(57)【要約】【課題】  有機薄膜トランジスタにおいて、印刷法により形成されたソース・ドレイン電極は、フォトリソグラフィーにより形成された金などのソース・ドレイン電極に比べて有機半導体との接触抵抗が大きく、十分なオン電流が得られないためにオンオフ比は小さくなる。特性の良いトランジスタ特性を得るためには、オフ電流を小さく抑え、且つ半導体との接触抵抗を低減する必要がある。【解決方法】  本発明の有機薄膜トランジスタは、特に印刷法により形成されたソース・ドレイン電極１４を有し、有機半導体層１５の膜厚を５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下と厚くすることでソース・ドレイン電極１４との接触面積を大きくし、接触抵抗を下げ、十分なオン電流を得られ、且つ高いオンオフ比が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極および有機半導体層が形成された有機薄膜トランジスタにおいて、該有機半導体層の厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記有機半導体層の厚さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ソース・ドレイン電極が印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記印刷法がスクリーン印刷であることを特徴とする請求項３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記有機半導体層が印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記印刷法がインクジェット法、ディスペンサ、反転オフセット印刷の何れかであることを特徴とする請求項５に記載の有機薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子ペーパーやＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ等が注目されており、低コスト化、フレキシブル化、軽量化などが必要とされている。これらの観点から、半導体としてシリコンなどの無機半導体に代わる有機半導体の研究が盛んに行われている。一般に有機半導体を用いる場合、液体でのプロセスが可能となるため大面積化、印刷法の適用、プラスチック基板の利用などといった利点が挙げられる（非特許文献１参照）。
【０００３】
このため印刷法を用いたトランジスタ、特には有機トランジスタが注目されている。この方法が注目されているのは、以下の理由による。
【０００４】
低温での加工が可能であるので基材に樹脂フィルムを用いることが可能である。また、半導体が有機物であるので、これを溶媒に溶解した溶液を用いて半導体層のパターンを形成することが可能であるため、高温、高真空プロセスが不要となり、低コストでトランジスタを作製することが可能となる。
【０００５】
溶液から半導体層を形成するには、スピンコート法やディップ法、インクジェット法などの方法が挙げられる。このうち、スピンコート法やディップ法ではトランジスタを複数配置したトランジスタアレイにおいて、素子間の半導体層中を電流が流れてしまうため、オフ状態での電流値が大きくなり、オンオフ比が低下してしまう問題がある。
【０００６】
オフ電流を小さく保つためには、素子分離のほかに半導体層の厚さを薄くすることで克服できる。有機半導体層の実効的な厚みは約３ｎｍであるという見積りがなされており（非特許文献２）、それ以上の膜厚はオフ電流を増加させる要因となる。
【０００７】
一方で、低コスト化やフレキシブル化を実現する上では、半導体のみでなく電極や絶縁膜も印刷法などで形成されることが望ましい。印刷法を用いた電極の形成では、導電性高分子や金属コロイド溶液などを用いた電極パターンの形成に関する研究も行われている（非特許文献３）。
【０００８】
しかしながら、一般的に印刷法により形成されたソース・ドレイン電極は、フォトリソグラフィーにより形成された金などのソース・ドレイン電極に比べて有機半導体との接触抵抗が大きく、十分なオン電流が得られないためにオンオフ比は小さくなる。
【非特許文献１】Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｖｏｌ．２６５、１６８４（１９９４）
【非特許文献２】Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈ．  Ｐａｐｅｒｓ  ｏｆ  ＡＭ−ＬＣＤ０４，３１（２００４）
【非特許文献３】Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  Ｖｏｌ．２７９、４３８（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
印刷法により形成されたソース・ドレイン電極を用いて特性の良いトランジスタ特性を得るためには、オフ電流を小さく抑え、且つ半導体との接触抵抗を低減する必要がある。
【００１０】
本発明はそのような事情に鑑みてなされたものであり、特に印刷法により形成されたソース・ドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、十分なオン電流を得られ、且つ高いオンオフ比が得られる有機薄膜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】
【００１１】
本発明者らは検討の結果、有機半導体層の膜厚を厚くすることでソース・ドレイン電極との接触面積を大きくし、接触抵抗を下げることにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、絶縁性の基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極および有機半導体層が形成された有機薄膜トランジスタにおいて、該有機半導体層の厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする有機薄膜トランジスタである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記有機半導体層の厚さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタである。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記ソース・ドレイン電極が印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタである。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記印刷法がスクリーン印刷であることを特徴とする請求項３に記載の有機薄膜トランジスタである。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記有機半導体層が印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタである。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記印刷法がインクジェット法、ディスペンサ、反転オフセット印刷の何れかであることを特徴とする請求項５に記載の有機薄膜トランジスタである。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば有機半導体層の膜厚を厚くすることでソース・ドレイン電極との接触面積を大きくし、接触抵抗を下げることで十分なオン電流を得られ、且つ高いオンオフ比が得られるため、理想的なトランジスタ特性を得られることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明の実施形態における有機半導体層の膜厚としては、用いる有機半導体材料や電極材料、電極形成法により最適膜厚は異なるが、概ね５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下が望ましい。スクリーン印刷によりソース・ドレイン電極を形成した場合、用いるペーストやスクリーン版によりばらつきはあるが、算術平均粗さＲａは概ね１ミクロン前後、十点平均値は１０ミクロン前後になることがある。そのため、ボトムコンタクト型素子において有機半導体とソース・ドレイン電極の接触面積を大きくし、オン電流を大きくするためには、有機半導体層の膜厚は厚い方が好ましい。しかしながら、上述のようにオフ電流の観点からは有機半導体の膜厚は薄いほうが好ましいため５００ｎｍ以下が望ましい。
【００２０】
本発明の実施形態におけるトランジスタの構造としては、ボトムコンタクト型であれば特に限定されるものではなく、ボトムゲート・ボトムコンタクト（プレーナー）型、トップゲート・ボトムコンタクト（スタガー）型の基本構造に用いることが出来る。
【００２１】
本発明の実施形態における基板に用いる材料は、特に限定されるものではなく、一般に用いられる材料として、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネートなどのフレキシブルなプラスチック材料、石英などのガラス基板やシリコンウェハーなどがある。しかしながら、フレキシブル化や各プロセス温度などを考慮すると、基板としてＰＥＮやポリイミドなどを用いることが望ましい。また、必要に応じてバリア層などを設けることも出来る。
【００２２】
本発明の実施形態において、電極材料として用いられる材料は特に限定されるものではないが、一般に用いられる材料には金、白金、ニッケル、インジウム錫酸化物などの金属あるいは酸化物の薄膜；ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）やポリアニリンなどの導電性高分子；金、銀、ニッケルなどの金属コロイド粒子を分散させた溶液若しくは銀などの金属粒子を導電材料として用いた厚膜ペーストなどがある。また、電極の形成方法としては特に限定されるものではなく、蒸着やスパッタなどの乾式成膜法も考えられる。しかしながら、フレキシブル化、低コスト化などを考慮するとスクリーン印刷、反転オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット法などの湿式成膜法により形成することが望ましい。特にスクリーン印刷のように電極が厚膜となる場合に、本発明の効果は顕著である。
【００２３】
本発明の実施形態において、ゲート絶縁膜として用いられる材料は特に限定されるものではないが、一般に用いられる材料にはポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどの高分子溶液、アルミナやシリカゲルなどの粒子を分散させた溶液などがある。また、ＰＥＴやＰＥＮ、ＰＥＳなどの薄膜フィルムをゲート絶縁膜として用いることも出来る。
【００２４】
本発明の実施形態において、有機半導体として用いられる材料は特に限定されるものではないが、一般に用いられる材料にはポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセンおよびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料を用いることができるが、溶媒に可溶な材料を用いることが好ましい。但し、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物や半導体ナノ粒子分散液なども半導体材料として用いることができる。有機半導体の印刷方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、ディスペンサおよびインクジェット法など、公知の方法を用いることが出来る。一般に、上記の有機半導体に関しては、溶剤に対する溶解度が低いため、低粘度溶液の印刷に適した反転オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット法、ディスペンサを用いることが望ましい。
【００２５】
本発明の実施形態において、封止層や遮光層を必要に応じて用いることも出来る。
【００２６】
図１は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造工程の一例を説明するための図である。図１（ａ）において、絶縁性の基板１１上に、まず、ゲート電極１２を設け、その上に図１（ｂ）に示すようにダイコーター３１を用いてゲート絶縁膜材料２１を矢印方向に塗布し、乾燥し、ゲート絶縁膜１３を設ける。次に、図１（ｃ）に示すようにスクリーン印刷機３２を用い、ソース・ドレイン電極材料２２をスクリーン印刷法により印刷し、乾燥し、ソース・ドレイン電極１４を形成する。続いて、図１（ｄ）に示すように、ディスペンサ３３を用いて有機半導体材料２３を吐出し、乾燥して有機半導体層１５を形成する。最後に図１（ｅ）に示すように、封止層１６を形成し、本発明の有機薄膜トランジスタが得られる。なお本発明の有機薄膜トランジスタは図１の形態に制限されず、ゲート絶縁膜１３やソース・ドレイン電極１４の形成方法は、上記以外の方法を採用できることは勿論である。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
【００２８】
（実施例１）
本実施例では、ボトムゲート・ボトムコンタクト型素子の作製方法を示す。基板としてポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ、帝人デュポン製）を用いた。真空蒸着法によりアルミニウムを全面に５０ｎｍ製膜、フォトリソグラフィー、ウェットエッチング、レジスト剥離によりゲート電極を形成した。ゲート絶縁膜として、ポリイミド（三菱ガス化学製ネオプリム）をダイコーターにより塗布、１８０℃で１時間乾燥させてゲート絶縁膜を形成した。ソース・ドレイン電極材料として銀ペースト（住友電工製）を用い、スクリーン印刷により印刷、１８０℃で１時間乾燥させてソース・ドレイン電極を形成した。有機半導体材料としてフルオレンビチオフェン共重合体（Ｆ８Ｔ２）を用いてディスペンサにより印刷、９０℃で９０分真空乾燥させて有機半導体層を形成した。このとき、有機半導体層の膜厚は５８ｎｍであった。しかる後、封止層としてフッ素樹脂（旭硝子製サイトップ）をスピンコートにより製膜、９０℃で３時間乾燥させた。この素子のトランジスタ特性を表１に示す。この結果、良好なトランジスタ特性を得ることが出来た。
【００２９】
（実施例２）
本実施例では、有機半導体層の膜厚が１３９ｎｍである以外は、実施例１と同様である。この素子のトランジスタ特性を表１に示す。この結果、良好なトランジスタ特性を得ることが出来た。
【００３０】
（比較例１）
本比較例では、有機半導体層の膜厚が３７ｎｍである以外は、実施例１と同様である。この素子のトランジスタ特性を表１に示す。この結果、良好なトランジスタ特性を得ることが出来なかった。
【００３１】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の有機薄膜トランジスタは、十分なオン電流を得られ、且つ高いオンオフ比が得られ、トランジスタ特性が非常に良好であるので、電子ペーパーやＲＦＩＤタグ等、各種用途に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造工程の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１……基板、１２……ゲート電極、１３……ゲート絶縁膜、１４……ソース・ドレイン電極、１５……有機半導体層、１６……封止層、２２……ソース・ドレイン電極材料、
２３……有機半導体材料、３１……ダイコーター、３２……スクリーン印刷機、３３……ディスペンサ。
【図１】
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