(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接触抵抗を低減し、有機半導体層の寿命を延ばす有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る有機トランジスタの製造方法は、ソース電極３０と、ドレイン電極４０と、ソース電極３０とドレイン電極４０との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層６０とを備える有機トランジスタの製造方法であって、基板１００上に、無機材料からなるソース電極３０と、無機材料からなるドレイン電極４０とを形成する工程と、ソース電極３０、又は、ドレイン電極４０の少なくともいずれかの表面にドーピングされた有機材料からなる中間層を形成する工程と、中間層の表面の一部に、有機半導体層６０を形成する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料からなるソース電極と、無機材料からなるドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層とを備える有機トランジスタの製造方法であって、
基板上に、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とを形成する工程と、
前記ソース電極、又は、前記ドレイン電極の少なくともいずれかの表面に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を形成する工程と、
前記中間層の表面の一部に、前記有機半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項２】
無機材料からなるソース電極と、無機材料からなるドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層とを備える有機トランジスタの製造方法であって、
基板上に、前記ソース電極、又は、前記ドレイン電極を形成する工程と、
前記形成されたソース電極、又は、前記形成されたドレイン電極の表面に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記基板上に前記ソース電極が形成されている場合は、前記有機半導体層上に、前記ドレイン電極を形成し、前記基板上に前記ドレイン電極が形成されている場合は、前記有機半導体層上に、前記ソース電極を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項３】
無機材料からなるソース電極と、無機材料からなるドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層とを備える有機トランジスタの製造方法であって、
基板上に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層の表面の一部に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、前記ソース電極、又は、前記ドレイン電極を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記中間層を形成する工程において、少なくとも酸素を含む雰囲気中で、紫外線を照射した後に、前記中間層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記紫外線を照射することにより、前記ソース電極の表面の接触角、及び、前記ドレイン電極の表面の接触角を、前記ソース電極及び前記ドレイン電極以外の他の表面の接触角よりも小さくすることを特徴とする請求項４に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記中間層を形成する工程において、前記紫外線を照射する前に、撥水性材料を前記基板上の表面に形成することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項７】
無機材料からなるソース電極と、無機材料からなるドレイン電極と、ゲート電極と、前記ゲート電極により前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層とを備える有機トランジスタであって、
ドーピングされた有機材料からなり、且つ、前記ソース電極と前記有機半導体層との間に形成される第１の中間層と、
ドーピングされた有機材料からなり、且つ、前記ドレイン電極と前記有機半導体層との間に形成される第２の中間層との少なくともいずれかを備えることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項８】
前記有機半導体層の主成分と、前記第１の中間層の主成分、又は、前記第２の中間層の主成分とは、同じであることを特徴とする請求項７に記載の有機トランジスタ。
【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有機トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機トランジスタを構成する有機半導体層としては、電子又は正孔の移動度の高いペンタセンやポリチオフェン系などの有機材料が、用いられている。また、有機トランジスタを構成するソース電極及びドレイン電極としては、導電性を確保するために、金やアルミニウムなどの金属が用いられている。
【０００３】
しかし、ソース電極、ドレイン電極と有機半導体層との界面においては、仕事関数の差によって、生じる電位障壁、密着性、表面状態に由来する接触抵抗が大きく有機半導体層の高駆動電圧化を招くという問題点があった。
【０００４】
そこで、ソース電極と有機半導体層との間に、アルカリ金属弗化物層を備え、且つ、ドレイン電極と有機半導体層との間に、アルカリ金属弗化物層を備えた有機トランジスタが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる有機トランジスタによると、ソース電極と有機半導体層との間に、金属のフェルミ準位と有機化合物の最高非漸近軌道との間の大きなエネルギーの差による金属から有機化合物への電子の供給の非効率性を改善するために、ドレイン電極と有機半導体層との間に、電子メディエータとして、アルカリ金属弗化物層を形成し、ソース電極から有機半導体層への電子の供給、及び、有機半導体層からドレイン電極への電子の排出の効率を向上し、有機トランジスタの動作特性を向上することができると考えられていた。
【特許文献１】特開２００３−２９８０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かかる有機トランジスタによると、ソース電極、ドレイン電極と、有機半導体層とのエネルギー準位の差による電子注入障壁の大きさの差を低減できるが、アルカリ金属弗化物層と有機半導体層との材料の違いによる表面エネルギーの差は、依然として大きいと考えられていた。このため、アルカリ金属弗化物層と接触する有機半導体層表面における密着性は、依然として十分ではなく、接触抵抗を小さくすることに限界があった。その結果、有機トランジスタの短寿命化を招いていた。その原因として、有機半導体層表面に集まったキャリアが、電子的な障壁として機能することにより、有機半導体層の特性を劣化させ、極端な場合は、有機半導体層の破壊に至ることが考えられる。つまり、アルカリ金属弗化物層と有機半導体層との界面に生じる電位障壁が依然として高く、接触抵抗が大きいという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、ソース電極、又は、ドレイン電極と有機半導体層との密着性を高め、接触抵抗を低減することにより駆動電圧を低減し、また、有機半導体層の寿命を延ばす有機トランジスタ及び有機トランジスタ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】
【０００７】
本発明に係る有機トランジスタの第１の特徴は、無機材料からなるソース電極と、無機材料からなるドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層とを備える有機トランジスタの製造方法であって、基板上に、ソース電極と、ドレイン電極とを形成する工程と、ソース電極、又は、ドレイン電極の少なくともいずれかの表面にドーピングされた有機材料からなる中間層を形成する工程と、中間層の表面の一部に、有機半導体層を形成する工程とを含むことを要旨とする。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、無機材料からなるソース電極と、無機材料からなるドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層とを備える有機トランジスタの製造方法であって、基板上に、ソース電極、又は、ドレイン電極を形成する工程と、形成されたソース電極、又は、形成されたドレイン電極の表面に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を形成する工程と、中間層上に、有機半導体層を形成する工程と、基板上にソース電極が形成されている場合は、有機半導体層上に、ドレイン電極を形成し、基板上にドレイン電極が形成されている場合は、有機半導体層上にソース電極を形成する工程とを含むことを要旨とする。
【０００９】
本発明の第３の特徴は、無機材料からなるソース電極と、無機材料からなるドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層とを備える有機トランジスタの製造方法であって、基板上に、有機半導体層を形成する工程と、有機半導体層の表面の一部にドーピングされた有機材料からなる中間層を形成する工程と、中間層上に、ソース電極、又は、ドレイン電極を形成する工程とを含むことを要旨とする。
【００１０】
かかる第１乃至第３の特徴によれば、有機トランジスタは、有機半導体層と、ソース電極、ドレイン電極との間にドーピングされた有機材料からなる中間層を備えることにより、有機半導体層との表面エネルギーの差が小さく、導電性の高い層を備えることができる。中間層は、有機半導体層とのイオン化ポテンシャルの差が小さい材料を選ぶことにより、有機半導体層と高い密着性を有する接合を実現することができるため、有機半導体層との接触抵抗を低減することができる。また、中間層は、ドーピングされた有機材料であるため、ソース電極又はドレイン電極との界面において、電子濃度又は正孔濃度を大きく向上させる。これにより、中間層は、ソース電極又はドレイン電極とオーミック接触することができ、ソース電極又はドレイン電極との接触抵抗を低減することができる。その結果、有機半導体層の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【００１１】
本発明の第１又は第２の特徴において、中間層を形成する工程において、少なくとも酸素を含む雰囲気中で、紫外線を照射した後に、中間層を形成する工程を含んでもよい。
【００１２】
かかる特徴によれば、酸素に紫外線を照射することにより、活性な高濃度のオゾン及び活性酸素が発生し、発生したオゾン及び活性酸素は、付着した油分及び炭化水素系成分を分解又は除去する。油分及び炭化水素系成分を分解又は除去された表面は、更に親水性になるため、ドーピングされた有機材料と更に接合しやすくなる。従って、マスク等を用いずに、例えば、ドーピングされた有機材料を水などの極性有機溶媒に溶かして溶液として塗布する場合、少なくともソース電極、又は、ドレイン電極のいずれかに、選択的に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を形成することができるため、有機トランジスタの製造を容易にし、且つ、有機トランジスタのパターンの微細化を向上することができる。
【００１３】
本発明の第１又は第２の特徴において、紫外線を照射することにより、ソース電極の表面の接触角、及び、ドレイン電極の表面の接触角を、ソース電極及びドレイン電極以外の他の表面の接触角よりも小さくしてもよい。例えば、紫外線を照射することにより、ソース電極及びドレイン電極以外の他の表面の接触角を２０度以上に保ったまま、ソース電極の表面の接触角、及び、ドレイン電極の表面の接触角を１０度以下にしてもよい。
【００１４】
かかる特徴によればソース電極、及び、ドレイン電極の表面の接触角は、ソース電極及びドレイン電極以外の他の表面の接触角よりも小さくし、且つ、ソース電極及びドレイン電極以外の他の表面の接触角との差をより大きくすることにより、ソース電極及びドレイン電極の表面は、ソース電極及びドレイン電極以外の他の表面よりも更に親水性の高い状態となるため、例えば、ドーピングされた有機材料を水などの極性有機溶媒に溶かして溶液として塗布する場合、ソース電極、ドレイン電極との接合力を更に向上することができる。
【００１５】
本発明の第１又は第２の特徴において、中間層を形成する工程において、紫外線を照射する前に、撥水性材料を基板上の表面に形成する工程を更に含んでもよい。
【００１６】
かかる特徴によれば、紫外線を照射する前に、基板上の表面を撥水性にすることにより、撥水性になる表面と、紫外線を照射することにより親水性になる表面との表面エネルギーの差をより大きくすることができる。これにより、更に容易に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を選択的に形成することができる。
【００１７】
本発明の第４の特徴は、無機材料からなるソース電極と、無機材料からなるドレイン電極と、ゲート電極と、ゲート電極によりソース電極とドレイン電極との間に電子又は正孔を流す経路となる有機半導体層とを備える有機トランジスタであって、ドーピングされた有機材料からなり、且つ、ソース電極と有機半導体層との間に形成される第１の中間層と、ドーピングされた有機材料からなり、且つ、ドレイン電極と前記有機半導体層との間に形成される第２の中間層との少なくともいずれかを備えることを要旨とする。
【００１８】
かかる第４の特徴によれば、有機トランジスタは、有機半導体層と、ソース電極、ドレイン電極との間にドーピングされた有機材料からなる中間層を備えることにより、有機半導体層との表面エネルギーの差が小さい層を備えることができる。これにより、中間層は、有機半導体層と高い密着性を有する接合を実現することができるため、有機半導体層との接触抵抗を低減することができる。また、中間層は、ドーピングされた有機材料であるため、ソース電極又はドレイン電極との界面において、電子濃度又は正孔濃度を大きく向上させる。これにより、中間層は、ソース電極又はドレイン電極とオーミック接触することができ、ソース電極又はドレイン電極との接触抵抗を低減することができる。その結果、駆動電圧を低下し、有機半導体層の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【００１９】
第４の特徴において、有機半導体層の主成分と、第１の中間層の主成分、又は、第２の中間層の主成分とは、同じであってもよい。
【００２０】
かかる特徴によれば、第１の中間層又は第２の中間層の主成分と、有機半導体層の主成分とは、同じであることにより、第１の中間層と有機半導体層との接合力、又は、第２の中間層と有機半導体層との接合力を向上することができる。
【発明の効果】
【００２１】
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接触抵抗を低減し、有機半導体層の寿命を延ばす有機トランジスタ及び有機トランジスタ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】
【００２２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意するべきである。  したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 
＜第１実施形態＞
（有機トランジスタ）
図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の第１実施形態に係る有機トランジスタについて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る有機トランジスタの平面図を示す。図１（ｂ）は、本発明の第本実施形態に係る有機トランジスタの断面構造を示す。
【００２３】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態にかかる有機トランジスタは、基板１００上にゲート電極１０と、ゲート絶縁膜２０と、ソース電極３０と、ドレイン電極４０と、第１の中間層５０ａと、第２の中間層５０ｂと、有機半導体層６０とを備える。
【００２４】
かかる有機トランジスタは、基板１００上に、ゲート電極１０と、無機材料からなるソース電極３０と、無機材料からなるドレイン電極４０と、ソース電極３０の表面に、ドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５０ａと、ドレイン電極４０の表面に、ドーピングされた有機材料からなる第２の中間層５０ｂと、第１の中間層５０ａの表面の一部、第２の中間層５０ｂの表面の一部、基板１００上に有機半導体層６０とを備えるボトムコンタクト・ボトムゲート型の有機トランジスタである。
【００２５】
かかる有機トランジスタを構成する構成要素について、更に説明する。
【００２６】
基板１００は、ポリエステルやポリイミド基板などによって形成されたフレキシブル基板である。
【００２７】
ゲート電極１０は、有機半導体層６０に、ソース電極３０からドレイン電極４０までの電子又は正孔の経路を発生させる。ゲート電極１０は、基板１００上に、導電性のシリコン基板によって形成されている。
【００２８】
ゲート絶縁膜２０は、ゲート電極１０の端部を除く部分を覆うようにゲート電極１０上に、５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ2によって形成されている。ゲート絶縁膜２０は、ＳｉＯ2に限られず、絶縁性の材料であれば、無機材料、有機材料のどちらでもよい。
【００２９】
具体的には、ゲート絶縁膜２０は、無機材料であれば、シリコン酸化物、窒化物、タンタル酸化物、チタン酸化物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バリウム酸化物、ニオブ酸化物、モリブデン酸化物、鉛酸化物、ジルコニウム酸化物、複数の金属元素を含む酸化物、金属元素を含む窒化物等により形成されてもよい。無機材料は、誘電率の高いものがより好ましい。ゲート絶縁膜２０は、有機材料であれば、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルフェノール、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、パリレン（ポリバラキシレン）、ポリプロピレン、ポリビニルカルバゾール、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレン、ポリオレフィン系材料、含フッ素ポリマー、含窒素ポリマーなどの高分子材料により形成されてもよい。なお、有機材料は、高分子に限らず、絶縁性の有機材料であればよい。
【００３０】
ソース電極３０は、ゲート絶縁膜２０上の一部から、ゲート絶縁膜２０の側面、基板１００上までに、２ｍｍの幅ｗ、４０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有する無機材料によって形成されている。
【００３１】
ドレイン電極４０は、ゲート絶縁膜２０上の一部から、ゲート絶縁膜２０の側面、基板１００上までに、２ｍｍの幅ｗ、４０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有する無機材料によって形成されている。
【００３２】
具体的には、ソース電極３０及びドレイン電極４０は、無機材料であればよく、例えば金等の金属や、ＺｎＯにより形成されている。
【００３３】
ソース電極３０及びドレイン電極４０の幅ｗは、数１０μｍ〜数ｍｍである。また、ソース電極３０とドレイン電極４０との間の距離であるチャンネル長Ｌは、０．１ｍｍである。チャンネル長Ｌは、１μｍ〜２００μｍである。ソース電極３０及びドレイン電極４０の幅ｗに対するチャンネル長Ｌの比であるｗ／Ｌは、１０〜１０００の範囲であることが好ましい。  
ドレイン電極４０は、ゲート絶縁膜２０上でソース電極３０に略対向する領域に、形成されている。
【００３４】
第１の中間層５０ａは、ソース電極３０と有機半導体層６０との間に、ドーピングされた有機材料として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ３、４−置換チオフェン／ポリスチレンスルホン酸、以下ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと示す）により形成されている。
【００３５】
第２の中間層５０ｂは、ドレイン電極４０と有機半導体層６０との間に、ドーピングされた有機材料として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳにより形成されている。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、共役系高分子材料であるポリユチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）に、酸化剤としての機能を有するポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）をドープすることにより、ＰＥＤＯＴ中のチオフェンの一部から電子が引き抜かれ、電気的に中性なチオフェンと正電荷に帯電したチオフェンとが、混在し、繋がっている状態の高分子である。かかる状態を作ることにより、電気的に中性な状態に比べて、飛躍的に導電性を上げることが可能である。
【００３６】
第１の中間層５０ａ及び第２の中間層５０ｂを形成するドーピングされた有機材料は、有機半導体層６０におけるソース電極３０からドレイン電極４０までの経路が電子の経路であるか、正孔の経路であるかによって異なるため、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに限られない。
【００３７】
かかる経路が正孔の経路である場合、第１の中間層５０ａ及び第２の中間層５０ｂを形成するドーピングされた有機材料は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの化学ドープされた有機材料、酸化剤によりドープされた有機材料、又は、正孔の注入性を促進する有機材料である。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの化学ドープされた有機材料としては、例えば、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリアニリンなどの共役系高分子に、ヨウ素、 パークロレート、塩化鉄、スルホン酸含有化合物等のドープ剤をドープすることにより、同様の材料を得ることができる。また、ドープされる材料は、高分子材料に限られず、導電性を向上させるものであれば上述の限りではない。酸化剤によりドープされた有機材料としては、例えば、ヨウ素、過塩素、塩化鉄等によりドープされた有機材料を用いることができる。正孔の注入性を促進する有機材料としては、例えば、チオフェン系材料、フェニルアミン系材料、フタロシアニン系材料、ポルフィリンケイ系材料、金属錯体系材料、フルオロカーボン系材料等を用いることができる。
【００３８】
かかる経路が電子の経路である場合、第１の中間層５０ａ及び第２の中間層５０ｂを形成するドーピングされた有機材料は、金属ドープされた有機材料又は、電子輸送性を促進する有機材料である。金属ドープされた有機材料としては、例えば、リチウム、バリウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム等によりドープされた有機材料を用いることができる。電子輸送性を促進する有機材料としては、例えば、ペリレン系材料、フェナントロリン系材料、バソキュプロイン系材料、金属錯体系材料、オキサゾール系材料、オキサジアゾール系材料、トリアゾール系材料等を用いることができる。
【００３９】
有機半導体層６０は、ゲート絶縁膜２０上のソース電極３０とドレイン電極４０との間に、有機半導体材料により形成されている。例えば、有機半導体層６０は、ゲート絶縁膜２０上で、ソース電極３０とドレイン電極４０との一部を覆い、ソース電極３０とドレイン電極４０との間に、ゲート絶縁膜２０からの厚みが１００ｎｍになるように形成される。有機半導体層６０は、形成されている。有機半導体層６０の厚みは、数ｎｍ〜数μｍであることにより、ソース電極３０からドレイン電極４０までの電子又は正孔の経路として機能することができる。有機半導体層６０の厚みは、数１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが、より好ましい。有機半導体層６０の主成分は、第１の中間層５０ａの主成分と、第２の中間層５０ｂの主成分と同じであることが、好ましい。例えば、有機半導体層６０の主成分がポリチオフェンであれば、第１の中間層５０ａと、第２の中間層５０ｂとは、ドープされたポリチオフェンであり、有機半導体層６０の主成分がペンタセンであれば、第１の中間層５０ａと、第２の中間層５０ｂとは、ドープされたペンタセンであることが好ましい。
【００４０】
（有機トランジスタの製造方法）
以下、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、本実施形態に係る有機トランジスタの製造方法において行われる工程について説明する。
【００４１】
図２（ａ）に示すように、基板１００上に、ソース電極３０と、ドレイン電極４０とを形成する電極形成工程を行う。具体的には、電極形成工程において、第１に、基板１００上に、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０を順に形成する。第２に、真空蒸着により、４０〜３００ｎｍの厚み、２ｍｍの幅ｗを有する無機材料からなるソース電極３０及びドレイン電極４０を形成する。なお、ソース電極３０とドレイン電極４０との間の距離Ｌは、０．１ｍｍとする。
【００４２】
図２（ｂ）に示すように、電極形成工程の次に、ソース電極３０及びドレイン電極４０の表面にドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５０ａ及び第２の中間層５０ｂを形成する中間層形成工程を行う。具体的には、中間層形成工程において、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳをソース電極３０の表面及びドレイン電極４０の表面に塗布することにより、ソース電極３０の表面に第１の中間層５０ａと、ドレイン電極４０の表面に第２の中間層５０ｂとを形成する。
【００４３】
図２（ｃ）に示すように、中間層形成工程の次に、第１の中間層５０ａ上と、第２の中間層５０ｂ上と、基板１００上とに、有機半導体層６０を形成する有機半導体層形成工程を行う。具体的には、真空蒸着により、少なくともソース電極３０及びドレイン電極４０の一部を覆うように、１００ｎｍの厚みを有するペンタセンにより有機半導体層６０を形成する。
【００４４】
なお、本実施形態の中間層形成工程において、撥水性材料を基板１００上の表面に形成する撥水処理工程、少なくとも酸素を含む雰囲気中で、紫外線を照射するＵＶオゾン処理工程を含み、ＵＶオゾン処理工程の後に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を形成しても良い。
【００４５】
具体的には、撥水処理工程は、紫外線を照射する前に、ソース電極３０及びドレイン電極４０を備えた基板１００をプラズマ処理装置に入れて、ＣＦ４ガスにより、基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０、ソース電極３０、ドレイン電極４０の露出する表面に撥水性の材料を形成する。撥水性の材料として、例えば、フッ素化樹脂、汎用の高分子材料等を用いることができる。
【００４６】
撥水性の材料であるフッ素化樹脂の表面エネルギーは、２０ｍＮ／ｍ以下、汎用の高分子材料の表面エネルギーは、３０〜５０ｍＮ／ｍである。表面エネルギーの小さい材料は、分子の対称性が高く、双極子モーメントが小さく、極性も小さいため、水などに濡れにくい撥水性の材料として機能する。
【００４７】
それに対して、親水性の材料である金属として、例えば、アルミニウムの表面エネルギーは、５００ｍＮ／ｍ、銅の表面エネルギーは、１１００ｍＮ／ｍ、金の表面エネルギーは、１７００ｍＮ／ｍ、鉄の表面エネルギーは、２０００ｍＮ／ｍであり、非常に高い値を示す。
【００４８】
なお、酸化物の表面エネルギーは、様々であり、例えば、ＳｉＯ2では、約７０ｍＮ／ｍであり、有機物と金属との中間の値を示す。
【００４９】
ＵＶオゾン処理工程は、ドーピングされた有機材料からなる中間層を形成する前に、ソース電極３０及びドレイン電極４０を備えた基板１００をＵＶオゾン処理装置に入れて、少なくとも酸素を含む雰囲気中で、紫外線を照射することにより、ソース電極３０の表面の接触角、及び、ドレイン電極４０の表面の接触角を、ソース電極３０及びドレイン電極４０以外の基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０の露出する表面の接触角よりも小さくする。また、ソース電極３０の表面の接触角、及び、ドレイン電極４０の表面の接触角と、ソース電極３０及びドレイン電極４０以外の基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０の露出する表面の接触角との差を大きくする。
【００５０】
例えば、ＳＡＭＣＯ製ＵＶオゾン処理装置（ＵＶ／Ｏ3洗浄装置、ＵＶ−１）を用いて、基板温度が５０度、酸素流量が１Ｌ/ｍｉｎになるような条件で、紫外線を５分間照射することにより、基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０の露出する表面の接触角を２０度以上に保ったまま、ソース電極３０の表面の接触角、及び、ドレイン電極４０の表面の接触角を、約５度に調整することができる。
【００５１】
なお、本実施形態における接触角は、接触角計（協和界面化学株式会社製）を用いて、基板１００と、ゲート電極１０と、ゲート絶縁膜２０と、ソース電極３０と、ドレイン電極４０と表面状態が同じである試料に純水の滴を垂らして、滴の接触部分が試料に対して作る角度を測定した。
【００５２】
（作用・効果）
本実施形態によれば、有機トランジスタは、ソース電極３０と有機半導体層６０との間にドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５０ａを備えることにより、有機半導体層６０との表面エネルギーの差が小さい層を備えることができる。これにより、第１の中間層５０ａは、有機半導体層６０との接触性、密着性が向上し、オーミック接触を実現しやすくなるため、有機半導体層６０との接触抵抗を低減することができる。また、第１の中間層５０ａは、ドーピングされた有機材料であるため、ソース電極３０との界面において、電子濃度又は正孔濃度を大きく向上させる。これにより、第１の中間層５０ａは、ソース電極３０とオーミック接触することができ、ソース電極３０との接触抵抗を低減することができる。
【００５３】
有機トランジスタは、ドレイン電極４０と有機半導体層６０との間にドーピングされた有機材料からなる第２の中間層５０ｂを備えることにより、有機半導体層６０との表面エネルギーの差が小さい層を備えることができる。第２の中間層５０ｂは、第１の中間層５０ａと同様に、有機半導体層６０との接触抵抗を低減し、且つ、ドレイン電極４０との接触抵抗を低減することができる。
【００５４】
これにより、ソース電極３０、ドレイン電極４０と有機半導体層６０との接触抵抗を低減し、有機半導体層６０の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。その結果、有機トランジスタのしきい値電圧及び、有機トランジスタの動作時の駆動電圧を低減することができる。また、接触抵抗を低減することにより、有機トランジスタに流れる電流値を大きくすることができる。かかる有機トランジスタによれば、接触抵抗を低減することにより、駆動電圧を低減し、ソース電極３０からドレイン電極４０との間に流れる電圧が低い場合でも、十分な電流を得ることができる。
【００５５】
第１の中間層５０ａの主成分と、第２の中間層５０ｂの主成分と、有機半導体層６０の主成分とは、同じであることにより、第１の中間層５０ａと有機半導体層６０との接合力を向上することができ、第２の中間層５０ｂと有機半導体層６０との接合力を向上し、且つ、接触抵抗を低減することができる。これにより、ソース電極３０、ドレイン電極４０と有機半導体層６０との正孔の注入性又は電子輸送性を向上することができる。
【００５６】
本実施形態に係る有機トランジスタの製造方法において、無機材料からなるソース電極３０及び無機材料からなるドレイン電極４０の表面は、基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０の露出する表面と比べて、親水性であるため、例えば、マスク等を用いずに、ドーピングされた有機材料を水などの極性有機溶媒に溶かして溶液として塗布する場合、ソース電極３０、ドレイン電極４０の表面のみに、選択的に第１の中間層５０ａ、第２の中間層５０ｂを形成することができる。
【００５７】
また、中間層形成工程が、ＵＶオゾン処理工程を含む場合は、酸素に紫外線を照射することにより、ソース電極３０及びドレイン電極４０の表面を更に親水性にする。具体的には、不純物に覆われていないソース電極３０及びドレイン電極４０の表面は、極めて親水性が高く、表面エネルギーが高いが、通常の金属表面は、酸化膜中、空気中の油分、炭化水素系成分からなる不純物などによって覆われているため、表面エネルギーが低い。ＵＶオゾン処理工程を含む場合、酸素に紫外線を照射することにより、活性な高濃度のオゾン及び活性酸素が発生する。発生したオゾン及び活性酸素は、ソース電極３０及びドレイン電極４０と反応しやすく、基板１００上に形成されたソース電極３０及びドレイン電極４０の表面に付着した油分及び炭化水素系成分を分解又は除去するため、ソース電極３０及びドレイン電極４０の表面の親水性を向上することができる。
【００５８】
具体的には、紫外線を照射し、ソース電極３０及びドレイン電極４０の表面の接触角を、ソース電極３０及びドレイン電極４０以外の他の表面の接触角よりも小さくすることにより、ソース電極３０及びドレイン電極４０の表面は、ソース電極３０及びドレイン電極４０以外の他の表面よりも、更に親水性の高い状態となる。その結果、ソース電極３０及びドレイン電極４０と、塗布されるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液との接合力は、更に大きくなる。従って、ソース電極３０及びドレイン電極４０に、より容易に選択的に、ドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５０ａ及び第２の中間層５０ｂを形成することができるため、有機トランジスタの製造を容易にし、且つ、有機トランジスタのパターンの微細化を向上することができる。
【００５９】
また、中間層形成工程が、撥水処理工程を含むことで、撥水性になる基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０の露出する表面と、紫外線を照射することにより親水性になるソース電極３０、ドレイン電極４０の表面との表面エネルギーの差をより大きくすることができる。
【００６０】
これにより、更に容易に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を選択的に形成することができる。
【００６１】
＜第２実施形態＞
（有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法）
以下、本発明の第２実施形態に係る有機トランジスタについて図３（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００６２】
なお、以下において、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。
【００６３】
第１実施形態においては、基板１００上にゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０を順に形成した後に、ソース電極３０、ドレイン電極４０、第１の中間層５０ａ、第２の中間層５０ｂ、有機半導体層６０を順に形成することにより、有機トランジスタを形成している。
【００６４】
一方、第２実施形態においては、ゲート絶縁膜２１、ゲート電極１１の形成の順番が、第１実施形態と異なる。
【００６５】
具体的には、第２実施形態においては、基板１０１上に、ソース電極３１、ドレイン電極４１、第１の中間層５１ａ、第２の中間層５１ｂ、有機半導体層６１を順に形成した後に、ゲート絶縁膜２１、ゲート電極１１を順に形成している。
【００６６】
第２実施形態にかかる有機トランジスタは、最上層にゲート電極１１と、有機半導体層６１の下部にソース電極３１と、ドレイン電極４１とを備えるボトムコンタクト・トップゲート型の有機トランジスタである。
【００６７】
なお、本実施形態の中間層形成工程において、撥水性材料を基板１０１上の表面に形成する撥水処理工程、少なくとも酸素を含む雰囲気中で、紫外線を照射するＵＶオゾン処理工程を含み、ＵＶオゾン処理工程の後にドーピングされた有機材料を塗布することにより第１の中間層５１ａ及び第２の中間層５１ｂを形成しても良い。
【００６８】
（作用・効果）
第１実施形態の有機トランジスタと同様に、本実施形態に係る有機トランジスタによれば、ソース電極３１及びドレイン電極４１と、有機半導体層６１との間に、第１の中間層５１ａ及び第２の中間層５１ｂを備える。
【００６９】
これにより、ソース電極３１、ドレイン電極４１と有機半導体層６１との接触抵抗を低減することにより、駆動電圧を抑制し、また、有機半導体層６１の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【００７０】
また、本実施形態に係る有機トランジスタは、第１実施形態の有機トランジスタと同様に、ボトムコンタクト型の有機トランジスタであるため、中間層形成工程において、第１の中間層５１ａ、第２の中間層５１ｂをソース電極３１及びドレイン電極４１の表面に形成する。
【００７１】
すなわち、中間層形成工程が、ＵＶオゾン処理工程を含むことにより、マスク等を用いずに、ドーピングされた有機材料を含む水溶液を基板１０１全体に塗布するだけで、ソース電極３１及びドレイン電極４１のみに、選択的にドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５１ａ及び第２の中間層５１ｂを形成することができるため、有機トランジスタの製造が容易で、且つ、有機トランジスタのパターンの微細化を向上することができる。
【００７２】
また、中間層形成工程が、撥水処理工程を含むことで、更に容易に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を選択的に形成することができる。
【００７３】
＜第３実施形態＞
（有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法）
以下、本発明の第３実施形態に係る有機トランジスタについて図４（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００７４】
なお、以下において、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。
【００７５】
第１実施形態においては、基板１００上にゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０を順に形成した後に、ソース電極３０、ドレイン電極４０、第１の中間層５０ａ、第２の中間層５０ｂ、有機半導体層６０を順に形成することにより、有機トランジスタを形成している。
【００７６】
一方、第３実施形態においては、ソース電極３２、ドレイン電極４２、第１の中間層５２ａ、第２の中間層５２ｂ、有機半導体層６２の形成の順番が、第１実施形態と異なる。
【００７７】
具体的には、第３実施形態においては、基板１０２上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜２２を順に形成した後に、有機半導体層６２、第１の中間層５２ａ、第２の中間層５２ｂ、ソース電極３２、ドレイン電極４２を順に形成している。
【００７８】
第３実施形態にかかる有機トランジスタは、基板１０２上に、ゲート電極１２と、ゲート電極１２上に有機半導体層６２と、有機半導体層６２の表面の一部に、第１の中間層５２ａ、第２の中間層５２ｂと、第１の中間層５２ａ上に無機材料からなるソース電極３０と、第２の中間層５２ｂ上に無機材料からなるドレイン電極４２とを備えるトップコンタクト・ボトムゲート型の有機トランジスタである。
【００７９】
図４（ａ）、（ｂ）を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る有機トランジスタの製造において行われる工程について更に説明する。
【００８０】
第３実施形態においては、有機半導体層形成工程、中間層形成工程、電極形成工程の順に行われる。
【００８１】
基板１０２上に、有機半導体層６２を形成する有機半導体層形成工程を行う。
【００８２】
具体的には、有機半導体層形成工程において、第１に、基板１０２上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜２２を順に形成する。第２に、真空蒸着により、少なくともゲート電極１２上に相当するゲート絶縁膜２２上に、有機半導体層６２を形成する。
【００８３】
有機半導体形成工程の次に、有機半導体層６２の表面の一部に、ドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５２ａを、表面の一部と離れた他の一部に、ドーピングされた有機材料からなる第２の中間層５２ｂを形成する中間層形成工程を行う。
【００８４】
なお、中間層を形成する前に、少なくとも酸素を含む雰囲気中で、紫外線を照射するＵＶオゾン処理工程を含んでもよい。
【００８５】
中間層形成工程の次に、第１の中間層５２ａ上に、ソース電極３２を、第２の中間層５２ｂ上に、ドレイン電極４２を形成する電極形成工程を行う。
【００８６】
（作用・効果）
第１実施形態の有機トランジスタと同様に、本実施形態に係る有機トランジスタによれば、ソース電極３２、ドレイン電極４２と、有機半導体層６２との間に、第１の中間層５２ａ及び第２の中間層５２ｂを備えることにより、ソース電極３２、ドレイン電極４２と有機半導体層６２との接触抵抗を低減することにより、駆動電圧を抑制し、また有機半導体層６１の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【００８７】
また、本実施形態に係る有機トランジスタの製造方法において、中間層形成工程が、ＵＶオゾン処理工程を含む場合、マスク等を用いることにより、有機半導体層６２の露出した表面は、油分及び炭化水素系成分を分解又は除去され、親水性になるため、塗布される有機材料と更に接合しやすくなる。
【００８８】
＜第４実施形態＞
（有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法）
以下、本発明の第４実施形態に係る有機トランジスタについて図５（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００８９】
なお、以下において、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。
【００９０】
第１実施形態においては、基板１００上にゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０を順に形成した後に、ソース電極３０、ドレイン電極４０、第１の中間層５０ａ、第２の中間層５０ｂ、有機半導体層６０を順に形成することにより、有機トランジスタを形成している。
【００９１】
一方、第４実施形態においては、ゲート電極１３、ゲート絶縁膜２３、ソース電極３３、ドレイン電極４３、第１の中間層５３ａ、第２の中間層５３ｂ、有機半導体層６３を第１実施形態と全く逆の順に形成している。
【００９２】
具体的には、第４実施形態においては、基板１０３上に、有機半導体層６３、第１の中間層５３ａ、第２の中間層５３ｂ、ソース電極３３、ドレイン電極４３、ゲート絶縁膜２３、ゲート電極１３を順に形成している。
【００９３】
第４実施形態にかかる有機トランジスタは、最上層にゲート電極１３と、有機半導体層６３の上部にソース電極３３と、ドレイン電極４３とを備えるトップコンタクト・トップゲート型の有機トランジスタである。
【００９４】
図５（ａ）、（ｂ）を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る有機トランジスタの製造において行われる工程について更に説明する。
【００９５】
第３実施形態と同様に、第４実施形態においては、有機半導体層形成工程、中間層形成工程、電極形成工程の順に行われる。
【００９６】
（作用・効果）
第１実施形態の有機トランジスタと同様に、本実施形態に係る有機トランジスタによれば、ソース電極３３、ドレイン電極４３と有機半導体層６３との間に、第１の中間層５３ａ及び第２の中間層５３ｂを備えることにより、ソース電極３３、ドレイン電極４３と有機半導体層６３との接触抵抗を低減することにより、駆動電圧を抑制し、また有機半導体層６３の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【００９７】
また、第３実施形態と同様に、本実施形態に係る有機トランジスタの製造方法において、中間層形成工程が、ＵＶオゾン処理工程を含む場合、マスク等を用いることにより、有機半導体層６３の露出した表面は、油分及び炭化水素系成分を分解又は除去され、親水性になるため、塗布される有機材料と更に接合しやすくなる。
【００９８】
＜第５実施形態＞
（有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法）
以下、本発明の第５実施形態に係る有機トランジスタについて図６（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００９９】
なお、以下において、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。
【０１００】
第１実施形態においては、基板１００上にゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０、ソース電極３０、ドレイン電極４０、第１の中間層５０ａ、第２の中間層５０ｂ、有機半導体層６０を順に形成することにより、有機トランジスタを形成している。
【０１０１】
第５実施形態にかかる有機トランジスタは、基板１０４上にソース電極３４と、ソース電極３４の表面に第１の中間層５４ａと、第１の中間層５４ａ上に有機半導体層と、有機半導体層上に第２の中間層５４ｂと、第１の中間層５４ａ上にドレイン電極４４を備える縦型トランジスタ構造の有機トランジスタである。
【０１０２】
具体的には、第５実施形態においては、ソース電極３４、第１の中間層５４ａ、第１の有機半導体層６４ａ、第１のゲート絶縁膜２４ａ、ゲート電極１４、第２のゲート絶縁膜２４ｂ、第２の有機半導体層６４ｂ、第２の中間層５４ｂ、ドレイン電極４４の順に形成している。
【０１０３】
図６（ａ）、（ｂ）を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る有機トランジスタの製造において行われる工程について更に説明する。
【０１０４】
第５実施形態においては、基板１０４上に、ソース電極３４を形成するソース電極形成工程を行う。
【０１０５】
ソース電極形成工程の次に、ソース電極３４の表面に、ドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５４ａを形成する第１の中間層形成工程を行う。
【０１０６】
第１の中間層形成工程は、第１の中間層５４ａを形成する前に、撥水処理工程、ＵＶオゾン処理工程を含んでもよい。
【０１０７】
第１の中間層形成工程の次に、第１の中間層５４ａ上に、有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程を行う。
【０１０８】
具体的には、有機半導体層形成工程において、第１に、第１の中間層５４ａ上に第１の有機半導体層６４ａを形成する。第２に、第１の有機半導体層６４ａ上の一部に第１のゲート絶縁膜２４ａを形成する。第３に、第１のゲート絶縁膜２４ａ上に、ゲート電極１４を形成する。第４に、ゲート電極１４上に、第１のゲート絶縁膜２４ａを形成する。第５に、第１のゲート絶縁膜２４ａ上に、第２の有機半導体層６４ｂを形成する。
【０１０９】
有機半導体層形成工程の次に、第２の有機半導体層６４ｂ上に、ドーピングされた有機材料からなる第２の中間層５４ｂを形成する第２の中間層形成工程を行う。
【０１１０】
なお、第２の中間層工程は、ドーピングされた有機材料からなる第２の中間層５４ｂを形成する前に、少なくとも酸素を含む雰囲気中で、紫外線を照射するＵＶオゾン処理工程を含んでもよい。
【０１１１】
第２の中間層形成工程の次に、第２の中間層５４ｂ上に、ドレイン電極４４を形成するドレイン電極形成工程を行う。
【０１１２】
（作用・効果）
第１実施形態の有機トランジスタと同様に、本実施形態に係る有機トランジスタによれば、ソース電極３４と第１の有機半導体層６４ａとの間に、第１の中間層５４ａを備え、且つ、ドレイン電極４４と第２の有機半導体層６４ｂとの間に、第２の中間層５４ｂを備えることにより、ソース電極３４と第１の有機半導体層６４ａとの接触抵抗、及び、ドレイン電極４４と第２の有機半導体層６４ｂとの接触抵抗を低減することにより、駆動電圧を抑制し、また、第１の有機半導体層６４ａ及び第２の有機半導体層６４ｂの寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【０１１３】
本実施形態に係る有機トランジスタの製造方法において、第１の中間層形成工程にＵＶオゾン処理工程を含むことにより、マスク等を用いずに、水溶液を基板１０４全体に塗布するだけで、ソース電極３４のみに、選択的にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる第１の中間層５４ａを形成することができる。また、中間層形成工程が、撥水処理工程を含むことで、撥水性になる表面と、紫外線を照射することにより親水性になる表面との表面エネルギーの差をより大きくすることができる。これにより、更に容易に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を選択的に形成することができる。
【０１１４】
第２の中間層形成工程に、ＵＶオゾン処理工程を含む場合、マスク等を用いることにより、有機半導体層６３の露出した表面は、油分及び炭化水素系成分を分解又は除去され、親水性になるため、塗布される有機材料と更に接合しやすくなる。
【０１１５】
＜第６実施形態＞
（有機トランジスタ）
以下、本発明の第６実施形態に係る有機トランジスタについて図７（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１１６】
なお、以下において、上述した第５実施形態との相違点を主として説明する。
【０１１７】
第５実施形態において、ゲート電極１４は、薄膜上に形成され、第２の有機半導体層６４ｂ上に第２の中間層５４ｂを形成することにより、有機トランジスタを形成している。
【０１１８】
一方、第６実施形態にかかる有機トランジスタにおいて、ゲート電極１５は、くし形に形成され、第２の中間層を備えていない。
【０１１９】
具体的には、第６実施形態にかかる有機トランジスタは、基板１０５上にソース電極３５と、ソース電極３５の表面に第１の中間層５５ａと、第１の中間層５５ａ上に第１の有機半導体層６５ａと、第１の有機半導体層６５ａ上にくし形に形成されたゲート電極１５と、ゲート電極１５の表面に形成された第１のゲート絶縁膜２５ａ、第２のゲート絶縁膜２５ｂと、ゲート電極１５を設置した第１の有機半導体層６５ａ上に第２の有機半導体層６５ｂと、第２の有機半導体層６５ｂ上にドレイン電極４４を備える縦型トランジスタ構造の有機トランジスタである。
【０１２０】
なお、ゲート電極１５の側面に形成された第２のゲート絶縁膜２５ｂは、陽極酸化法により、電解液中において、電流を流すことにより、形成される。又は、第２のゲート絶縁膜２５ｂは、自然酸化等によっても形成される。
【０１２１】
（作用・効果）
第５実施形態の有機トランジスタと同様に本実施形態に係る有機トランジスタによれば、ソース電極３５と第１の有機半導体層６５ａとの間に、第１の中間層５５ａを備えることにより、ソース電極３５と第１の有機半導体層６５ａとの接触抵抗を低減することにより、駆動電圧を抑制し、また、第１の有機半導体層６５ａ及び第２の有機半導体層６５ｂの寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【０１２２】
本実施形態に係る有機トランジスタの製造方法において、第１の中間層形成工程にＵＶオゾン処理工程を含むことにより、マスク等を用いずに、水溶液を基板１０５全体に塗布するだけで、ソース電極３５のみに、選択的にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる第１の中間層５５ａを形成することができる。また、中間層形成工程が、撥水処理工程を含むことで、撥水性になる表面と、紫外線を照射することにより親水性になる表面との表面エネルギーの差をより大きくすることができる。これにより、更に容易に、ドーピングされた有機材料からなる中間層を選択的に形成することができる。
【０１２３】
＜第７実施形態＞
（有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法）
以下、本発明の第７実施形態に係る有機トランジスタについて図８（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１２４】
なお、以下において、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。
【０１２５】
第１実施形態において、有機トランジスタは、ソース電極３０の表面に第１の中間層５０ａと、ドレイン電極４０の表面に第２の中間層５０ｂとを備える。
【０１２６】
一方、第７実施形態にかかる有機トランジスタは、ソース電極３６の表面に第１の中間層５６ａを備えるが、ドレイン電極４６の表面に第２の中間層を備えていない。
【０１２７】
図８（ａ）、（ｂ）を参照しながら、本発明の第７実施形態に係る有機トランジスタの製造において行われる工程について更に説明する。
【０１２８】
第１実施形態と同様に、第７実施形態において、電極形成工程、中間層形成工程、有機半導体層形成工程の順に行われる。なお、本実施形態において、中間層形成工程は、撥水処理工程、ＵＶオゾン処理工程を含む。
【０１２９】
具体的には、電極形成工程の次に、撥水処理工程において、ソース電極３６及びドレイン電極４６を備えた基板１０６にヘキサメチルジシラザンをスピンコートすることにより、基板１０６、ゲート電極１６、ゲート絶縁膜２６、ソース電極３６、ドレイン電極４６の露出する表面に撥水材料を形成する。
【０１３０】
撥水処理工程の次に、ＵＶオゾン処理工程において、基板１０６をＵＶオゾン処理装置に入れて、ソース電極３６が露出するシャドーマスクを、基板１０６上に重ね、少なくとも酸素を含む雰囲気中で、紫外線を照射する。
【０１３１】
ＵＶオゾン処理工程の次に、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを基板１０６、ゲート電極１６、ゲート絶縁膜２６、ソース電極３６、ドレイン電極４６の露出する表面に塗布することにより、ソース電極３６の表面に第１の中間層５６ａを形成する。
【０１３２】
以下、有機半導体層形成工程を行い、有機トランジスタを形成する。
【０１３３】
（作用・効果）
第１実施形態の有機トランジスタと同様に、本実施形態に係る有機トランジスタによれば、ソース電極３６と、有機半導体層６６との間に、第１の中間層５６ａを備えることにより、ソース電極３６と有機半導体層６６との接触抵抗を低減することにより、駆動電圧を抑制し、また、有機半導体層６６の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【０１３４】
また、本実施形態に係る有機トランジスタの製造方法において、ＵＶオゾン処理工程を含む場合、ソース電極３６が露出するシャドーマスクを用いることにより、ソース電極３６の露出した表面は、油分及び炭化水素系成分を分解又は除去され、親水性になるため、塗布される有機材料と更に接合しやすくなる。これにより、ソース電極３６のみに、選択的にドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５６ａを形成することができる。
【０１３５】
なお、本実施形態に係る有機トランジスタにおいては、ソース電極３６のみに、ドーピングされた有機材料からなる第１の中間層５６ａを形成したが、ドレイン電極４６のみに、ドーピングされた有機材料からなる第２の中間層を形成しても同様の効果を得ることができる。
【０１３６】
＜第８実施形態＞
（有機トランジスタ）
以下、本発明の第８実施形態に係る有機トランジスタについて図９（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１３７】
なお、以下において、上述した第５実施形態との相違点を主として説明する。
【０１３８】
第５実施形態にかかる有機トランジスタは、基板１０４上に、ソース電極３４、第１の中間層５４ａ、第１の有機半導体層６４ａ、ゲート電極１４、第２の有機半導体層６４ｂ、第２の中間層５４ｂ、ドレイン電極４４の順に形成された縦型トランジスタ構造の有機トランジスタである。
【０１３９】
一方、第８実施形態にかかる有機トランジスタは、基板１０７上に、まず、ゲート電極１７と、中央部にソース電極３７とを備えた縦型トランジスタ構造の有機トランジスタである。また、第８実施形態にかかる有機トランジスタは、第２の中間層を備えずに、ソース電極３７と、有機半導体層６７との間のみに第１の中間層５７ａを備えている。
【０１４０】
具体的には、第８実施形態にかかる有機トランジスタは、基板１０７上にゲート電極１７と、ゲート電極１７の表面の一部にゲート絶縁膜２７と、ゲート絶縁膜２７上にソース電極３７と、ソース電極３７の表面に第１の中間層５７ａと、第１の中間層５７ａの表面に有機半導体層６７と、有機半導体層６７上から基板１０７にかけてドレイン電極４７とを備える縦型トランジスタ構造の有機トランジスタである。
【０１４１】
なお、本実施形態において、ソース電極３７は、薄膜上に形成されているが、本発明は、これに限定されず、例えば、くし形に形成されていてもよい。
【０１４２】
また、本実施形態において、ゲート電極１７上にゲート絶縁膜２７を形成しているが、これに限定されず、ゲート絶縁膜２７の代わりに、例えば、有機半導体層、中間層を順に形成し、ソース電極３７を形成してもよい。
【０１４３】
このように、本発明にかかる有機トランジスタは、有機半導体層と、ソース電極又はドレイン電極との間に中間層を備える組み合わせの構造を有することにより、ソース電極、又は、ドレイン電極と有機半導体層との接触抵抗を低減し、有機半導体層の寿命を延ばすことができる。
【０１４４】
（作用・効果）
第５実施形態の有機トランジスタと同様に本実施形態に係る有機トランジスタによれば、ソース電極３７と有機半導体層６７との間に、第１の中間層５７ａを備えることにより、ソース電極３７と有機半導体層６７との接触抵抗を低減することにより、駆動電圧を抑制し、また、有機半導体層６７の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【０１４５】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者に様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【０１４６】
第１実施形態において、主として、ＵＶオゾン処理工程によりソース電極３０及びドレイン電極４０の表面と、基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０の露出する表面との間に生じる接触角の差を利用して、ソース電極３０の表面及びドレイン電極４０の表面に選択的にドープされた有機材料からなる中間層を形成する方法について例示したが、本発明はこれに限られず、これらソース電極３０及びドレイン電極４０の表面と、基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０の露出する表面との間に生じる接触角の差を利用して中間層を形成することが可能である。具体的には、ソース電極３０、及び、ドレイン電極４０を形成した直後にドーピングされた有機材料を水などの極性有機溶媒に溶かして溶液として塗布することにより、ソース電極３０、及び、ドレイン電極４０の表面にのみ選択的に中間層を形成することができる。また、ソース電極３０及びドレイン電極４０と、ソース電極３０及びドレイン電極４０以外の基板１００、ゲート電極１０、ゲート絶縁膜２０の材料によって異なる接触角の差により、ソース電極３０、及び、ドレイン電極４０の表面にのみ選択的に中間層を形成することができる。
【０１４７】
また、中間層は、ドーピングされた有機材料を水などの極性有機溶媒に溶かして溶液として塗布する以外の方法で、形成されてもよい。具体的には、シャドーマスク、フォトリソグラフィープロセス等により、選択的に、ソース電極３０及びドレイン電極４０上のみに選択的に中間層を形成することができる。
【０１４８】
また、図１（ａ）、（ｂ）に示す、第１実施形態において、有機トランジスタは、ソース電極３０の表面に第１の中間層５０ａと、ドレイン電極４０の表面に第２の中間層５０ｂとを備えているが、かかる中間層は、ゲート電極１０上でつながることにより、例えば、１０ｎｍ以下の厚みからなり、且つ、一体の中間層に形成されていてもよい。
【０１４９】
かかる一体の中間層を備える有機トランジスタによれば、同じゲート電圧を印加した場合に、ソース電極３０からドレイン電極４０との間に流れる電圧が同じであっても、得られる電流を大きくすることができる。これにより、より高輝度の発光を得ることができる有機トランジスタを得ることができる。また、かかる一体の中間層を備える有機トランジスタによれば、中間層の厚み、材料等を調整することにより、ゲート電圧をオフにした場合に流れる電流を低減することができる。また、かかる一体の中間層を備える有機トランジスタの製造方法は、選択的に中間層を形成せずに、基板全面に中間層を形成することができるため、容易に有機トランジスタを得ることができる。
【０１５０】
また、第１実施形態において、ドーピングされた有機材料は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳのような汎用の材用のみに限られず、ノンドープの有機材料にドープすることにより得ることができる。例えば、塗布前に混合、蒸着する際の共蒸着、成膜後にドープ剤に暴露することにより、ドーピングされた有機材料を得ることができる。
【０１５１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【０１５２】
（実施例１）
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【０１５３】
実施例１においては、下記のように、電極形成工程、ＵＶオゾン処理工程、中間層形成工程、有機半導体層形成工程を経て、図１に示すような有機トランジスタを作製した。
【０１５４】
具体的には、電極形成工程において、第１に、基板１００上に、導電性シリコン基板からなるゲート電極１０、ＳｉＯ2からなるゲート絶縁膜２０を順に形成した。
【０１５５】
第２に、真空蒸着により、４０〜３００ｎｍの厚み、２ｍｍの幅ｗを有する金からなるソース電極３０及びドレイン電極４０を形成した。なお、ソース電極３０とドレイン電極４０との間の距離であるチャンネル長Ｌは、０．１ｍｍとした。
【０１５６】
電極形成工程の次に、中間層形成工程において、第１に、ＣＦ4ガスによる撥水処理を５〜１０間行った。
【０１５７】
第２に、ソース電極３０及びドレイン電極４０を備えた基板１００をＵＶオゾン処理装置に入れて、基板温度が５０度、酸素流量が１Ｌ/ｍｉｎになるような条件で、紫外線を５分間照射した。
【０１５８】
第３に、ソース電極３０の表面及びドレイン電極４０の表面にドーピングされた有機材料を水などの極性有機溶媒に溶かして溶液として塗布することにより、ソース電極３０の表面に第１の中間層５０ａと、ドレイン電極の表面に第２の中間層５０ｂとを形成した。
【０１５９】
中間層形成工程の次に、有機半導体層形成工程において、真空蒸着により、少なくともソース電極３０とドレイン電極４０との一部を覆うように、１００ｎｍの厚みを有するペンタセンにより有機半導体層６０を形成することにより実施例１にかかる有機トランジスタを作製した。
【０１６０】
（比較例１）
比較例１にかかる有機トランジスタは、第１の中間層、第２の中間層を備えない点を除いて、実施例１と同様の有機トランジスタとした。
【０１６１】
比較例１にかかる有機トランジスタは、中間層形成工程における紫外線を照射する工程と、有機材料を塗布する工程とを行わない点を除いて、実施例１と同様にして形成された。
【０１６２】
得られた有機トランジスタの移動度μ、オン／オフ比、しきい値電圧Ｖthを以下のように評価した。
【０１６３】
（試験方法）
ゲート電極に印加する電圧を一定にし、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電圧をスイープし、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流を測定した。
【０１６４】
ゲート電極に印加する電圧を変更して、同様に測定した。
【０１６５】
なお、かかる測定は、半導体パラメータアナライザ（アジレント・テクノロージー社製4156Ｃ型）を用いて行われた。
【０１６６】
また、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流ＩDSの飽和領域の値等を用いて、（式１）にて、有機トランジスタの移動度を算出した。
【０１６７】
移動度μ＝（２Ｌ・ＩDS）／｛Ｗ・Ci・（ＶG−Ｖth）2｝・・・（式１）
Ｌ；ソース電極とドレイン電極との間の距離（チャンネル長）
Ｗ；ソース電極及びドレイン電極のチャンネル幅
Ci；ゲート絶縁膜のキャパシタンス
ＶG；ゲート電圧
Ｖth；しきい値電圧
オン／オフ比は、有機トランジスタの駆動値において、ソース電極とドレイン電極との間を流れる最大電流ＩDSと最小電流ＩDSとの比とした。具体的には、オン／オフ比は、飽和領域における一定ドレイン電圧時のＩDSの比とした。
【０１６８】
しきい値電圧Ｖthは、ゲート電圧ＶGをX軸に、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流ＩDSの平方根をY軸にプロットした際にできる直線のX軸の切片の電圧値とした。
【０１６９】
（試験結果）
表１に示す結果を得た。
【表１】
2007266298.tif 000003
【０１７０】
表１に示すように、実施例の有機トランジスタは、比較例１の有機トランジスタと比べて、高い移動度、オン／オフ比を示した。実施例の有機トランジスタは、比較例１の有機トランジスタと比べて、しきい値電圧を低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機トランジスタの平面図及び断面構造を示す。
【図２】本発明の第１実施形態に係る有機トランジスタの製造方法を示すものである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る有機トランジスタの平面図及び断面構造を示す。
【図４】本発明の第３実施形態に係る有機トランジスタの平面図及び断面構造を示す。
【図５】本発明の第４実施形態に係る有機トランジスタの平面図及び断面構造を示す。
【図６】本発明の第５実施形態に係る有機トランジスタの平面図及び断面構造を示す。
【図７】本発明の第６実施形態に係る有機トランジスタの平面図及び断面構造を示す。
【図８】本発明の第７実施形態に係る有機トランジスタの平面図及び断面構造を示す。
【図９】本発明の第８実施形態に係る有機トランジスタの平面図及び断面構造を示す。
【符号の説明】
【０１７２】
１０〜１７…ゲート電極、２０〜２３、２６〜２７…ゲート絶縁膜、
２４a、２５a…第１のゲート絶縁膜、２４ｂ、２５ｂ…第２のゲート絶縁膜、
３０〜３７…ソース電極、４０〜４７…ドレイン電極、５０ａ〜５７ａ…第１の中間層、
５０ｂ〜５４ｂ…第２の中間層、６０〜６3、６６、６７…有機半導体層、
６４a、６５ａ…第１の有機半導体層、６４ｂ、６５ｂ…第２の有機半導体層、
１００〜１０７…基板
【図１】
2007266298.tif 000004
【図２】
2007266298.tif 000005
【図３】
2007266298.tif 000006
【図４】
2007266298.tif 000007
【図５】
2007266298.tif 000008
【図６】
2007266298.tif 000009
【図７】
2007266298.tif 000010
【図８】
2007266298.tif 000011
【図９】
2007266298.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月12日(2006.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
そこで、ソース電極と有機半導体層との間に、アルカリ金属弗化物層を備え、且つ、ドレイン電極と有機半導体層との間に、アルカリ金属弗化物層を備えた有機トランジスタが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる有機トランジスタによると、ソース電極と有機半導体層との間に、金属のフェルミ準位と有機化合物の最高被占軌道準位との間の大きなエネルギーの差による金属から有機化合物への電子の供給の非効率性を改善するために、ドレイン電極と有機半導体層との間に、電子メディエータとして、アルカリ金属弗化物層を形成し、ソース電極から有機半導体層への電子の供給、及び、有機半導体層からドレイン電極への電子の排出の効率を向上し、有機トランジスタの動作特性を向上することができると考えられていた。
【特許文献１】特開２００３−２９８０５６号公報
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
かかる第１乃至第３の特徴によれば、有機トランジスタは、有機半導体層と、ソース電極、ドレイン電極との間にドーピングされた有機材料からなる中間層を備えることにより、有機半導体層との表面エネルギーの差が小さく、導電性の高い層を備えることができる。中間層は、有機半導体層とのイオン化ポテンシャルの差が小さい材料を選ぶことにより、有機半導体層と電位障壁が小さく、高い密着性を有する接合を実現することができるため、有機半導体層との接触抵抗を低減することができる。また、中間層は、ドーピングされた有機材料であるため、ソース電極又はドレイン電極との界面において、電子濃度又は正孔濃度を大きく向上させる。これにより、中間層は、ソース電極又はドレイン電極とオーミック接触することができ、ソース電極又はドレイン電極との接触抵抗を低減することができる。その結果、有機半導体層の寿命を延ばす有機トランジスタを提供することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
第２の中間層５０ｂは、ドレイン電極４０と有機半導体層６０との間に、ドーピングされた有機材料として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳにより形成されている。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、共役系高分子材料であるポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）に、酸化剤としての機能を有するポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）をドープすることにより、ＰＥＤＯＴ中のチオフェンの一部から電子が引き抜かれ、電気的に中性なチオフェンと正電荷に帯電したチオフェンとが、混在し、繋がっている状態の高分子である。かかる状態を作ることにより、電気的に中性な状態に比べて、飛躍的に導電性を上げることが可能である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
かかる経路が正孔の経路である場合、第１の中間層５０ａ及び第２の中間層５０ｂを形成するドーピングされた有機材料は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの化学ドープされた有機材料、酸化剤によりドープされた有機材料、又は、正孔の注入性を促進する有機材料である。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの化学ドープされた有機材料としては、例えば、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリアニリンなどの共役系高分子に、ヨウ素、 パークロレート、塩化鉄、スルホン酸含有化合物等のドープ剤をドープすることにより、同様の材料を得ることができる。また、ドープされる材料は、高分子材料に限られず、導電性を向上させるものであれば上述の限りではない。酸化剤によりドープされた有機材料としては、例えば、ヨウ素、過塩素、塩化鉄等によりドープされた有機材料を用いることができる。正孔の注入性を促進する有機材料としては、例えば、チオフェン系材料、フェニルアミン系材料、フタロシアニン系材料、ポルフィリン系材料、金属錯体系材料、フルオロカーボン系材料等を用いることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
具体的には、有機半導体層形成工程において、第１に、第１の中間層５４ａ上に第１の有機半導体層６４ａを形成する。第２に、第１の有機半導体層６４ａ上の一部に第１のゲート絶縁膜２４ａを形成する。第３に、第１のゲート絶縁膜２４ａ上に、ゲート電極１４を形成する。第４に、ゲート電極１４上に、第２のゲート絶縁膜２４ｂを形成する。第５に、第２のゲート絶縁膜２４ｂ上に、第２の有機半導体層６４ｂを形成する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５６】
電極形成工程の次に、中間層形成工程において、第１に、ＣＦ4ガスによる撥水処理を５〜１０分間行った。