(57)【要約】  【課題】  従来例に比べ低電圧（絶対値に換算して２０Ｖ〜６Ｖ、好ましくは１０Ｖ〜６Ｖ）で駆動することができると共に、トップコンタクト型構造で観測される非線形的な特性も抑制できる有機半導体トランジスタを提供すること。  【解決手段】  本発明に係る有機半導体トランジスタは、ゲート電極（１０１）と、ゲート絶縁層（１０２）と、有機単結晶層（１０３）と、ソース電極（１０５）と、ドレイン電極（１０６）とを有し、前記ゲート電極（１０１）と前記有機単結晶層（１０３）との間に前記ゲート絶縁層（１０２）が挟まれており、前記ソース電極（１０５）と前記ドレイン電極（１０６）との間に前記有機単結晶層（１０３）の少なくとも一部が挟まれており、前記有機単結晶層（１０３）は、分割された複数のドメインが存在せず、そしてその表面には凹凸が存在しない単結晶膜からなる。【選択図】  図１２
2007019382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、
ゲート絶縁層と、
有機単結晶層と、
ソース電極と、
ドレイン電極と
を有し、
前記ゲート電極と前記有機単結晶層との間に前記ゲート絶縁層が挟まれており、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機単結晶層の少なくとも一部が挟まれており、
前記有機単結晶層は、分割された複数のドメインが存在せず、そしてその表面には凹凸が存在しない単結晶膜からなる、有機半導体トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁層と前記有機単結晶層との間には疎水処理が施されている、請求項１に記載の有機半導体トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート電極と前記有機単結晶層とが、前記ゲート絶縁層を縦方向に挟み、
前記ソース電極と前記ドレイン電極とが、前記有機単結晶層の少なくとも一部を横方向に挟む、請求項１に記載の有機半導体トランジスタ。
【請求項４】
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機単結晶層の全部が挟まれている、請求項１に記載の有機半導体トランジスタ。
【請求項５】
前記ソース電極および前記ドレイン電極の少なくともいずれかが前記有機単結晶層を貫通しており、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機単結晶層の一部が挟まれている、請求項１に記載の有機半導体トランジスタ。
【請求項６】
複数の前記ソース電極と
複数の前記ドレイン電極と
を有し、
前記複数のソース電極は、前記有機単結晶層を貫通しており、
前記複数のドレイン電極は、前記有機単結晶層を貫通しており、
前記各ソース電極と前記各ドレイン電極との間に前記有機単結晶層の一部が挟まれている、請求項１に記載の有機半導体トランジスタ。
【請求項７】
上部絶縁層をさらに備え、
前記上部絶縁層と前記ゲート絶縁層との間に前記有機単結晶層が挟まれている、請求項５に記載の有機半導体トランジスタ。
【請求項８】
ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機単結晶層と、ソース電極と、ドレイン電極とを有し、前記ゲート電極と前記有機単結晶層との間に前記ゲート絶縁層が挟まれており、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機単結晶層が挟まれており、前記有機単結晶層は、分割された複数のドメインが存在せず、そしてその表面には凹凸が存在しない単結晶膜からなる、有機半導体トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート電極、前記ゲート絶縁層、および前記有機単結晶層がこの順に積層された積層体を用意する工程、
前記有機単結晶層の側面に導電性ペーストを塗布する工程、および
前記導電性ペーストを固化することにより前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程
を有する、有機半導体トランジスタの製造方法。
【請求項９】
ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機単結晶層と、ソース電極と、ドレイン電極とを有し、前記ゲート電極と前記有機単結晶層との間に前記ゲート絶縁層が挟まれており、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機単結晶層の一部が挟まれており、前記有機単結晶層は、分割された複数のドメインが存在せず、そしてその表面には凹凸が存在しない単結晶膜からなる、有機半導体トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート電極、前記ゲート絶縁層、および前記有機単結晶層がこの順に積層された積層体を用意する工程、
前記有機単結晶層の表面から前記ゲート絶縁層の界面まで貫通する複数の孔を設ける工程、
前記複数の孔に導電性ペーストを充填する工程、
前記導電性ペーストを固化することにより前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程
を有する、有機半導体トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機単結晶層と、ソース電極と、ドレイン電極とを有し、前記ゲート電極と前記有機単結晶層との間に前記ゲート絶縁層が挟まれており、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機単結晶層の一部が挟まれており、前記有機単結晶層は、分割された複数のドメインが存在せず、そしてその表面には凹凸が存在しない単結晶膜からなる、有機半導体トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート電極、前記ゲート絶縁層、および前記有機単結晶層がこの順に積層された積層体を用意する工程、
前記ゲート絶縁層の界面まで貫通する電極を前記有機単結晶層の表面から差し込む工程
を有する、有機半導体トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング素子等における活性層が有機単結晶から構成されている有機半導体トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体材料は発光ダイオード、太陽電池、電界効果トランジスタなどの様々なデバイスの活性層としての使用が研究されている。
【０００３】
有機半導体材料は、加工容易性、またそれに伴う製造装置の簡素化および低コスト化、さらにはアモルファスシリコン等に比べて柔軟なプラスチック基板上にも簡単に製造できることが大きな利点として研究開発されている。
【０００４】
従来、有機半導体材料を用いたトランジスタの基本的な素子構造は、トップコンタクト型、ボトムコンタクト型およびトップ＆ボトムコンタクト型の３タイプに分けることができる。
【０００５】
トップコンタクト型構造は図１に示すように、ゲート電極２１の上部にゲート絶縁層２２が形成され、その上部に有機半導体材料からなるチャネル部２３を形成し、そのチャネル部２３上にソース電極２４およびドレイン電極２５を並列に作製した構造である。
【０００６】
ボトムコンタクト型は図２に示すように、ゲート電極２１の上部にゲート絶縁層２２が形成され、そのゲート絶縁層２２の上部にソース電極２４およびドレイン電極２５を並列に作製し、その上部に有機半導体材料からなるチャネル部２３を製膜した構造である。
【０００７】
トップ＆ボトムコンタクト型は図３に示すようにゲート電極２１の上部にゲート絶縁層２２が形成され、そのゲート絶縁層２２の上部片側にソース電極２４を形成し、その上部に有機半導体材料からなるチャネル部２３を製膜し、その上部片側にドレイン電極２５を形成した構造である（特許文献１）。
【０００８】
活性層に用いられる有機半導体材料の多くは真空蒸着法や塗布法を用いて薄膜を形成し、その薄膜作製条件により有機半導体層の配向や表面形態の変化、さらにトランジスタ特性も変わることが報告されているため様々な研究が盛んに行われている（特許文献２および３）。
【０００９】
一方、活性層に有機単結晶を利用するトランジスタも研究されており、単結晶の均質性や高純度のため、薄膜素子に比べ、より優れた特性が見出されている（特許文献４）。
【００１０】
特許文献４では、活性層にテトラセンおよびペンタセン単結晶を用い、素子構造はボトムコンタクト型であることが開示されている。
【００１１】
非特許文献１および２では、活性層にそれぞれテトラセンおよびペンタセン単結晶を用い、その単結晶の表面に絶縁膜としてパリレン膜を形成し、その上部にゲート電極を形成したトップコンタクト型が開示されている。
【００１２】
非特許文献３、４、５には、ゲート電極上部に二酸化珪素のゲート絶縁層を形成し、その上部にソースおよびドレイン電極が形成され、その上部に、ペンタセンおよびルブレンおよびテトラセン単結晶をそれぞれ用いたボトムコンタクト型の有機半導体トランジスタが開示されている。
【００１３】
後に詳細に説明するが、特許文献１、２、および３のような薄膜（蒸着膜や塗布膜）、すなわち多結晶体は、本明細書では「結晶膜Ａ」と呼ぶ。
【００１４】
特許文献４で開示されているような有機半導体層すなわち有機単結晶は「単結晶層Ｂ」と定義する。
【００１５】
注意すべきことは、文献（特許文献を含む）によっては、本来は多結晶体である結晶膜Ａであっても、「単結晶」と記載されていることである。
【００１６】
このような結晶膜Ａと単結晶層Ｂとの相違点は後述する。
【特許文献１】特開２００３−２５８２６５号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０２１号公報
【特許文献３】特開２００４−３３８６２９号公報
【特許文献４】特開２００１−１７７１０９号公報
【非特許文献１】Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  １２８（２００３）４３１
【非特許文献２】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬ、８３  ＮＯ、２３  （２００３）４７７３
【非特許文献３】ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ、ＶＯＬ、９４  ＮＯ、９  （２００３）  ５８００
【非特許文献４】ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ、ＶＯＬ、９６  ＮＯ、４  （２００４）  ２０８０
【非特許文献５】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、  ＶＯＬ、８５  ＮＯ、３  （２００４）  ４２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献２に開示されているような、ペンタセン蒸着膜による結晶膜Ａでは、その薄膜構造が微結晶の集まりから構成されている。
【００１８】
そのため、トランジスタ特性のＯＮ電圧（ゲート電圧（Ｖｇ））が絶対値で２０〜５０Ｖもの大きな電圧を必要とする。
【００１９】
この大きな駆動電圧を低減することが実用上の大きな課題の一つである（図４参照）。
【００２０】
これに対して、有機単結晶（単結晶層Ｂ）は、有機半導体層全体に渡り構造均質性が高く、高純度である。
【００２１】
そのため、結晶膜Ａより電気特性が優れることが考えられる。
【００２２】
しかし、有機単結晶（単結晶層Ｂ）を用い、かつトップコンタクト型（図１）を用いた場合では、トランジスタ特性のゲート電圧（Ｖｇ）を変化させたとき、ソース−ドレイン電圧（Ｖｓｄ）に対するソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）が非線形的な非オーム型になる。
【００２３】
この原因は、トップコンタクト型（図１）であるため、有機単結晶（単結晶層Ｂ）の厚さ方向の電荷の移動が寄生抵抗として寄与しているためであると考えられている（第１４２回  ＪＯＥＭ・応用物理学会Ｍ＆ＢＥ分科会講演要旨集）。
【００２４】
ボトムコンタクト型素子（図２）では、トップコンタクト型素子（図１）で観測される非線形性は抑制できる（第１４２回  ＪＯＥＭ・応用物理学会Ｍ＆ＢＥ分科会講演要旨集）。
【００２５】
しかし、図１８に示すように、ゲート絶縁層２２の上部に形成されたソース電極２４、ドレイン電極２５の上に有機単結晶２３（単結晶層Ｂ）を接触させるため、ソース電極２４、ドレイン電極２５の厚さ分だけ、段差としてこれらの電極２４・２５近傍がゲート絶縁層２２から必ず浮いてしまうことになるとともに、有機単結晶２３（単結晶層Ｂ）への余分なストレスを与えてしまう。
【００２６】
ボトムコンタクト型素子（図２）では、その電極配置のためゲート電圧が印加されにくく、結果的に、駆動電圧（ゲート電圧（Ｖｇ）やドレイン電圧（Ｖｓｄ））が増大してしまうという課題がある。
【００２７】
駆動電圧が小さいものが求められている、例えば乾電池（１．５Ｖ〜９Ｖ）などで駆動するには１．５Ｖ〜９Ｖ程度が目安になる。
【００２８】
一方、トップ＆ボトムコンタクト構造（図３）はチャネル長を膜厚レベルにできることが特徴であり（特許文献１）、トップコンタクト型構造（図１）およびボトムコンタクト型構造（図２）の課題を解決しない。
【００２９】
本発明は、上記課題を解決する有機半導体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】
【００３０】
上記課題を解決する有機半導体トランジスタは、ゲート電極（１０１）と、ゲート絶縁層（１０２）と、有機単結晶層（１０３）と、ソース電極（１０５）と、ドレイン電極（１０６）とを有し、前記ゲート電極（１０１）と前記有機単結晶層（１０３）との間に前記ゲート絶縁層（１０２）が挟まれており、前記ソース電極（１０５）と前記ドレイン電極（１０６）との間に前記有機単結晶層（１０３）の少なくとも一部が挟まれており、前記有機単結晶層（１０３）は、分割された複数のドメインが存在せず、そしてその表面には凹凸が存在しない単結晶膜からなる。
【００３１】
前記ゲート絶縁層（１０２）と前記有機単結晶層（１０３）との間には疎水処理（１０７）が施されていることが好ましい。
【００３２】
前記ゲート電極（１０１）と前記有機単結晶層（１０３）とが、前記ゲート絶縁層（１０２）を縦方向（図１などの図面上下方向）に挟み、前記ソース電極（１０５）と前記ドレイン電極（１０６）とが、前記有機単結晶層（１０３）の少なくとも一部を横方向（図１などの図面左右方向）に挟むことが好ましい。
【００３３】
前記ソース電極（１０５）と前記ドレイン電極（１０６）との間に前記有機単結晶層（１０３）の全部が挟まれていることが好ましい。
【００３４】
前記ソース電極（１０５）および前記ドレイン電極（１０６）の少なくともいずれかが前記有機単結晶層（１０３）を貫通しており、前記ソース電極（１０５）と前記ドレイン電極（１０６）との間に前記有機単結晶層（１０３）の一部が挟まれていることが好ましい。
【００３５】
さらに、複数の前記ソース電極（１０５）と複数の前記ドレイン電極（１０６）とを有し、前記複数のソース電極（１０５）は、前記有機単結晶層（１０３）を貫通しており、前記複数のドレイン電極（１０６）は、前記有機単結晶層（１０３）を貫通しており、前記各ソース電極（１０５）と前記各ドレイン電極（１０６）との間に前記有機単結晶層（１０３）の一部が挟まれていることが好ましい。
【００３６】
上部絶縁層（１０８）をさらに備え、前記上部絶縁層（１０８）と前記ゲート絶縁層（１０２）との間に前記有機単結晶層（１０３）が挟まれていることが好ましい。
【００３７】
上記有機半導体トランジスタの製法は、
前記ゲート電極（１０１）、前記ゲート絶縁層（１０２）、および前記有機単結晶層（１０３）がこの順に積層された積層体を用意する工程、
前記有機単結晶層（１０３）の側面に導電性ペーストを塗布する工程、および
前記導電性ペーストを固化することにより前記ソース電極（１０５）および前記ドレイン電極（１０６）を形成する工程
を有する。
【００３８】
上記有機半導体トランジスタの他の製法は、
前記ゲート電極（１０１）、前記ゲート絶縁層（１０２）、および前記有機単結晶層（１０３）がこの順に積層された積層体を用意する工程、
前記有機単結晶層（１０３）の表面から前記ゲート絶縁層（１０２）の界面まで貫通する複数の孔を設ける工程、
前記複数の孔に導電性ペーストを充填する工程、
前記導電性ペーストを固化することにより前記ソース電極（１０５）および前記ドレイン電極（１０６）を形成する工程
を有する。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る有機半導体トランジスタは、従来例に比べ低電圧（絶対値に換算して２０Ｖ〜６Ｖ、好ましくは１０Ｖ〜６Ｖ）で駆動することができると共に、トップコンタクト型（図１）構造で観測される非線形的な特性も抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１２は、本発明に係る有機半導体トランジスタの断面構造図である。この図１２に示されるように、ゲート電極１０１の上部にゲート絶縁層１０２が設けられ、このゲート絶縁層１０２の上部に、ゲート電極１０１への電圧印加時にチャネル部となる有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３が設けられ、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３を左右から挟むように、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６が設けられている。
【００４２】
ゲート絶縁層１０２の表面、すなわち、ゲート絶縁層１０２と有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３との間の界面には、疎水処理１０７が施されている。なお、この疎水処理１０７は必ずしも必要ではなく、図１１に示すように、疎水処理１０７を施さず、ゲート絶縁層１０２の表面に、直接、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３が設けられていても良い。
【００４３】
このような、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６の間に有機単結晶（単結晶層Ｂ）が挟まれた有機半導体トランジスタを、「サイドエッジコンタクト型」と呼ぶ。
【００４４】
サイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタでは、ソース電極１０５の上面およびドレイン電極１０６の上面には、いずれも有機単結晶（単結晶層Ｂ）は一般的には位置しない。
【００４５】
後述するように、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３が疎水処理１０７されたゲート絶縁層１０２上に貼り付けられた後、これらのソース電極１０５およびドレイン電極１０６が、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の側面に形成されるか、または有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の内部を貫通するようにして形成される製法が一般的であるためである。
【００４６】
ただし、本発明の効果が発揮される限り、ソース電極１０５の上面およびドレイン電極１０６の上面に、有機単結晶（単結晶層Ｂ）が位置していても良い。このようなサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタの構造は、ボトムコンタクト型（図２）に近い構造となる。
【００４７】
次に、この実施の形態１に係るサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタの製法を説明する。
【００４８】
ドーピングされたシリコンウエハー基板から構成されるゲート電極１０１の上に数十〜数百ｎｍの厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ２）をゲート絶縁層１０２として形成する。
【００４９】
このゲート絶縁層１０２の表面に、例えばヘキサメチルジシラザンなどをスピンコートなどで塗布することにより疎水処理１０７を施す。
【００５０】
疎水処理されたゲート絶縁層１０２の上部に、別途作成した有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３を貼り付ける。この有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の製法については、以下の実施例で詳述する。
【００５１】
その後、有機単結晶（単結晶層Ｂ）の側面に沿って金属ペーストを塗布した後に乾燥させることによって、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６を形成し、これによりサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタを得る。
【００５２】
ここで、実施の形態１に記載のサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタにより得られる技術的効果を、以下の実施例１と共に説明する。
【００５３】
（実施例１）
（全体的な製法）
シリコン基板をゲート電極１０１として用い、そのゲート電極１０１の表面に、厚み５００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなるゲート酸化膜１０２をプラズマＣＶＤ法で形成した。
【００５４】
次に、ゲート絶縁層１０２の表面にヘキサメチルジシラザン（信越化学製）をスピンコートすることにより、ゲート絶縁層１０２に疎水処理１０７を施した。
【００５５】
さらに、予め用意したペンタセン単結晶からなる有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３を、疎水処理１０７を施したゲート絶縁層１０２の表面に貼り付けた。このペンタセン単結晶を得る方法については後述する。
【００５６】
最後に、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の両側面にそれぞれ金ペーストを接着し乾燥させることにより、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６を形成して、サイドエッジコンタクト型有機トランジスタを得た。
【００５７】
（ペンタセン単結晶からなる有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の製法）
ここで、ペンタセン単結晶からなる有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の製法を以下、説明する。
【００５８】
まず、ペンタセン粉末をアルドリッチから購入し、市販のガラスチューブオーブン（アズワン製）を用いて、３回昇華精製を行った。
【００５９】
次に、図５に示される単結晶作成装置を用いて単結晶を作製した。なお、アルゴンガスをキャリアーガスとして単結晶作成装置に導入した。
【００６０】
単結晶作成装置は、外側ガラス管１およびこの外側ガラス管１を取り巻く電気炉からなるヒータ５を備えている。
【００６１】
外側ガラス管１の内部には、一端（左端）から他端（右側）にアルゴンなどの不活性ガスが流される。ただし、アルゴン以外の不活性ガスを用いてもよく、ヒータ５による加熱により昇華するペンタセンが外側ガラス管１を右方向に流れる限り、外側ガラス管１の内部を真空にしても良い。
【００６２】
外側ガラス管１の上流側にはガラスボート２が備え付けられている。下流側には複数の内側ガラス管４が備え付けられている。なお、ガラスボート２および内側ガラス管４は、外側ガラス管１の内部に備え付けられている。
【００６３】
ガラスボート２にペンタセン原料３を投入し、アルゴンガスを外側ガラス管１の内部に流しながら、ヒータ５に温度分布を持たせるようにして外側ガラス管１を加熱した。外側ガラス管１の上流側を３２０℃に、下流側を２７０℃に設定した。
【００６４】
このようにして、ペンタセン原料３の部分を加熱し、ペンタセン原料３を昇華させた。ヒータ５に与えられた温度勾配により、ペンタセン原料３から昇華したペンタセンはアルゴンガスにより内側ガラス管４の内面に析出することにより、有機単結晶７（単結晶層Ｂ）を作製した。
【００６５】
なお、原料３中に含まれる不純物６は内側ガラス管４よりもさらに下流側、すなわち単結晶層Ｂが析出するよりさらに温度が低いところに析出した。
【００６６】
得られた有機単結晶７（単結晶層Ｂ）は、縦２０〜１００μｍ、横２０〜１０００μｍ、厚さ０．１μ〜数十μｍのペンタセン単結晶（単結晶層Ｂ）であった。
【００６７】
（サイドエッジコンタクト型有機トランジスタの評価）
以上のように作製されたサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタの測定を大気中で行った。
【００６８】
図６および図７に実験結果を示す。
【００６９】
図６は、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）が−２Ｖである際のゲート電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）の変化を示している。
【００７０】
図６に示すように、ゲート電圧（Ｖｇ）が絶対値に換算して６Ｖ以上であれば、ドレイン電流（Ｉｓｄ）がほぼ飽和している。
【００７１】
このことから、このサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタは、ゲート電圧（Ｖｇ）が絶対値に換算して６Ｖという非常に小さな電圧印加で駆動可能、すなわちＯＮ／ＯＦＦスイッチが可能である。
【００７２】
図７には、ゲート電圧（Ｖｇ）を−２Ｖ、−４Ｖ、−６Ｖ、−８Ｖ、−１０Ｖに変化させた際の、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）の変化が示されている。
【００７３】
図７に示すように、ゲート電圧（Ｖｇ）を−６Ｖに設定した際には、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）の絶対値が２Ｖ以上である場合には、ドレイン電流（Ｉｓｄ）の飽和が観測されている。
【００７４】
同様にゲート電圧（Ｖｇ）を−８Ｖおよび−１０Ｖに設定した際には、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）の絶対値がそれぞれ３Ｖ以上および５Ｖ以上である場合には、ドレイン電流（Ｉｓｄ）の飽和が観測されている。
【００７５】
すなわち、実施例１のサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタは、図６に示すように、従来例（図４参照）に比べ低電圧（絶対値に換算して２０Ｖ〜６Ｖ、好ましくは１０Ｖ〜６Ｖ）で駆動することができることを示している。
【００７６】
さらに、図７から理解されるように、トップコンタクト型（図１）構造で観測される非線形的な特性（第１４２回  ＪＯＥＭ・応用物理学会Ｍ＆ＢＥ分科会講演要旨集）も抑制されていることも明らかである。
【００７７】
同様に、第１４２回  ＪＯＥＭ・応用物理学会Ｍ＆ＢＥ分科会講演要旨集にも記載されているように、ボトムコンタクト型（図２）ではボトム電極と結晶間の接触による電気的接合が不十分のため有効チャネル部の幅が不確定となることが報告されているが、このサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタは、ボトムコンタクト型（図２）とは異なり、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の両側面にソース電極１０５およびドレイン電極１０６が形成されるため、ボトムコンタクト型（図２）の課題も解決できることが明らかである。
【００７８】
（比較例１）
次に、サイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタが有する有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の効果を検証するために、以下、比較例１として特許文献２で開示されている結晶膜Ａを有する有機トランジスタと、実施例１のサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタとを比較した。
【００７９】
結晶膜Ａと単結晶層Ｂの状態についてＳＥＭ観察の実験結果を図８および図９に示す。
【００８０】
図８は結晶膜Ａを示し、ペンタセンを蒸着法により製膜した結晶膜である。
【００８１】
図８に示されるように、ペンタセン蒸着膜などは、いわゆるポリクリスタル（多結晶体）や微結晶の集合体から構成されていることが明らかである。
【００８２】
また、結晶膜Ａは、微結晶間の粒界や欠陥が多数存在し、これらが原因で電気特性やその他の物性にさまざまな影響を与えることが知られている。
【００８３】
例えば、蒸着膜（結晶膜Ａなど）では、その欠陥や粒界のために、ガス吸着により電気抵抗が変化すること等がデバイス特性の一つの課題としてあげることもできる。
【００８４】
すなわち、結晶膜Ａでは、分割された複数のドメインが存在し、そしてその表面には凹凸が存在する。
【００８５】
これに対して、図９に示した、ペンタセンからなる有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３は、ＳＥＭ観察から見ても凹凸がないフラットな表面形態であることが明らかである。
【００８６】
すなわち、単結晶層Ｂには、分割された複数のドメインが存在せず、そしてその表面には凹凸が存在しない。ここで図９の単結晶層Ｂは実験例１で記載した方法により作製した。
【００８７】
以上の通り、結晶膜Ａと単結晶層Ｂとは明らかに異なり、これらの違いがデバイス特性にも影響を与えることは容易に推測できることである。
【００８８】
以上のことから、本明細書において用いられる用語「結晶膜Ａ」は、「分割された複数のドメインが存在し、そしてその表面には凹凸が存在する結晶膜」と定義される。
【００８９】
本明細書において用いられる用語「有機単結晶（単結晶層Ｂ）」は、「分割された複数のドメインが存在せず、そしてその表面には凹凸が存在しない単結晶膜」と定義される。
【００９０】
次に、特許文献２の引用実験データを図４に示す。
【００９１】
図４に示すように、特許文献２で用いられているような蒸着膜、すなわち結晶膜Ａを用いたトランジスタ特性では、図４に示すようにドレイン電流（図４ではＩＤ）の飽和には、ドレイン電圧（図４ではＶＤ）は絶対値に換算して約２０Ｖ以上必要であり、さらにドレイン電流（ＩＤ）の増加のためにはゲート電圧（Ｖｇ）は絶対値にして３０Ｖ以上の電圧が必要であることが開示されている。
【００９２】
これに対して、単結晶層Ｂを用いたサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタでは、実験例１で示したように、絶対値に換算して６Ｖ以上２０Ｖ以下（好ましくは１０Ｖ以下）のゲート電圧で駆動可能、すなわち、ＯＮ状態とＯＦＦ状態に対応するドレイン電流の増加および減少を、１０Ｖ以下であっても（６Ｖ以上であれば）制御できる。
【００９３】
（比較例２）
次に、比較例２として、単結晶層Ｂを用いたトップコンタクト型（図１）の実験結果を図１０に示す。
【００９４】
シリコン基板をゲート電極２１として用い、そのゲート電極２１の上部にゲート酸化膜２２としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）をプラズマＣＶＤ法で５００ｎｍ形成した。
【００９５】
次に、ゲート絶縁層２２の上部にヘキサメチルジシラザン（信越化学製）をスピンコートしてゲート絶縁層２２の表面に疎水処理を施した。
【００９６】
さらに、実施例１に記述したのと同様の製法で別途用意したペンタセン単結晶（単結晶層Ｂ）２３を、疎水処理を施したゲート絶縁層２２の上部に貼り付けた。
【００９７】
最後に、ペンタセン単結晶（単結晶層Ｂ）２３の表面にソース電極２４およびドレイン電極２５を形成して、トップコンタクト型有機半導体トランジスタを得た。
【００９８】
以上のように作製された比較例１のトップコンタクト型有機半導体トランジスタの実験結果を図１０に示す。
【００９９】
図１０より、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）が絶対値で０Ｖ〜約１０Ｖである範囲において、非線形的にドレイン電流（Ｉｓｄ）が変化していることが明らかである。
【０１００】
この非線形性は第１４２回  ＪＯＥＭ・応用物理学会Ｍ＆ＢＥ分科会講演要旨集でも指摘されているように、トップコンタクト型有機半導体トランジスタでは、有機単結晶（単結晶層Ｂ）の厚さ方向が寄生抵抗として寄与していることが原因で生じると考えられている。
【０１０１】
寄生抵抗が存在することは、トランジスタの駆動電圧が、寄生抵抗が存在しないものに比べ増大（絶対値に換算して）してしまうことになり、トランジスタ特性としては好ましくない。
【０１０２】
一方、実施例１のサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタは、図７に示されるように、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）が絶対値で５Ｖ以下の範囲においても非線形性が見られず、寄生抵抗が抑制されたトランジスタ特性であることが明らかである。
【０１０３】
（実験例２）
実験例１において、ゲート絶縁層上部の表面処理を施さないこと以外は実験例１と同様の操作で本発明の有機半導体トランジスタを作製しトランジスタ特性を評価した。
【０１０４】
結果は図１９に示す。
【０１０５】
実験例１と同様に、ゲート電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化について、非線形的な特性は示さず、すなわち寄生抵抗が生じず、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）印加またはゲート電圧（Ｖｇ）印加によりドレイン電流（Ｉｓｄ）の増加が電圧の絶対値で１０Ｖ以下の低い電圧で駆動できる優れた有機トランジスタが作製できた。
【０１０６】
（実施の形態２）
図１３および図１４は、実施の形態２におけるサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタの上から見た構造図および断面構造図である。
【０１０７】
実施の形態２は、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６が実施の形態１とは異なる以外は、基本的に実施の形態１と同じである。
【０１０８】
この実施の形態２では、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６は、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の表面からゲート絶縁層１０２との間の界面までを貫通している。
【０１０９】
このようなソース電極１０５およびドレイン電極１０６の製法は以下の通りである。すなわち、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の表面からゲート絶縁層１０２との間の界面まで、少なくとも２つ以上の微細な孔をフォトリソグラフィー法やレーザー加工法などにより形成し、この孔を導電性材料（例えば、金属含有ペースト）により充填する。
【０１１０】
ソース電極１０５およびドレイン電極１０６の形状（平面視）は丸でも長方形でもよく、望まれる用途、特性に応じ選ばれることが可能である。なお、図１３ではこの形状は丸である。
【０１１１】
この実施の形態２では、１つの有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３に対して、２以上のサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタが形成され得る。
【０１１２】
図１４には、合計４組のソース電極１０５ａ〜ｄ・ドレイン電極１０６ａ〜ｄ、４つのサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタが形成されている。
【０１１３】
２以上のサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタは、それぞれ電気的には独立しているが、１つのゲート電極１０１を共有するため、いずれも同時にオン・オフする。
【０１１４】
図１４では、すべてのソース電極１０５・ドレイン電極１０６が有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の表面からゲート絶縁層１０２との間の界面までを貫通しているが、実施の形態１のように、一部のソース電極１０５・ドレイン電極１０６が有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の側面に形成されていても良い。
【０１１５】
このようなサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタもまた、実施の形態１と同様、低電圧で駆動させることができる。
【０１１６】
（実施の形態３）
図１５は、実施の形態３におけるサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタの断面構造図である。
【０１１７】
実施の形態３は、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３の上部にスパッタ法により厚みが数十〜数百ｎｍであるＳｉＯ2からなる上部絶縁層１０８を形成したこと以外は、実施の形態２と同じである。
【０１１８】
このようなサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタもまた、実施の形態１と同様、低電圧で駆動させることができる。
【０１１９】
（実施の形態４）
図１６は、実施の形態５におけるサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタの断面構造図である。
【０１２０】
実施の形態４は、少なくとも２つ以上の金属電極を、有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３から差し込んでゲート絶縁層１０２との間の界面まで貫通させてソース１０５およびドレイン電極１０６を形成すること以外は実施の形態２と同様である。
【０１２１】
この実施の形態４では、図１６に示すように、金属電極の先端が尖っている。
【０１２２】
このようなサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタもまた、実施の形態１と同様、低電圧で駆動させることができる。
【０１２３】
（実施の形態５）
図１７は、実施の形態５におけるサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタの断面構造図である。
【０１２４】
実施の形態６では、実施の形態５に係るサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタの表面に、フィルム状の上部絶縁体１０９が備えられている。
【０１２５】
ゲート絶縁層１０２と、フィルム状の絶縁体１０９との間に有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３が挟み込まれており、このフィルム状の絶縁体１０９の表面から有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３を貫通させるようにソース電極１０５およびドレイン電極１０６が形成されている。
【０１２６】
このようなサイドエッジコンタクト型有機半導体トランジスタもまた、実施の形態１と同様、低電圧で駆動させることができる。
【０１２７】
（実験例３）
ドーピングされたｎ型シリコン基板をゲート電極１０１として用い、そのゲート電極１０１の上部に、ゲート酸化膜１０２として厚み５００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）をプラズマＣＶＤ法で形成した。
【０１２８】
次に、ゲート絶縁層１０２の上部にヘキサメチルジシラザン（信越化学製）をスピンコートしてゲート絶縁層１０２の表面に疎水処理１０７を施した。
【０１２９】
さらに、ペンタセン単結晶（単結晶層Ｂ）を、疎水処理を施したゲート絶縁層の上部に貼り付け、その上部にスパッタ法によりＳｉＯ2を１００ｎｍ堆積し、絶縁層（上部）とした。
【０１３０】
なお、このペンタセン単結晶（単結晶層Ｂ）は、実施例１に記載されている方法と同一の方法により得た。
【０１３１】
有機単結晶部（単結晶層Ｂ）１０３の表面からゲート絶縁層１０２との間の界面までを貫通する複数の微細な孔を設けるために、フォトリソグラフィー法により、ゲート絶縁層１０２の表面のＳｉＯ2をドライエッチングして０．６μｍφの孔を有するハードマスクを形成し、Ｏ2プラズマ（ＲＦパワー２００Ｗ、真空度１５０ｍｔｏｒｒ、Ｏ2（５５ＳＣＣＭ）によって有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３をエッチングし、複数の微細な孔を形成した。
【０１３２】
ここで、ＳｉＯ2のドライエッチングでは、ＲＦパワー３３０Ｗ、真空度８０ｍｔｏｒｒ、ＣＨＦ3（３０ＳＣＣＭ）およびＣＦ４（１０ＳＣＣＭ）の混合ガスを使用した。
【０１３３】
また、Ｏ2プラズマを使用することにより、有機材料はエッチングされるが、ゲート絶縁層１０２はＳｉＯ2により形成されているのでエッチングされなかった。このエッチングの違いを利用して複数の微細な孔が形成された。
【０１３４】
次に、形成された複数の微細な孔に金ペーストを充填することにより、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６を形成した。
【０１３５】
この素子においてトランジスタ特性を評価したところ、結果は実験例１と同様に、ゲート電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化について、非線形的な特性は示さず、ドレイン電流の直線領域と飽和領域が明瞭に観測され、トランジスタ特性として低電圧で駆動できることがわかった。
【０１３６】
（その他の事項）
実施の形態１〜５記載のゲート電極はドーピングされたシリコンウエハー基板で記載したが、例えば、公知の技術のプラスチックのようなフレキシブルな基板に金などをスパッタ法によりゲート電極１０１を形成し、本発明の構成にしてもよく、用途に応じてゲート電極１０１を形成する基板を選択すればよい。
【０１３７】
ゲート絶縁層１０２の表面の疎水処理１０７をする方法としては、例えばヘキサメチルジシラザンなどをスピンコートなどで塗布し、ゲート絶縁層１０２表面を疎水処理する方法が挙げられる。無論、用途や作製法に応じて表面処理材料が選択できる。
【０１３８】
ゲート絶縁層１０２の疎水処理１０７には、クロロシラン系、例えば、メチルトリクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリフロロプロピルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、また、ヘキサメチルジシラザン、さらに、アルコキシシラン系では、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシランなどを用いることができ、好ましくはヘキサメチルジシラザンを用いる。
【０１３９】
実施の形態１〜実施の形態５においてゲート電極１０１上のゲート絶縁層１０２および前記有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３上部に設けられた上部絶縁層１０８・１０９に用いる材料は、Ｓｉを主成分とする化合物、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、などやそれら混晶あるいは混合物の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、パリレン、ポリクロロピレン、ポリビニルクロライド、ポリフッカビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、エポキシ樹脂、ポリスチレン、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂、脂肪族系炭化水素樹脂系、天然ゴム、ワックス、ポリ乳酸系、プルラン系などの有機材料から選ばれる。ＳｉＯ2およびポリイミドが好ましい。
【０１４０】
前記、実施の形態１〜実施の形態６においてソース電極１０５およびドレイン電極１０６は、当初は液状であるが時間経過後に固化するものが好ましい。
【０１４１】
具体的には、金ペーストなどが好ましいが、銀、銅、白金、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン、マグネシウム、リチウム、パラジウム、コバルト、錫、ニッケル、インジウム、タングステン、ルテニウム等の金属およびペースト状のものが挙げられ、これらを単独または合金や混合して使用できることができる。
【０１４２】
炭素系、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、錫酸化物等も選択できるが、環境負荷がより小さいものが好まれる。
【０１４３】
形成法としては塗布法、活版印刷法、スクリーン印刷法、インクジェツト法、スパッタ法、真空蒸着法、メッキ法などに形成されることができるが、望ましくはインクジェツト法や塗布、印刷法がよい。
【０１４４】
ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子または導電性オリゴマーを塗布法、電界重合法で形成してもよい。
【０１４５】
ソース電極１０５およびドレイン電極１０６と有機単結晶（単結晶層Ｂ）１０３との間に良好なコンタクトを得るために、電子輸送材料やホール輸送材料などのバッファー層を設けてもよい。
【０１４６】
導電性で生分解可能な材料が用いることも可能で、このような材料としては、例えば、ポリ乳酸系やプルラン系材料にカーボンやカーボンナノチューブ粒子あるいは金属等を混合させて導電性を持たせた材料などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明に係る有機半導体トランジスタは、従来の有機半導体トランジスタと比較邸、低電圧でスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）ができるため、ディスプレイ装置の駆動部や各種電子機器あるいはロボット等の駆動部等として有用である。
【０１４８】
このほか、情報タグやＩＣ等の用途にも応用できる。さらに、匂い、味覚、聴覚、視覚、触覚などの五感センサー等に応用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】従来の素子構造であり、トップコンタクト型と称される有機トランジスタの断面構造模式図
【図２】従来の素子構造であり、ボトムコンタクト型と称される有機トランジスタの断面構造模式図
【図３】従来の素子構造であり、トップ＆ボトムコンタクト型と称される有機トランジスタの断面構造模式図
【図４】特許文献２の図７より引用した従来のトランジスタ特性の図
【図５】有機単結晶（単結晶層Ｂ）作製装置模式図
【図６】実験例１に係る本発明の有機トランジスタ特性（ゲート電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化）を示す図
【図７】実験例１に係る本発明の有機トランジスタ特性（ドレイン電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化）を示す図
【図８】ペンタセン蒸着膜（結晶膜Ａ）のＳＥＭ観察写真
【図９】ペンタセン蒸着膜（単結晶層Ｂ）のＳＥＭ観察写真
【図１０】比較例１に係るトップコンタクト型有機トランジスタの特性（ドレイン電圧（Ｖｓｄ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化）を示す図
【図１１】実施の形態１に係る本発明の有機半導体トランジスタの断面図
【図１２】実施の形態１に係る本発明の有機半導体トランジスタの断面図
【図１３】実施の形態２に係る本発明の有機半導体トランジスタの平面図
【図１４】実施の形態２に係る本発明の有機半導体トランジスタの断面図
【図１５】実施の形態３に係る本発明の有機半導体トランジスタの断面図
【図１６】実施の形態４に係る本発明の有機半導体トランジスタの断面図
【図１７】実施の形態５に係る本発明の有機半導体トランジスタの断面図
【図１８】従来のボトムコンタクト型素子の課題を示す断面図
【図１９】実験例２に係る本発明の有機トランジスタ特性（ドレイン電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化）を示す図
【符号の説明】
【０１５０】
１・・・ガラス管（外管）
２・・・ガラスボート
３・・・有機単結晶（単結晶層Ｂ）の原料
４・・・ガラス管（内管）
５・・・ヒータ
６・・・不純物
７・・・有機単結晶（単結晶層Ｂ）
２１・・・ゲート電極
２２・・・ゲート絶縁層
２３・・・有機半導体材料からなるチャネル部
２４・・・ソース電極
２５・・・ドレイン電極
１０１・・・ゲート電極
１０２・・・ゲート絶縁層
１０３・・・有機単結晶（単結晶層Ｂ）
１０４・・・界面エッジ
１０５・・・ソース電極
１０６・・・ドレイン電極
１０７・・・疎水処理表面
１０８・・・絶縁層（上部）
１０９・・・フィルム状の絶縁体
【図１】
2007019382.tif 000003
【図２】
2007019382.tif 000004
【図３】
2007019382.tif 000005
【図４】
2007019382.tif 000006
【図５】
2007019382.tif 000007
【図６】
2007019382.tif 000008
【図７】
2007019382.tif 000009
【図８】
2007019382.tif 000010
【図９】
2007019382.tif 000011
【図１０】
2007019382.tif 000012
【図１１】
2007019382.tif 000013
【図１２】
2007019382.tif 000014
【図１３】
2007019382.tif 000015
【図１４】
2007019382.tif 000016
【図１５】
2007019382.tif 000017
【図１６】
2007019382.tif 000018
【図１７】
2007019382.tif 000019
【図１８】
2007019382.tif 000020
【図１９】
2007019382.tif 000021