(57)【要約】【課題】可とう性、耐熱性、低消費電力性、高動作速度性のそれぞれの性能を有効に発揮することができ、移動度、オン・オフ比、ドリフト特性のいずれも優れた有機半導体装置を提供する。【解決手段】基材２の表面に、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及びドレイン電極７を有する有機半導体装置であって、ゲート絶縁層４は、３００℃未満の温度で硬化させたポリイミドからなることを特徴とする有機半導体装置１である。【選択図】図１
2007012986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機半導体装置であって、
前記ゲート絶縁層が、３００℃未満の温度で硬化させたポリイミドからなることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項２】
前記ゲート絶縁層の表面粗さＲＭＳが１．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の有機半導体装置。
【請求項３】
前記ポリイミドが、次の一般式で表されるポリイミド
【化１】
2007012986.tif 000010
（但し、式中Ｒ１は４価の有機基を、Ｒ２は２価の有機基を表し、Ｒ１の有機基のうち５０ｍｏｌ％以上が、次の一般式で表されるビフェニルエーテルカルボン酸
【化２】
2007012986.tif 000011
に由来する基であり、
Ｒ２の有機基のうち５０〜９９ｍｏｌ％が、次の一般式で表されるジアミン化合物
【化３】
2007012986.tif 000012
（但し、式中、Ｘは−ＣＨ２−、−Ｏ−、−Ｃ（ＣＨ３）２−、−ＳＯ２−又は−Ｃ（ＣＦ３）２−を表し、Ｙは水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４の脂肪族炭化水素基を表し、ｍは１〜４である。）に由来する基であり、
Ｒ２の有機基のうち５０〜１ｍｏｌ％が、次の一般式で表されるジアミノシロキサン
【化４】
2007012986.tif 000013
（但し、式中、Ｒ３及びＲ４は２価の有機基を、Ｒ５〜Ｒ８はそれぞれ１価炭化水素基を表し、ｌは０〜１２の整数を表す。）に由来する基であり、ｎは５〜１００の整数である。）であることを特徴とする請求項１又は２記載の有機半導体装置。
【請求項４】
前記有機半導体装置の表面に、有機半導体素子を外部環境から保護する保護層を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の有機半導体装置。
【請求項５】
前記保護層が、パリレンからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の有機半導体装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の有機半導体装置を、アニーリング処理してなることを特徴とする有機半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可とう性、耐熱性、低消費電力性、高動作速度性に優れ、低コストで製造可能な有機半導体装置に関し、特に、ゲート絶縁層に所定のポリイミドを用いた有機半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体を用いた電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等の有機半導体装置は、フレキシブルディスプレイ等への応用が期待されている。このようなフレキシブルディスプレイに用いるＦＥＴは、有機半導体とゲート絶縁層とに挟持されたゲート電極に電圧を印加し、有機半導体層の空乏層を変調し、ソース電極とドレイン電極に流れる電流を変化させることにより駆動するものである。
【０００３】
ここで、有機半導体装置のゲート絶縁層は、これまでＳｉＯ２やＳｉＮ、ガラス等の無機材料を用いて形成されてきた。しかしながら、フレキシブルディスプレイ等に応用するためには可とう性のある材料であることが好ましく、ポリビニルフェノールやポリイミドを材料としてゲート絶縁層を形成することが検討されるようになってきた（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００４】
ポリイミドは、優れた耐熱性、絶縁性、塗膜の平坦性を有するため、半導体素子の絶縁保護膜、多層配線の層間絶縁膜、メモリ素子のα線シールド膜、フレキシブル回路基材等として広く使用されており、有機半導体装置におけるゲート絶縁層としても期待されている。
【特許文献１】特開平５−１１００６９号公報
【特許文献２】特開２００４−２００３０４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、これまで用いられてきたポリイミドは、硬化温度が３００℃以上と高く、その他の高分子材料とはコンパチビリティが低いため、使用することができる基材等の材料が制限されてしまい、有機半導体装置に用いる材料としては不十分なものであった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、可とう性、耐熱性、低消費電力性、高動作速度性のそれぞれの性能を有効に発揮することができる有機半導体装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ね、検討した結果、所定のポリイミド組成物が上記目的を達成することを見いだし、本発明を完成したものである。
【０００８】
すなわち、本発明の有機半導体装置は、基材の表面に、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機半導体装置であって、ゲート絶縁層は、３００℃未満の温度で硬化させたポリイミドからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有機半導体装置によれば、ゲート絶縁層を所定のポリイミドを用いて形成することで、可とう性、耐熱性、低消費電力性、高動作速度性及びオン・オフ比の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の有機半導体装置の構成を示した概略断面図である。
【００１１】
図１に示したように、本発明の有機半導体装置１は、基材２の表面に、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及びドレイン電極７を有するものであり、この構成は従来の有機半導体装置と同様である。
【００１２】
ここで、基材２としては、絶縁性の材料、例えば、ガラス、アルミナ焼結体等の無機材料や、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリエチレンナフタレート等の有機材料を用いて形成することができる。
【００１３】
有機材料をフィルム状に形成した高分子基材を用いると、軽量でフレキシブルな有機半導体装置を製造することができる点で好ましく、この有機材料としては、特にポリエチレンナフタレートであることが好ましい。ポリエチレンナフタレートは、平滑性に優れ、フィルム状（例えば、１０μｍ程度の厚さ）に形成しても適度なコシがあり、ガス透過性が低く、安価な材料であり、好ましい多くの性質を有しているが、耐熱性が１９０℃であるため、これまではあまり使用されていなかった。しかし、本発明の中でも１９０℃以下の加熱で得られるポリイミドを用いた組み合わせでは極めて相性がよく優れたものである。
【００１４】
この基材２の厚さは、特に限定されずに用いることができるが、フレキシブルディスプレイ、電子人工皮膚、シート型スキャナ等の可とう性を有する製品へ適用する場合を考慮すると、１〜３００μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることが特に好ましい。
【００１５】
次に、ゲート電極３は、金属及び導電性有機材料の少なくとも一種を用いて形成すればよい。金属膜を形成する場合には、蒸着やスパッタリング等の既存の真空成膜法を用いればよく、マスク成膜法やフォトリソグラフ法等により電極形状の形成を行うことができる。このとき用いる電極形成用の材料としては、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル等の金属、これら金属を用いた合金、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、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の無機材料が挙げられる。また、これらの材料は２種以上を併用してもよい。
【００１６】
また、導電性有機材料を用いて電極を形成する場合には、ポリアニリン、ポリチオフェン等の導電性インキを塗布して電極とすることができる。この場合の電極の形成は、有機材料を基材上に塗布、乾燥させることで行うことができるため、安価で簡便に行うことができる。塗布する方法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等が挙げられる。
【００１７】
ゲート電極３の膜厚は、その材質の導電率によるが、５０〜１０００ｎｍであることが好ましい。ゲート電極の厚さの下限は、電極材料の導電率及び下地基材との密着強度によって異なる。ゲート電極の厚さの上限は、後で述べるソース電極−ドレイン電極対を設けた際に、下地基材とゲート電極の段差部分におけるゲート絶縁層による絶縁被覆が十分で、かつその上に形成する電極パターンに断線を生ぜしめないことが必要である。特に、可とう性がある基材を使用した場合には、応力のバランスを考慮する必要がある。
【００１８】
次に、ゲート絶縁層４は、その材料として３００℃未満の温度で硬化させたポリイミドからなるものであり、ここが本発明における特徴的な部分である。
【００１９】
これまで、ゲート絶縁層をポリイミドで形成する際には、その前駆体であるポリアミック酸を加熱して脱水反応させており、その温度が通常３００℃以上であったため、基材等の他の材料も高い耐熱性を有する材料を用いなくてはならず、高コストとなってしまっていた。
【００２０】
また、高温処理を行うと有機半導体自体の特性も低下してしまうため、ゲート絶縁層としてのポリイミドの使用は実用レベルではあまり注目されていなかった。
【００２１】
ところが、このゲート絶縁層の材料として硬化温度が３００℃未満のポリイミドを用いることで、他の材料を３００℃以上の高温に晒すことなく、ポリイミド膜を形成することができ、高温処理による有機半導体の機能低下を生じさせることなく、有機半導体を効率的に製造することができる。
【００２２】
このような硬化温度が３００℃未満であるポリイミドとしては、例えば、次の一般式（Ｉ）で表されるポリイミド
【化１】
2007012986.tif 000003
（但し、式中Ｒ１は４価の有機基を、Ｒ２は２価の有機基を表し、Ｒ１の有機基のうち５０ｍｏｌ％以上が、次の一般式（II）で表されるビフェニルエーテルカルボン酸
【化２】
2007012986.tif 000004
に由来する基であり、
Ｒ２の有機基のうち５０〜９９ｍｏｌ％が、次の一般式（III）で表されるジアミン化合物
【化３】
2007012986.tif 000005
（但し、式中、Ｘは−ＣＨ２−、−Ｏ−、−Ｃ（ＣＨ３）２−、−ＳＯ２−又は−Ｃ（ＣＦ３）２−を表し、Ｙは水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４の脂肪族炭化水素基を表し、ｍは１〜４である。）に由来する基であり、
Ｒ２の有機基のうち５０〜１ｍｏｌ％が、次の一般式で表されるジアミノシロキサン
【化４】
2007012986.tif 000006
（但し、式中、Ｒ３及びＲ４は２価の有機基を、Ｒ５〜Ｒ８はそれぞれ１価の炭化水素基を表し、ｌは０〜１２の整数を表す。）に由来する基であり、ｎは５〜１００の整数である。）が挙げられる。ここでｎは、１０〜５０の整数であることが好ましい。
【００２３】
ここで、本発明に用いるポリイミド（Ｉ）は、所定の酸成分とジアミン成分を脱水縮合反応してポリアミック酸とした後、加熱して脱水反応させることにより形成することができる。
【００２４】
この酸成分としては、次の一般式（II）で表される酸成分
【化５】
2007012986.tif 000007
を全酸成分中に５０ｍｏｌ％以上含有する酸成分を用いることができる。
【００２５】
ここで使用できる酸成分としては、例えば、３，３´，４，４´−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸、２，３，３´，４´−フェニルエーテルテトラカルボン酸、それらの無水物、それらの低級アルキルエステル等のビフェニルエーテルカルボン酸類を主に挙げることができ、これらは単独又は混合して使用することができる。このビフェニルエーテルカルボン酸類は、全酸成分の５０ｍｏｌ％以上使用することが好ましく、５０ｍｏｌ％未満の使用では耐強酸性が低下してしまう。
【００２６】
また、このビフェニルエーテルカルボン酸成分以外の酸成分としては、例えば、ピロメリット酸、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３´，４´−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３，３´，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸、３，３´，４，４´−ジフェニルメタンテトラカルボン酸、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、３，３´４，４´−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、３，４，９，１０−テトラカルボキシペリレン、２，２−ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン等の酸成分、その無水物、その低級アルキルエステル等が挙げられ、これらは単独又は混合して前述のビフェニルエーテルカルボン酸成分と併用することができる。
【００２７】
次に、ここで用いるジアミン成分としては、次の一般式（III）で表されるジアミン化合物
【化６】
2007012986.tif 000008
（但し、式中、Ｘは−ＣＨ２−、−Ｏ−、−Ｃ（ＣＨ３）２−、−ＳＯ２−又は−Ｃ（ＣＦ３）２−を表し、Ｙは水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４の脂肪族炭化水素基を表し、ｍは１〜４である。）が挙げられ、このＹにおけるハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。また、炭素数１〜４の脂肪族炭化水素基としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル等の直鎖状又は分枝鎖状の基が挙げられ、メチル又はエチルであることが好ましい。
【００２８】
また、ここで用いるジアミン成分としては、次の一般式（IV）で表されるジアミノシロキサン
【化７】
2007012986.tif 000009
（但し、式中、Ｒ３及びＲ４は２価の有機基を、Ｒ５〜Ｒ８はそれぞれ１価の炭化水素基を表し、ｌは０〜１２の整数を表す。）が挙げられる。
【００２９】
この一般式（IV）で表されるジアミン成分のＲ３及びＲ４の２価の有機基としては、炭素数１〜６の脂肪族炭化水素基であることが好ましく、例えば、メチレン、エチレン、トリメチレン、プロピレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、３，３−ジメチルトリメチレン、ヘキサメチレン等の直鎖状又は分枝鎖状の２価のアルキレン基が挙げられる。
【００３０】
また、Ｒ５〜Ｒ８の１価の炭化水素基としては、炭素数１〜１２の炭化水素基であることが好ましく、炭素数１〜８の炭化水素基であることがより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基等が挙げられる。Ｒ５〜Ｒ８はそれぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、その中でも化学的安定性や合成の容易さから全てメチル基であることが好ましい。
【００３１】
より具体的な化合物を挙げると、一般式（III）で表されるジアミン成分としては、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］へキサフルオロプロパン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］メタン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用することができる。
【００３２】
また、一般式（IV）で表されるジアミノシロキサンとしては、ビス（γ−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン、ビス（４−アミノブチル）テトラメチルジシロキサン、ビス（γ−アミノプロピル）テトラフェニルジシロキサン、１，４−ビス（γ−アミノプロピルジメチルシリル）ベンゼン等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用することができる。
【００３３】
このとき、一般式（III）及び一般式（IV）で表されるジアミン成分の配合割合は、全ジアミン成分に対して一般式（III）のジアミン化合物が５０〜９９ｍｏｌ％、一般式（IV）のジアミノシロキサンが５０〜１ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。一般式（III）のジアミン化合物の割合が５０ｍｏｌ％未満では耐酸性が低下してしまい、また、一般式（IV）のジアミノシロキサンの割合が１ｍｏｌ％未満では半導体素子表面等に対する密着性が低下してしまう。
【００３４】
本発明に用いるポリイミドは、前述した酸成分と前述したジアミン成分とを反応させて得られるが、それら酸成分及びジアミン成分がブロック又はランダムに含有されていてもよい。
【００３５】
また、本発明に用いるポリイミドは、その前駆体であるポリアミック酸  ０．５ｇをＮ−メチル−２−ピロリドン  １００ｍＬに溶解して溶液としたときの、３０℃における対数粘度が０．２〜４．０ｄｌ／ｇの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．３〜２．０ｄｌ／ｇの範囲である。
【００３６】
ポリアミック酸は略等モルの酸成分とジアミン成分とを有機溶媒中で３０℃以下、好ましくは２０℃以下の反応温度下で３〜１２時間、付加重合反応させて得ることができる。この重合反応に用いる有機溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ´−ジメチルスルホオキシド、Ｎ，Ｎ´−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ´−ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ´−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ´−ジエチルチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ヘキササメチレンホスホアミド等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用することができる。
【００３７】
このポリアミック酸溶液を塗布乾燥した後、３００℃未満、好ましくは１５０〜２５０℃で、より好ましくは１６０〜２００℃で加熱硬化させて、耐熱性の優れた強靭なポリイミド組成の硬化物とすることができる。本発明のポリイミド組成物は、特に耐熱性、電気特性、耐薬品性等に非常に優れたものである。このポリイミドの硬化物を用いて形成したゲート絶縁層４の膜厚は、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００３８】
また、ここで説明したポリイミドは平滑性に優れたものであり、通常のポリイミドでゲート絶縁層を形成すると、その表面粗さＲＭＳは０．５〜１０ｎｍであるが、一般式（Ｉ）で表されるポリイミドでは、その表面粗さＲＭＳが０．１〜１．０ｎｍでの成膜が可能である。このゲート絶縁層の平滑性を向上させることにより有機半導体の性能も向上させることができ、表面粗さＲＭＳが０．１〜０．４ｎｍであることが特に好ましい。なお、ここでの表面粗さＲＭＳは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により、表面粗さが１０〜２００ｎｍのゲート電極の上にゲート絶縁層を形成した際の二乗平均粗さによる測定を行ったものである。
【００３９】
本発明に用いる有機半導体層５は、公知の有機半導体材料を用いて形成された層であればよく、この有機半導体材料としては、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物、電荷移動錯体等の材料からなるのが好ましい。具体的な材料としては、ペンタセン、中心ベンゼン環の間にビシクロ環を導入したペンタセン誘導体、テトラセン、アントラセン、チオフェンオリゴマー誘導体、フェニレン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、シアニン色素等が挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。
【００４０】
ソース電極６及びドレイン電極７は、有機半導体に用いられる公知の電極であれば特に限定されずに用いることができるが、ほとんどの有機半導体が、電荷を輸送するキャリアがホールであるＰ型半導体であることから、半導体層とオーミック接触をとるために、仕事関数の大きい金属で形成されることが好ましい。具体的には、例えば、金、白金が挙げられる。
【００４１】
ここでいう仕事関数とは、固体中の電子を外部に取り出すのに必要な電位差であり、真空準位とフェルミ準位のエネルギー差を電荷量で割った値として定義される。また、半導体層表面にドーパントを高密度にドープした場合は、金属／半導体間をキャリアがトンネルすることが可能となり、金属の材質によらなくなるため、ゲート電極で挙げた金属材料又は導電性有機材料も用いることができる。
【００４２】
本発明の有機半導体装置は、通常製造される方法を用いればよく、例えば、高分子フィルム、ガラス基材等からなる基材に、金属からなるゲート電極、３００℃未満で硬化するポリイミドからなるゲート絶縁層、ペンタセン等の有機半導体層、金属からなるソース・ドレイン電極を順次積層して製造することができる。
【００４３】
さらに、このように製造した有機半導体の表面に、有機半導体層及びソース・ドレイン電極を外部環境から保護し、有機半導体装置の機能を保持するための保護層を設けることが好ましい。この保護層としては、高分子有機化合物で被膜を形成すればよく、このとき用いられる材料としては、パリレン（パラキシリレン系樹脂）が挙げられる。パリレンは、ガスバリヤ性、ピンホールフリー性を有し、高純度で、気相成長可能であることから極めて好ましいものである。
【００４４】
さらに、この保護層を形成した後、有機半導体装置をアニーリング処理することが好ましい。アニーリング処理は、有機半導体装置を８０〜１６０℃で１分〜２０時間加熱処理して行えばよく、１３０〜１５０℃で２〜１２時間の加熱処理を行うことが特に好ましい。このアニーリング処理を施すことによって、有機半導体の移動度及びオン・オフ比の改善、ドリフトの抑制等の特性を維持・改善することができ、より安定した動作特性を有する有機半導体装置を得ることができる。
【実施例】
【００４５】
次に本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００４６】
（合成例１）
撹拌機、冷却器及び窒素導入管を設けたフラスコに、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパンを３６．９ｇ（０．０９ｍｏｌ）と、ビス（γ−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン  ２．４９ｇ（０．０１ｍｏｌ）と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン  ２７９．１ｇを投入し、室温で窒素雰囲気下に  ３，３´，４，４´−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物  ３０．３８ｇ（０．０９８ｍｏｌ）を溶液温度の上昇に注意しながら分割して加え、室温で約１２時間撹拌してポリアミック酸溶液を調整した。
【００４７】
このポリアミック酸溶液の一部をメタノールで再沈澱し、得られたポリアミック酸粉末をＮ−メチル−２−ピロリドンで溶解して０．５ｇ／１００ｍｌ濃度とし、３０℃で対数粘度を測定したところ０．９５ｄｌ／ｇであった。
【００４８】
（合成例２）
撹拌機、冷却器及び窒素導入管を設けたフラスコに、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパンを４６．６ｇ（０．０９ｍｏｌ）と、ビス（γ−アミノプロピル）テトラフェニルジシロキサン  ４．９７ｇ（０．０１ｍｏｌ）と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン  ２６８．３ｇを投入し、室温で窒素雰囲気下に３，３´，４，４´−ビスフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物  １５．５ｇ（０．０５０ｍｏｌ）と、ピロメリット酸二無水物  １０．４６ｇ（０．０４８ｍｏｌ）を溶液温度の上昇に注意しながら分割して加え、室温で約１０時間撹拌してポリアミック酸溶液を調整した。
【００４９】
このポリアミック酸溶液の一部をメタノールで再沈澱し、得たポリアミック酸粉末をＮ−メチル−２−ピロリドンで溶解して０．５ｇ／１００ｍｌ濃度とし、３０℃で対数粘度を測定したところ０．８８ｄｌ／ｇであった。
【００５０】
（合成例３）
撹拌機、冷却器及び窒素導入管を設けたフラスコに、４，４´−ジアミノジフェニルエーテル  １８．００ｇ（０．０９ｍｏｌ）と、ビス（γ−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン  ２．４９ｇ（０．０１ｍｏｌ）と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン  １６７．４ｇを投入し、室温で窒素雰囲気下にピロメリット酸二無水物  ２１．３６ｇ（０．０９８ｍｏｌ）を加え、室温で約１０時間撹拌してポリアミック酸溶液を調整した。
【００５１】
このポリアミック酸溶液の一部をメタノールで再沈澱し、得たポリアミック酸粉末をＮ−メチル−２−ピロリドンで溶解し、０．５ｇ／１００ｍｌ濃度とし、３０℃で対数粘度を測定したところ１．０１ｄｌ／ｇであった。
【００５２】
（実施例１）
厚さ１２５μｍのポリエチレンナフタレート基材上に膜厚５ｎｍのクロム層と膜厚１００ｎｍの金層をそれぞれ蒸着によりゲート電極層を形成した。さらに、合成例１で得たポリアミック酸溶液をスピンコート塗布し、１８０℃で６０分間加熱してポリイミド膜を形成しゲート絶縁膜を得た。なお、このゲート絶縁膜の表面粗さＲＭＳは０．２ｎｍであった。
【００５３】
次いで、メタルマスクを通して、蒸着によりゲート絶縁膜上にペンタセンを成膜し、膜厚５０ｎｍの半導体層とし、最後に、メタルマスクを通して膜厚３０ｎｍの金を蒸着してソース・ドレイン電極層を形成して有機トランジスタを製造した。この有機トランジスタのチャンネル長Ｌは１００μｍ、幅Ｗは１．９ｍｍであった。
【００５４】
得られた有機トランジスタ単体の性能は、室温（３０℃）でゲート電極に−１００Ｖの電圧を印加したとき、移動度  １．４ｃｍ２／Ｖｓ、オン・オフ比は１０６以上であり良好な値となった。
【００５５】
（実施例２）
ゲート絶縁層の形成に合成例２で得られたポリアミック酸を用いた以外は実施例１と同様の操作を行い有機トランジスタを製造した。ここで製造した有機トランジスタも実施例１の有機トランジスタと同等の性能を有していた。
【００５６】
（実施例３）
実施例１で製造した有機トランジスタの半導体層及びソース・ドレイン電極層を被覆するようにスピンコートによりパリレンからなる保護層を形成し、さらに、これを窒素雰囲気下、１４０℃で１２時間のアニーリング処理を行い、有機トランジスタを製造した。ここで製造した有機トランジスタも実施例１の有機トランジスタと同等の性能を有していた。
【００５７】
また、得られた有機トランジスタについて、ドリフト特性の試験を行った。ここで、ドリフト特性は、ソース−ドレイン間、ソース−ゲート間に−４０Ｖの電圧をかけ続けたときの、ソース−ドレイン間の電流値の変化により調べ、印加前後の電流値の比  Ｉ／Ｉ０により表した。この結果を図３に示した。なお、比較のために、アニーリング処理を行わなかった有機半導体（実施例１）と、シリコン基板上に形成した無機半導体（ゲート絶縁膜：ＳｉＯ２）の特性変化についてもあわせて示した。
【００５８】
その結果、無機半導体では、１０４秒後には４割近く電流が低下してしまったが、本発明の有機トランジスタでは、２割程度の低下に抑えることができ、さらにアニーリング処理を施したものでは２％程度の低下にとどまっていた。したがって、本発明の有機半導体は、非常に良好なドリフト特性を有することがわかった。
【００５９】
（比較例１）
ゲート絶縁膜を形成するのに、合成例３で得たポリアミック酸溶液をスピンコート塗布し、３２０℃で３０分加熱して樹脂膜を得た以外は、実施例１と同様の操作を行い有機トランジスタを作成した。この比較例のポリイミドからなるゲート絶縁膜の表面粗さＲＭＳは１．０ｎｍであった。
【００６０】
得られた有機トランジスタ単体の性能は、室温（３０℃）でゲート電極に−１００Ｖの電圧を印加したとき、移動度  ０．０１ｃｍ２／Ｖｓ以上、オン・オフ比は１０３と共に低い値であった。
【００６１】
（試験例）
実施例３で製造した有機半導体装置のアニーリング処理を行ったときの、アニーリング温度と特性の変化の相関関係を調べた。アニーリング処理は、３０℃〜２２０℃まで１０℃きざみでそれぞれ加熱処理を行い、徐々に室温（３０℃）まで冷却させたときの有機半導体装置の特性について調べた。−４０Ｖの電圧を印加して試験を行ったときの移動度及びオン・オフ比の変化について、図４ａ及び図４ｂに示した。この結果、本発明の有機半導体装置は、１６０℃程度の加熱処理によってもその動作特性は保持されており、高温条件下での適用も可能であることがわかった。
【００６２】
なお、実施例１と同一の構成の有機半導体装置において、ゲート絶縁膜の形成の際に加熱硬化の温度を３２０℃で行ったところ、その移動度は０．０１ｃｍ２／Ｖｓ、オン・オフ比は１０程度となり、高温加熱により特性が低下することも確認した。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の有機半導体装置の構成断面図である。
【図２】本発明の他の態様における有機半導体装置の構成断面図である。
【図３】本発明の有機半導体におけるドリフト特性を示した図である。
【図４ａ】試験例の結果（アニーリング温度と移動度との関係）を示したグラフである。
【図４ｂ】試験例の結果（アニーリング温度とオン・オフ比との関係）を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１…有機半導体装置、２…基材、３…ゲート電極、４…ゲート絶縁層、５…有機半導体層、６…ソース電極、７…ドレイン電極、８…保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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