクロポルフィリンを窒素雰囲気下、室温においてクロロホルムに溶解させて作製した０．７重量％クロロホルム溶液を１，０００ｒｐｍでスピンコートし、乾燥させて層を形成した後、２１０℃で５分間加熱処理して半導体層に変換して有機半導体層を形成し、引き続いて、この有機半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成するためチャネル（Ｌ：１，０００μｍ、Ｗ：２５μｍ）のシャドーマスクで覆い、金を１，０００Åの厚さで蒸着することにより、図２に示される構造の電界効果トランジスタを作製した。
【００４２】
【化７】
2005303271.tif 000008
【００４３】
得られた電界効果トランジスタについて、以下に示す方法で、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、４．０×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び１．８×１０3 であった。
【００４４】
＜電界効果移動度、Ｏｎ／Ｏｆｆ比＞
半導体パラメーターアナライザー（Ａｇｉｌｅｎｔ社製「４１５５」）を用いて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図４）、算出した。
【００４５】
尚、ここで得られたゲート絶縁層について、以下に示す方法で、吸水量を測定したところ、０．４２ｍｇ／ｃｍ3 であった。
【００４６】
＜吸水量＞
前記耐熱ガラス板を２等分し、その一方に、１０重量％濃度で脱水クロロホルムに溶解させ、０．２μｍのフィルターで濾過したポリイミド前駆体溶液を２ｍｌ展開し、５００ｒｐｍで１２０秒間スピンコートし、乾燥させた後、前記と同様に加熱処理して膜厚１０μｍの絶縁層を形成し、その絶縁層の吸水量をカールフィッシャー法にて、残り半分のガラス板をリファレンスとして測定した。
【００４７】
比較例１
実施例１において、ポリイミド前駆体を、ポリイミド前駆体（ジェーエスアール社製「オプトマーＡＬ３０４６」、ポリイミドとしての弗素原子含有率０重量％）に変更した以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。尚、ゲート絶縁層の膜厚は９，０００Åであった。得られた電界効果トランジスタについて、前記と同様の方法で、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図５）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、８．０×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び５．５×１０2 であった。又、ここで得られたゲート絶縁層について、前記と同様の方法で、吸水量を測定したところ、８．５ｍｇ／ｃｍ3 であった。
【００４８】
比較例２
実施例１において、ポリイミド前駆体を、以下に示すポリイミド前駆体（ポリイミドとしての弗素原子含有率０重量％））に変更した以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。尚、ゲート絶縁層の膜厚は９，０００Åであった。得られた電界効果トランジスタについて、前記と同様の方法で、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図６）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、１．０×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び７．５×１０2 であった。又、ここで得られたゲート絶縁層について、前記と同様の方法で、吸水量を測定したところ、０．６７ｍｇ／ｃｍ3 であった。
【００４９】
【化８】
2005303271.tif 000009
【００５０】
実施例２
実施例１において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、レジオレギュラーポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）（Ａｌｄｒｉｃｈ社製、重量平均分子量８７，０００）を１５ｍｇ／ｍｌとなるように調整したクロロホルム溶液に変更し、有機半導体層とした以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図７）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、１．１×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び６．３×１０3 であった。
【００５１】
比較例３
比較例１において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、レジオレギュラーポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）（Ａｌｄｒｉｃｈ社製、重量平均分子量８７，０００）を１５ｍｇ／ｍｌとなるように調整したクロロホルム溶液に変更し、有機半導体層とした以外は、比較例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図８）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、４．２×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び９．０×１０であった。
【００５２】
比較例４
比較例２において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、レジオレギュラーポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）（Ａｌｄｒｉｃｈ社製、重量平均分子量８７，０００）を１５ｍｇ／ｍｌとなるように調整したクロロホルム溶液に変更し、有機半導体層とした以外は、比較例２と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図９）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、１．０×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び３．６×１０2 であった。
【００５３】
実施例３
実施例１において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ａｌｔ−ビチオフェン）の０．５重量％クロロホルム溶液に変更し、１６０℃で３０分間、窒素中で加熱処理して半導体層に変換した以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図１０）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、５．４×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び３．１×１０3 であった。
【００５４】
比較例５
比較例１において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ａｌｔ−ビチオフェン）の０．５重量％クロロホルム溶液に変更し、１６０℃で３０分間、窒素中で加熱処理して半導体層に変換した以外は、比較例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図１１）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、３．３×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び３．５×１０2 であった。
【００５５】
比較例６
比較例２において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ａｌｔ−ビチオフェン）の０．５重量％クロロホルム溶液に変更し、１６０℃で３０分間、窒素中で加熱処理して半導体層に変換した以外は、比較例２と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図１２）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、４．３×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び８．５×１０2 であった。
【００５６】
実施例４
実施例１において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、ジヘキシルヘキサチオフェンの０．１重量％メチシレン溶液に変更し、有機半導体層とした以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図１３）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、３．２×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び６．８×１０2 であった。
【００５７】
比較例７
比較例１において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、ジヘキシルヘキサチオフェンの０．１重量％メチシレン溶液に変更し、有機半導体層とした以外は、比較例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図１４）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、３．５×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び７．５×１０2 であった。
【００５８】
比較例８
比較例２において、テトラビシクロポフィリンのクロロホルム溶液を、ジヘキシルヘキサチオフェンの０．１重量％メチシレン溶液に変更し、有機半導体層とした以外は、比較例２と同様にして電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め（図１５）、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、３．２×１０-3ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び７．５×１０2 であった。
【００５９】
実施例５
実施例１において、ポリイミド前駆体を、以下に示すポリイミド前駆体（ポリイミドとしての弗素原子含有率２９重量％））に変更した以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。尚、ゲート絶縁層の膜厚は９，０００Åであった。得られた電界効果トランジスタについて、前記と同様の方法で、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、２．８×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び２．５×１０3 であった。又、ここで得られたゲート絶縁層について、前記と同様の方法で、吸水量を測定したところ、０．４１ｍｇ／ｃｍ3 であった。
【００６０】
【化９】
2005303271.tif 000010
【００６１】
実施例６
実施例１において、ポリイミド前駆体を、以下に示すポリイミド前駆体（ポリイミドとしての弗素原子含有率１６重量％））に変更した以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。尚、ゲート絶縁層の膜厚は９，０００Åであった。得られた電界効果トランジスタについて、前記と同様の方法で、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、５．４×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び１．５×１０3 であった。又、ここで得られたゲート絶縁層について、前記と同様の方法で、吸水量を測定したところ、０．４０ｍｇ／ｃｍ3 であった。
【００６２】
【化１０】
2005303271.tif 000011
【００６３】
実施例７
実施例１において、ポリイミド前駆体を、以下に示すポリイミド前駆体（ポリイミドとしての弗素原子含有率１７重量％））に変更した以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。尚、ゲート絶縁層の膜厚は９，０００Åであった。得られた電界効果トランジスタについて、前記と同様の方法で、ゲート電圧印加時の電圧−電流曲線を求め、電界効果移動度、及びＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、それぞれ、６．２×１０-2ｃｍ2 ／Ｖｓ、及び２．５×１０3 であった。又、ここで得られたゲート絶縁層について、前記と同様の方法で、吸水量を測定したところ、０．３９ｍｇ／ｃｍ3 であった。
【００６４】
【化１１】
2005303271.tif 000012
【００６５】
実施例８
４インチガラスマスクウェハー基板（表面研磨、ユニバーサル社製）上に、ネガ型フォトレジストＺＰＮ１１００（日本ゼオン社製）を用いて、フォトリソグラフィーを行い、クロムを１０００Åの厚さで真空蒸着(真空度：１０-6Ｔｏｒｒ）した。次いで、不要と
なったレジストパターンを有機溶剤を用いて除去し、さらに表面をエキシトラン洗浄液（メルク社製）を用いて超音波洗浄を行ってガラスウェハー上にクロムゲート電極がパターニングされた基板を作製した。
この上に実施例1で使用したポリイミド前駆体溶液を２ｍＬ展開し、３０００ｒｐｍ，
１２０ｓｅｃの間スピンコートを行い、製膜を行った。このポリイミド前駆体フィルムを窒素中で３００℃まで徐々に加熱してイミド化を行い、ポリイミド絶縁膜を作製した。膜厚計（Ａｌｐｈａ−Ｓｔｅｐ５００：Ｔｅｎｃｏｒ社製）で絶縁膜の膜厚を測定した結果、９０００Åであった。この絶縁膜のキャパシタンスをアジレントテクノロジー社製電気測定器４２８４Ａで測定したところ、２．８４×１０-9Ｆ／ｃｍ2であった。
このポリイミド絶縁膜上に再びネガ型フォトレジストＺＰＮ１１００（日本ゼオン社製）を用いて、フォトリソグラフィーを行いソース・ドレイン電極のパターニングを行った。このパターンに真空蒸着機ＥＸ−４００（アルバック社製、真空度：１０-6Ｔｏｒｒ）を用いてクロムを１００Å、金を１０００Åの厚さで蒸着を行った。次いで、不要となったレジストパターンを有機溶剤で除去、洗浄してボトムコンタクト基板を作製した。
次いで、下記化合物７ｍｇを２５℃でクロロホルム１ｇに溶解させ、０．２μｍのフィルターでろ過して調整した溶液をを上記で作製したポリイミド絶縁膜付きボトムコンタクト基板上に１０００ｒｐｍでスピンコートし薄膜を作製した。この基板を２１０℃で５ｍｉｎ加熱処理を行い、半導体層に変換を行い、電界効果トランジスタを作製した。この電界効果トランジスタをアジレントテクノロジー社製半導体パラメータアナライザー４１５５Ｃを用いて測定し、電圧−電流曲線を求めて移動度、ＶｔとＯｎ／Ｏｆｆ比を算出した結果、０．１５ｃｍ2／Ｖｓ、３．４Ｖと１．４×１０3となった。
【００６６】
【化１２】
2005303271.tif 000013
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の電界効果トランジスタは、ディスプレーのアクティブマトリクスのスイッチング素子として利用することができる。これは、ゲート電極に印加される電圧でソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングできることを利用して、ある表示素子に電圧を印加或いは電流を供給する時のみスイッチを入れ、その他の時間は回路を切断することにより、高速、高コントラストな表示を行うものである。適用される表示素子としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電気泳動表示素子、エレクトロルミネッセンス素子、エレクトロクロミック素子等が挙げられる。
【００６８】
特に、本発明の電界効果トランジスタは、低温プロセスでの素子作製が可能であり、プラスチック等の高温処理に耐え難い基板を用いることができ、又、塗布或いは印刷プロセスでの素子作製が可能であることから、大面積のディスプレーへの応用にも適している。又、従来のアクディブマトリクスの代替としても、省エネルギー、低コストプロセスの可能な素子として有利である。
【００６９】
又、トランジスタを集積することにより、デジタル素子やアナログ素子が実現できる。これらの例としては、ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＡＮＤ、ＮＯＴ等の論理回路、メモリー素子、発振素子、増幅素子等が挙げられる。更にこれらを組み合わせることにより、ＩＣカードやＩＣタグ等を作製することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の電界効果トランジスタの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の電界効果トランジスタの一実施例を示す縦断面図である。
【図３】本発明の電界効果トランジスタの一実施例を示す縦断面図である。
【図４】実施例１の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図５】比較例１の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図６】比較例２の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図７】実施例２の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図８】比較例３の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図９】比較例４の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１０】実施例３の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１１】比較例５の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１２】比較例６の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１３】実施例４の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１４】比較例７の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１５】比較例８の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１６】実施例５の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１７】実施例６の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１８】実施例７の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【図１９】実施例８の電界効果トランジスタにおける電圧−電流曲線である。
【符号の説明】
【００７１】
１   支持基板
２   ゲート電極
３   ゲート絶縁層
４   有機半導体層
５   ソース電極
６   ドレイン電極
【図１】
2005303271.tif 000014
【図２】
2005303271.tif 000015
【図３】
2005303271.tif 000016
【図４】
2005303271.tif 000017
【図５】
2005303271.tif 000018
【図６】
2005303271.tif 000019
【図７】
2005303271.tif 000020
【図８】
2005303271.tif 000021
【図９】
2005303271.tif 000022
【図１０】
2005303271.tif 000023
【図１１】
2005303271.tif 000024
【図１２】
2005303271.tif 000025
【図１３】
2005303271.tif 000026
【図１４】
2005303271.tif 000027
【図１５】
2005303271.tif 000028
【図１６】
2005303271.tif 000029
【図１７】
2005303271.tif 000030
【図１８】
2005303271.tif 000031
【図１９】
2005303271.tif 000032