(57)【要約】【課題】ゲート電極からのリーク電流を低減することができる有機トランジスタを提供する。【解決手段】基板１、一対のソース電極４とドレイン電極５、ソース電極４とドレイン電極５間に設けられる有機半導体層６、及び有機半導体層６にゲート絶縁層３を介して設けられるゲート電極２を備える有機トランジスタであって、ゲート絶縁層３は有機絶縁層３ａ及び無機バリア層３ｂを少なくとも含む積層構造であることを特徴とする有機トランジスタ。【選択図】図１
2007099690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は有機絶縁層及び無機バリア層を少なくとも含む積層構造であることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁層は前記ゲート電極側から順に前記有機絶縁層及び前記無機バリア層が積層されることを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート絶縁層は前記ゲート電極側から順に１層目の前記有機絶縁層、前記無機バリア層、及び２層目の前記有機絶縁層が積層されることを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート絶縁層は前記ゲート電極側から順に前記無機バリア層及び前記有機絶縁層が積層されることを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項５】
前記無機バリア層は無機高分子材料を加熱処理、ＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって変換した無機材料を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項６】
前記無機高分子材料はポリメタロキサン又はポリシラザンであることを特徴とする請求項５に記載された有機トランジスタ。
【請求項７】
前記無機バリア層は金属酸化物及び／又は金属窒化物を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項８】
前記無機バリア層は、表面平均粗さが０．１〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項９】
前記無機バリア層は、厚さが５〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項１０】
基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタを製造する方法であって、
前記ゲート絶縁層を形成する工程では、有機絶縁層及び無機バリア層を少なくとも含む積層構造を形成することを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁層は前記有機絶縁層及び前記無機バリア層を順に積層して形成されることを特徴とする請求項１０に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記ゲート絶縁層は１層目の前記有機絶縁層、前記無機バリア層及び２層目の前記有機絶縁層を順に積層して形成されることを特徴とする請求項１０に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記ゲート絶縁層は前記無機バリア層及び前記有機絶縁層を順に積層して形成されることを特徴とする請求項１０に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記無機バリア層は、下地となる層上に無機高分子材料を塗布し、前記無機高分子材料を加熱処理、ＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって無機材料に変換して形成されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記無機高分子材料がポリメタロキサン又はポリシラザンであることを特徴とする請求項１４に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記加熱処理を４００℃以下で行うことを特徴とする請求項１４又は１５に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
金属酸化物及び／又は金属窒化物を含む前記無機バリア層を下地となる層上に真空プロセスを用いて形成することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記無機バリア層の表面平均粗さを０．１〜５０ｎｍで形成することを特徴とする請求項１０から１７のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記無機バリア層の厚さを５〜７００ｎｍで形成することを特徴とする請求項１０から１８のいずれか１項に記載された有機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、有機トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機トランジスタは、フレキシブルで塗布形成可能な有機材料を用いることが可能でありディスプレイの駆動素子やＩＣタグへの応用が期待される。ＭＯＳ−ＦＥＴ（metal
oxide semiconductor field-effect transistor）構造の有機トランジスタは、基板上にゲ
ート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を備え、ソース電極とドレイン電極間にゲート電極からゲート絶縁層を介して電圧を印加し、有機半導体層に流れる電流を制御する。【０００３】
また、近年、有機ＴＦＴ（thin film transistor）の研究が盛んに行われており、その応用の一例として、有機半導体自体の柔軟性及び樹脂基板の適用によってフレキシブルディスプレイへの応用が期待されている。有機ＴＦＴの半導体層としては、主に蒸着による成膜が多く、その中でも最も研究されているペンタセンは、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上とアモルファスシリコンと同等かそれ以上の性能を示しており、有機半導体素子としてのさらなる応用が期待されている。【０００４】
また、有機ＴＦＴのメリットを最大限に活かそうと、低コストプロセスを念頭に、印刷技術など塗布による有機ＴＦＴの形成が試みられており、高分子半導体であるポリアルキルチオフェンやペンタセン前駆体などの低分子を塗布により成膜するなどの試みがなされている。また、半導体層だけではなく、ゲート絶縁層の材料としても塗布で成膜可能な高分子といった溶剤に溶けるような材料が検討されている。【０００５】
特開２００２−１１０９９９号公報には、高分子で高誘電率のゲート絶縁層を形成するために、シアノエチルプルランといったシアノ基含有の高誘電率の高分子材料からなるアモルファス絶縁物に、誘電率の高い金属酸化物の微粒子を分散させたゲート絶縁膜が提案されている。しかし、高誘電率の高分子材料は、一般的に体積抵抗が低い、また大きく分極しているためにキャリアが局在化してしまい、トランジスタの性能が低下し、また表面性が悪い傾向がある。【０００６】
これに対し、特開２００５−７２５６９号公報及び特開２００５−２６６９８号公報では、積層構造のゲート絶縁層を採用して、ゲート電極側の第１層に高誘電率の絶縁層を用い、第２層に低誘電率かつ平坦な高分子材料を用いることによって、高性能の有機トランジスタを提案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ゲート絶縁層が高分子材料からなる場合、ソース電極及びドレイン電極の形成時のエッチング又はリフトオフ工程において、アルカリ現像液や酸のエッチング液などを使用する際、液に含まれるイオン成分がゲート絶縁層中に侵入することがある。また、有機半導体層を塗布で成膜するときに、有機半導体を溶解する溶媒中のイオン成分や、塗布型有機半導体材料を使用する場合では有機半導体中のイオン成分、低分子の塗布型有機半導体ではそれ自体が高分子材料からなるゲート絶縁層中へ浸透することがある。【０００８】
このようにゲート絶縁層中にイオン成分又は有機半導体材料が侵入すると、トランジスタの完成品においてゲート電極からのリーク電流が生じる原因になり、オフ時の電流が大きくなってｏｎ／ｏｆｆ比の低下につながる。【０００９】
ゲート電極からのリーク電流に対する対策として、ＳｉＯ２のような無機材料のゲート絶縁層をスパッタ等で形成する方法があるが、ゲート絶縁層が無機材料のみからなると、フレキシブル基板とした場合に曲げたときにクラックが入るなど曲げ強度に影響するという問題がある。【００１０】
本発明が解決しようとする課題には、上述した問題が一例として挙げられる。【００１１】
そこで、本発明の目的としては、フレキシブル基板へ適用可能であり、ゲート電極からのリーク電流を低減することができる有機トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載された発明は、一対の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間に設けられる有機半導体層と、前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極とを基板上に備える有機トランジスタであって、前記ゲート絶縁層は有機絶縁層及び無機バリア層を少なくとも含む積層構造であることを特徴とする有機トランジスタである。【００１３】
請求項１０に記載された発明は、一対の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間に設けられる有機半導体層と、前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極とを基板上に備える有機トランジスタを製造する方法であって、前記ゲート絶縁層を形成する工程では、有機絶縁層及び無機バリア層を少なくとも含む積層構造を形成することを特徴とする有機トランジスタの製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の有機トランジスタの一例の断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の有機トランジスタの他の例の断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態の有機トランジスタの他の例の断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態の有機トランジスタのトップコンタクト型の例の断面模式図である。
【図５】本発明の実施例１の有機トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２の有機トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３の有機トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における例示が本発明を限定することはない。【００１６】
本発明の有機トランジスタは、基板、一対のソース電極とドレイン電極、このソース電極とドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及びこの有機半導体層にデート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える。ソース電極とドレイン電極間に電圧を印加した状態で、ゲート電極からゲート絶縁層を介して有機半導体層に電圧が印加されることで、有機半導体層にソース電極からドレイン電極へと流れる電流が形成される。【００１７】
本発明は、ゲート絶縁層が有機絶縁層及び無機バリア層の積層構造を少なくとも含む積層構造であることを特徴とする。このような構成によれば、ゲート電極からのリーク電流の通路に無機バリア層があるため、リーク電流の拡散が防止される。【００１８】
すなわち、有機トランジスタにおいてゲート絶縁層には塗布形成可能でフレキシブルな材料として有機材料を含む有機絶縁層が望まれるが、ゲート絶縁層が有機絶縁層のみからなると、ソース電極及びドレイン電極の形成時のイオン成分、また、有機半導体層の形成時の溶剤のイオン成分及び有機半導体自体が、有機絶縁層に侵入する可能性があり、これが原因となってゲート電極からリーク電流が拡散する場合があり、トランジスタのオフ時の電流値を高くすることにつながる。これに対し、本発明のようにゲート絶縁層が有機絶縁層及び無機バリア層の積層構造を含むと、有機絶縁層によってゲート絶縁層の絶縁性及び柔軟性を維持した構成で、ゲート電極からのリーク電流の拡散をゲート絶縁層中の無機バリア層が障壁になって防止するため、ゲート電極からのリーク電流の低減を可能とする。【００１９】
無機バリア層は、有機材料に比べるとリーク電流に対して高いバリア性能を有するとともに、イオン成分や有機半導体材料の成分が侵入しにくいため高いバリア性能を良好に維持することができ、リーク電流の拡散を効果的に防止することができる。また、無機バリア層は、後述するように塗布形成可能であり、工程を簡略化することもできる。【００２０】
有機トランジスタの一例としては、図１に示すように、基板１上にゲート電極２が形成され、ゲート電極２上にゲート絶縁層３が形成され、ゲート絶縁層３上に一対のソース電極４及びドレイン電極５が互いに離れて形成され、その上にソース電極４及びドレイン電極５間の領域でゲート絶縁層３に接するように有機半導体層６が形成される。【００２１】
図１に示すゲート絶縁層３は、ゲート電極２側から順に有機絶縁層３ａ及び無機バリア層３ｂが積層されたものである。このような構成では、有機絶縁層３ａによって絶縁性を維持するとともに、無機バリア層３ｂによってゲート電極２からのリーク電流の拡散を防止することができる。また、ゲート絶縁層３全体としては、無機バリア層３ｂは比較的薄いため有機絶縁層の柔軟性によって曲げ強度が高くなる。また、有機絶縁層３ａ及び無機バリア層３ｂをともに塗布プロセスを用いて形成することで、工程を簡略化し低コスト化することができる。【００２２】
また、本発明のゲート絶縁層の他の形態としては、図２に示すように、ゲート電極２側から順に１層目の有機絶縁層３ａ、無機バリア層３ｂ及び２層目の有機絶縁層３ｃが積層されたものである。このように、２層の有機絶縁層３ａ、３ｃの間に無機バリア層３ｂを設けた構成においても、ゲート電極２からのリーク電流の拡散を防止することができる。２層の有機絶縁層３ａ、３ｃとしては、ともに同じ有機材料を用いてもよいし、それぞれ異なる有機材料を用いてもよい。例えば、ゲート電極側の１層目の有機絶縁層３ａに比較的高誘電率の有機材料を用い、有機半導体層側の２層目の有機絶縁層３ｃに液晶の配光などの機能を有する材料を用いることで、それぞれの機能を発揮させることができる。【００２３】
また、本発明のゲート絶縁層の他の形態としては、図３に示すように、ゲート電極２側から順に無機バリア層３ｂ及び有機絶縁層３ａが積層されたものである。このように、ゲート電極２側に無機バリア層３ｂを設けても、ゲート電極２からのリーク電流の拡散を防止することができる。また、無機バリア層３ｂを高誘電率の材料で形成し、有機絶縁層３ａを低誘電率の材料で形成することで、高性能のトランジスタ構造を可能とする。【００２４】
また、トップコンタクト型の有機トランジスタの例では、図４に示すように、基板１上に順にゲート電極２、有機絶縁層３ａ、無機バリア層３ｂ、有機半導体層６を形成し、有機半導体層６上にソース電極４とドレイン電極５を互いに離して形成する。このような構成でもゲート電極からのリーク電流を無機バリア層で防ぐことができる。【００２５】
なお、本発明のゲート絶縁層は上述した形態に限定されることはなく、有機絶縁層及び無機バリア層の積層数、積層順、及び種類は適宜変更可能である。【００２６】
ゲート絶縁層の無機バリア層としては、主成分として無機材料を含有し、リーク電流に対してバリア性能を発揮するものである。無機バリア層は塗布プロセス又は真空プロセスによって形成されることが好ましい。【００２７】
無機バリア層は、ゲート電極、有機絶縁体層又は有機半導体層など下地となる層上に無機高分子材料を塗布し、この無機高分子材料を加熱処理、ＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって無機材料に変換して形成することができる。このような無機高分子材料としては、Ｍ−Ｏ−Ｓｉ（Ｍは金属）結合を含むポリメタロキサン又はＳｉ−Ｎ結合を含むポリシラザン等が挙げられる。ポリメタロキサンの一例としてはＭがＳｉであるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含むポリシロキサン、又はＴｉを含むポリチタノメタロキサンが挙げられ、これらを用いて加熱処理を行うことで酸化ケイ素及び／又は酸化チタンを主成分として含有する無機材料を得ることができる。このような塗布プロセスによれば、無機バリア層の誘電率は２．０からＴｉＯ２の一般的な誘電率である４８までとなる。なお、これらの無機高分子材料をＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン層の組合せによって無機材料に変換することもできる。【００２８】
また、無機高分子材料の加熱処理の処理温度は、好ましくは４００℃以下、より好適には２００℃以下である。この温度を超えると、無機バリア層の形成前に既に有機絶縁層や有機導電体層などの有機材料が形成されている場合や、基板に樹脂基板を用いる場合に、これらの有機材料が熱によって変質してしまうことがある。【００２９】
また、無機高分子材料の塗布方法としてはスピンコートやディップコートなどが挙げられる。必要であれば、無機高分子材料を１−ブタノールなどの溶媒に溶解させて塗布する。【００３０】
このように形成される無機バリア層は、リーク電流に対してバリア性能を発揮するため、ゲート電極からのリーク電流の拡散を防止し、高性能の有機トランジスタを提供することができる。また、無機バリア層は塗布で形成可能であるため低コストで均質な膜を形成することができ、低温での加熱処理、又は加熱処理に変わってＵＶ処理やＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって形成可能であるため、下層の有機材料への熱的なダメージを防止する。【００３１】
また、無機バリア層は、真空蒸着法、真空スパッタ法又はＣＶＤ法などの真空プロセスによって形成することができる。このような真空プロセスによれば、酸化ケイ素などの金属酸化物又は窒化ケイ素などの金属窒化物などを含有する無機膜を形成することができる。真空プロセスによれば均質で緻密な無機膜を形成することができる。【００３２】
無機バリア層の表面平均粗さは、０．１ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好適には１．５ｎｍ以下が好ましく、この範囲に満たない粗さは均質に作製することが難しく、この範囲を超えると無機バリア層に接する層の材料に影響を及ぼし、トランジスタ性能が低下することがある。【００３３】
無機バリア層の厚さは、５ｎｍ以上７００ｎｍ以下、好適には５００ｎｍ以下が好ましく、この範囲より薄いと分子レベルの厚みが５ｎｍ程度であることを考慮すると均質な層を形成することが難しくなり、この範囲を超えるとゲート絶縁層に許容される厚みが１μｍ程度であることを考慮すると有機絶縁層に対する無機バリア層の割合が多くなり有機絶縁層の特性を活かすことができなくなる。【００３４】
ゲート絶縁層の有機絶縁層としては、絶縁性を有する有機材料を含み、好ましくは塗布成形可能でフレキシブルな材料である。また、図１に示す例のように有機絶縁層の形成後にソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を形成する場合には、ソース電極及びドレイン電極を形成する際のイオン成分や、有機半導体層を形成する際の溶剤及び有機半導体自体などに対する耐性を有する有機材料を有機絶縁層として用いることが望ましい。さらに、工程での熱処理などに耐性を有するものが望ましい。【００３５】
このような有機絶縁層の一例として、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）とメラミン誘導体の混合物を硬化したものが挙げられる。なお、これらの高分子材料は耐溶剤性及び耐熱性があれば必ずしも硬化させる必要はない。その他、ポリイミド、ポリシルセスキオキサン、ビスベンゾシクロブテン等が挙げられる。【００３６】
有機絶縁層の形成方法としては塗布法が挙げられる。例えば、ＰＶＰとメラミン誘導体の混合物などの高分子材料を溶剤に溶かして下地となる層に塗布し、適宜乾燥を行った後に適宜硬化する。【００３７】
有機絶縁層の厚さは、５０ｎｍ〜１μｍが好ましく、層厚が薄すぎると動作中にゲートリークする可能性があり、層厚が厚いと電界効果が小さくなり動作中に高電圧が必要となる。【００３８】
このように形成される有機絶縁層の誘電率は２．０〜１８となる。【００３９】
次に、具体的なゲート絶縁層の形成方法としては、図１に示す有機トランジスタを形成するためには、基板１上にゲート電極２を形成した後に、ゲート電極２上に絶縁性を有する有機材料を塗布し、適宜乾燥及び硬化を行って、有機絶縁層３ａを形成し、次いで有機絶縁層３ａ上に無機高分子材料を塗布し下層の有機絶縁層３ａの分解温度未満の加熱処理によって無機高分子材料を無機材料に変換し無機バリア層３ｂを形成する。このような方法では、無機バリア層３ｂを有機絶縁層３ａの分解温度未満で処理可能であるため有機絶縁層３ａを保護して無機バリア層３ｂを形成することができる。また、ゲート絶縁層３の上層は無機バリア層３ｂになるため、この上に形成するソース電極４やドレイン電極５、有機半導体層６の形成時に、無機バリア層３ｂによって有機絶縁層３ａを保護することができる。【００４０】
図２に示す有機トランジスタを形成するためには、前述の方法に従って１層目の有機絶縁層３ａ及び無機バリア層３ｂを形成し、さらに無機バリア層３ｂ上に２層目の有機絶縁層３ｃを１層目と同様の方法で形成する。このような方法では、無機バリア層３ｂを有機絶縁層３ａの分解温度未満で処理可能であるため１層目の有機絶縁層３ａを保護して無機バリア層３ｂを形成することができる。また、２種以上の有機絶縁層を積層する場合に、その間に無機バリア層３ｂを介在させることで、２層目の有機絶縁層３ｃを形成するときに、有機絶縁層間で組成が拡散することを防止できる。【００４１】
図３に示す有機トランジスタを形成するためには、基板１上にゲート電極２を形成した後に、ゲート電極２上に無機高分子材料を塗布し加熱処理によって無機高分子材料を無機材料に変換し無機バリア層３ｂを形成し、次いで無機バリア層３ｂ上に絶縁性を有する有機材料を塗布し、適宜乾燥及び硬化を行って、有機絶縁層３ａを形成する。このような方法では、無機バリア層３ｂの下層がゲート電極２であるため無機バリア層３ｂの処理温度を高めに設定することができる。なお、樹脂基板を用いる場合では、樹脂基板を形成する樹脂の分解温度未満で処理する。【００４２】
なお、基板としては、特に限定されず、ガラス基板などの他、無機バリア層の処理温度を４００℃以下とすることができれば、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＣ（ポリカーボネート）などのプラスチック基板や、ガラスとプラスチックの貼り合わせ基板としてもよく、また、表面にアルカリバリア膜やガスバリア膜がコートされた基板でもよい。【００４３】
また、有機半導体層としては、半導体特性を示す有機材料であればよく、ペンタセンの他、例えば、低分子系材料としては、フタロシアニン系誘導体、ナフタロシアニン系誘導体、アゾ化合物系誘導体、ペリレン系誘導体、インジゴ系誘導体、キナクリドン系誘導体、アントラキノン類などの多環キノン系誘導体、シアニン系誘導体、フラーレン類誘導体、あるいはインドール、カルバゾール、オキサゾール、インオキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ピラゾール、オキサアジアゾール、ピラゾリン、トリアゾールなどの含窒素環式化合物誘導体、ヒドラジン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、スチルベン類、アントラキノンジフェノキノン等のキノン化合物誘導体、ポルフィリン誘導体、アントラセン、ピレン、フェナントレン、コロネンなどの多環芳香族化合物誘導体などが挙げられる。高分子材料としては、ポリパラフェニレン等の芳香族系共役性高分子、ポリアセチレン等の脂肪族系共役性高分子、ポリピノールやポリチオフェン等の複素環式共役性高分子、ポリアニリン類やポリフェニレンサルファイド等の含ヘテロ原子共役性高分子、ポリ（フェニレンビニレン）やポリ（アニーレンビニレン）やポリ（チェニレンビニレン）等の共役性高分子の構成単位が交互に結合した構造を有する複合型共役系高分子等の炭素系共役高分子が挙げられる。また、ポリシラン類やジシラニレンアリレンポリマー類、（ジシラニレン）エテニレンポリマー類、（ジシラニレン）エチニレンポリマー類のようなジシラニレン炭素系共役性ポリマー構造などのオリゴシラン類と炭素系共役性構造が交互に連鎖した高分子類などが挙げられる。他にもリン系、窒素系等の無機元素からなる高分子鎖でも良く、さらにフタロシアナートポリシロキサンのような高分子鎖の芳香族系配位子が配位した高分子類、ペリレンテトラカルボン酸のようなペリレン類を熱処理して縮環させた高分子類、ポリアクリロニトリルなどのシアノ基を有するポリエチレン誘導体を熱処理して得られるラダー型高分子類、さらにペロブスカイト類に有機化合物がインターカレートした複合材料が挙げられる。【００４４】
また、ソース電極及びドレイン電極、又はゲート電極としては、その材料は特に限定されることはなく、十分な導電性があればよい。例えば、Ｃｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｌｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ等の金属単体や積層体、又はこれらの化合物が挙げられる。また、ＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）のような金属酸化物類、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリピロール類等の共役性高分子化合物を含む有機導電材料が挙げられる。【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、基板、一対のソース電極とドレイン電極、ソース電極とドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタにおいて、ゲート絶縁層は有機絶縁層及び無機バリア層を少なくとも含む積層構造であることより、ゲート電極からのリーク電流を低減することができる。【００４６】
また、基板、一対のソース電極とドレイン電極、ソース電極とドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタを製造する方法において、ゲート絶縁層を形成する工程では、有機絶縁層及び無機バリア層を少なくとも含む積層構造を形成することより、ゲート電極からのリーク電流を低減することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明が実施例によって限定されることはない。【００４８】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す有機トランジスタを作製する。本実施例の有機トランジスタの製造方法のフローチャートを図５に示す。【００４９】
ガラス基板１上にゲート電極２としてＣｒを成膜し、エッチングによりパターニングした。【００５０】
このゲート電極２上に、ＰＥＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）中に８ｗｔ％のポリビニルフェノール（Ｍｗ＝２００００）と４ｗｔ％のメチル化ポリメラミン・ホルムアルデヒド共重合体（Ｍｎ＝５１１）を混合した溶液をスピンコート２０００ｒｐｍにより塗布し、１００℃２分で乾燥、２００℃５分で加熱して硬化し、有機絶縁層３ａを形成した。有機絶縁層３ａの厚さはＳＥＭ観察によって測定した結果（以下同じ）、２７０ｎｍであった。【００５１】
次いで、この有機絶縁層３ａ上に、１−ブタノールに溶かしたポリチタノメタロキサンの１０Ｗｔ％溶液をスピンコート１０００ｒｐｍにより塗布し、１００℃２分で乾燥、２００℃５分で加熱して無機膜に変換し、無機バリア層３ｂを形成した。無機バリア層３ｂの厚さは１００ｎｍであった。【００５２】
次いで、この無機バリア層３ｂ上に、真空蒸着でフォトリソグラフィーによりパターニングしたＡｕからなるソース電極４及びドレイン電極５を形成し、この上にペンタセンを真空蒸着法により成膜し有機半導体層６を形成し、有機トランジスタを作製した。【００５３】
（実施例２）
本実施例では、図２に示す有機トランジスタを作製する。本実施例の有機トランジスタの製造方法のフローチャートを図６に示す。以下の説明では本実施例に特徴的な構成について説明し上述した実施例１と共通する構成については説明を省略する。【００５４】
本実施例では、ゲート絶縁層３として、上述の実施例１と同様にゲート電極２上に順に１層目の有機絶縁層３ａ及び無機バリア層３ｂを形成し、さらにこの無機バリア層３ｂ上に１層目と同様の方法で２層目の有機絶縁層３ｃを形成した。１層目の有機絶縁層３ａ、無機バリア層３ｂ及び２層目の有機絶縁層３ｃの厚さはそれぞれ１５０ｎｍ、１００ｎｍ及び１２０ｎｍであった。【００５５】
また、有機半導体層６は、ソース電極４及びドレイン電極５上に、ポリ３−ヘキシルチオフェンのクロロホルム１ｗｔ％溶液をスピンコート１０００ｒｐｍで塗布して形成した。【００５６】
（実施例３）
本実施例では、図３に示す有機トランジスタを作製する。本実施例の有機トランジスタの製造方法のフローチャートを図７に示す。以下の説明では本実施例に特徴的な構成について説明し上述した実施例１及び２と共通する部分については説明を省略する。【００５７】
本実施例では、ゲート絶縁層３として、ゲート電極２上に上述した実施例１と同様の方法で無機バリア層３ｂを形成し、この無機バリア層３ｂ上に上述した実施例１と同様の方法で有機絶縁層３ａを形成した。無機バリア層３ｂ及び有機絶縁層３ａの厚さはそれぞれ１００ｎｍ及び２７０ｎｍであった。また、有機半導体層６は、ソース電極４及びドレイン電極５上に、実施例２と同様の方法で形成した。【００５８】
（比較例１）
比較例１は、不図示であるが、上述した実施例１において、ゲート絶縁体層が無機バリア層を含まずに有機絶縁層のみからなるものであり、その他の構成は実施例１と同様であるため省略する。有機絶縁層の厚さは３７０ｎｍであった。【００５９】
（比較例２）
比較例２は、不図示であるが、上述した実施例２において、ゲート絶縁体層が無機バリア層を含まずに有機絶縁層のみからなるものであり、その他の構成は実施例２と同様であるため省略する。有機絶縁層の厚さは３７０ｎｍであった。【００６０】
上述の実施例及び比較例のプロセス後のゲートリーク電流を評価した結果を表１に示す。
【表１】
2007099690.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、実施例１〜３の無機高分子材料を無機化した膜を無機バリア層として含むゲート絶縁層では、プロセス後のゲートリーク電流が減少していることがわかる。【００６２】
以上、本発明の具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り様々な変形が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとって自明なことである。従って、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図１】
2007099690.tif 000004
【図２】
2007099690.tif 000005
【図３】
2007099690.tif 000006
【図４】
2007099690.tif 000007
【図５】
2007099690.tif 000008
【図６】
2007099690.tif 000009
【図７】
2007099690.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月25日(2007.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極側から順に１層目の有機絶縁層、無機バリア層、及び、前記１層目の有機絶縁層とは異なる種類の材料からなる２層目の有機絶縁層が積層された積層構造であることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記無機バリア層は無機高分子材料を加熱処理、ＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって変換した無機材料を含むことを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項６】
前記無機高分子材料はポリメタロキサン又はポリシラザンであることを特徴とする請求項５に記載された有機トランジスタ。
【請求項７】
前記無機バリア層は金属酸化物及び／又は金属窒化物を含むことを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項８】
前記無機バリア層は、表面平均粗さが０．１〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１，５から７のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項９】
前記無機バリア層は、厚さが５〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１，５から８のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項１０】
基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタを製造する方法であって、
前記ゲート絶縁層を形成する工程では、１層目の有機絶縁層、無機バリア層及び、前記１層目の有機絶縁層とは異なる材料からなる２層目の有機絶縁層を順に積層して積層構造を形成することを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
前記無機バリア層は、下地となる層上に無機高分子材料を塗布し、前記無機高分子材料を加熱処理、ＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって無機材料に変換して形成されることを特徴とする請求項１０に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記無機高分子材料がポリメタロキサン又はポリシラザンであることを特徴とする請求項１４に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記加熱処理を４００℃以下で行うことを特徴とする請求項１４又は１５に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
金属酸化物及び／又は金属窒化物を含む前記無機バリア層を下地となる層上に真空プロセスを用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記無機バリア層の表面平均粗さを０．１〜５０ｎｍで形成することを特徴とする請求項１０，１４から１７のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記無機バリア層の厚さを５〜７００ｎｍで形成することを特徴とする請求項１０，１４から１８のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
、前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極側から順に１層目の有機絶縁層、無機バリア層、及び、前記１層目の有機絶縁層とは異なる種類の材料からなる２層目の有機絶縁層が積層された積層構造であることを特徴とする有機トランジスタである。
［００１３］
請求項１０に記載された発明は、一対の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間に設けられる有機半導体層と、前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極とを基板上に備える有機トランジスタを製造する方法であって、前記ゲート絶縁層を形成する工程では、１層目の有機絶縁層、無機バリア層及び、前記１層目の有機絶縁層とは異なる材料からなる２層目の有機絶縁層を順に積層して積層構造を形成することを特徴とする有機トランジスタの製造方法である。
図面の簡単な説明
［００１４］
［図１］本発明の実施の形態の有機トランジスタの一例の断面模式図である。
［図２］本発明の実施の形態の有機トランジスタの他の例の断面模式図である。
［図３］本発明の実施の形態の有機トランジスタの他の例の断面模式図である。
［図４］本発明の実施の形態の有機トランジスタのトップコンタクト型の例の断面模式図である。
［図５］本発明の実施例１の有機トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
［図６］本発明の実施例２の有機トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
［図７］本発明の実施例３の有機トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
発明を実施するための最良の形態
［００１５］
以下、本発明に係る実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における例示が本発明を限定することはない。
［００１６］
本発明の有機トランジスタは、基板、一対のソース電極とドレイン電極、このソース電極とドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及びこの有機半導体層にデート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える。ソース電極とドレイン電極間に電圧を印加した状態で、ゲート電極からゲート絶縁層を介して有機半導体層に電圧が印加されることで、有機半導体層にソース電極からドレイン電極へと流れる電流が形成される。
［００１７］
本発明は、ゲート絶縁層が有機絶縁層及び無機バリア層の積層構造を少なくとも含む積層構造であることを特徴とする。このような構成によれば、ゲート電極からのリ
【国際調査報告】
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