(57)【要約】【課題】有機分子の配向性が制御されて十分な機能を有する有機薄膜及びその製造方法、並びに該有機薄膜を用いた有機電子デバイス及び表示装置の提供。【解決手段】基材６０上に第一の有機分子６１を化学結合させて立設し、点在させ、第二の有機分子６２を導入し、第一の有機分子６１に対して第二の有機分子６２を配列させて、有機薄膜６を形成する。第一の有機分子６１及び第二の有機分子６２が有機半導体分子である、かかる有機薄膜を、有機半導体層として設け、電界効果トランジスタとする。【選択図】図２
2012144456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に設けられた有機薄膜の製造方法であって、
前記基材上に第一の有機分子を化学結合させて立設し、点在させる工程と、
前記基材上に第二の有機分子を導入し、前記第一の有機分子に対して前記第二の有機分子を配列させて、薄膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする有機薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記第一の有機分子に対して前記第二の有機分子を分子間相互作用により配列させることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記第一及び第二の有機分子が、π電子共役系を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記第一の有機分子が溶解された溶液を前記基材と接触させて、前記第一の有機分子を前記基材上に化学結合させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記第一の有機分子が溶解された溶液の濃度により、前記基材上に化学結合された前記第一の有機分子の密度を調節することを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記第一の有機分子が溶解された溶液と前記基材との接触時間により、前記基材上に化学結合された前記第一の有機分子の密度を調節することを特徴とする請求項４又は５に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記第二の有機分子が溶解された溶液を塗布することで、前記第二の有機分子を前記基材上に導入することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記第二の有機分子を蒸着させることで、前記基材上に導入することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記基材が親水性基を有し、前記第一の有機分子が、下記一般式（Ｉ）で表される有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機薄膜の製造方法。
【化１】
2012144456.tif 000007
（式中、Ｒはπ電子共役系を有する有機基であり；Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はそれぞれ独立して、これらが結合しているケイ素原子（Ｓｉ）と前記親水性基との反応で離脱する基である。）
【請求項１０】
基材上に設けられた有機薄膜であって、
前記基材上に、第一の有機分子が化学結合により立設及び点在され、
第二の有機分子が、前記第一の有機分子に対して配列されてなることを特徴とする有機薄膜。
【請求項１１】
前記第一の有機分子に対して前記第二の有機分子が分子間相互作用により配列されてなることを特徴とする請求項１０に記載の有機薄膜。
【請求項１２】
前記第一及び第二の有機分子が、π電子共役系を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の有機薄膜。
【請求項１３】
前記第一の有機分子が含まれる溶液と前記基材との接触により、前記第一の有機分子が前記基材上に化学結合されたことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の有機薄膜。
【請求項１４】
前記第一の有機分子が含まれる溶液の濃度により、前記基材上に化学結合された前記第一の有機分子の密度が調節されたことを特徴とする請求項１３に記載の有機薄膜。
【請求項１５】
前記第一の有機分子が含まれる溶液と前記基材との接触時間により、前記基材上に化学結合された前記第一の有機分子の密度が調節されたことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の有機薄膜。
【請求項１６】
前記第二の有機分子が含まれる溶液の塗布により、前記第二の有機分子が前記基材上に導入され、配列されたことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の有機薄膜。
【請求項１７】
前記第二の有機分子が蒸着により、前記基材上に導入され、配列されたことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の有機薄膜。
【請求項１８】
前記基材が親水性基を有し、前記第一の有機分子が、下記一般式（Ｉ）で表される有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の有機薄膜。
【化２】
2012144456.tif 000008
（式中、Ｒはπ電子共役系を有する有機基であり；Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はそれぞれ独立して、これらが結合しているケイ素原子（Ｓｉ）と前記親水性基との反応で離脱する基である。）
【請求項１９】
有機半導体層を備えた電界効果トランジスタであって、
請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の有機薄膜において、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である有機薄膜を、前記有機半導体層として備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２０】
ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を備え、
前記有機半導体層が、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と対向するように設けられており、
前記ソース電極及びドレイン電極が、前記有機半導体層上に接するように設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項２１】
ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を備え、
前記有機半導体層が、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と対向するように設けられており、
前記ソース電極及びドレイン電極が、前記ゲート絶縁膜上に設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項２２】
基材上に一対の電極を備え、前記一対の電極間に、少なくともキャリア輸送層及び発光層を備えた有機発光素子であって、
請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の有機薄膜において、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である有機薄膜を、前記キャリア輸送層として備えたことを特徴とする有機発光素子。
【請求項２３】
基材上に一対の電極を備え、前記一対の電極間に、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を備えた太陽電池であって、
請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の有機薄膜において、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である有機薄膜を、前記ｐ型半導体層及び／又はｎ型半導体層として備えたことを特徴とする太陽電池。
【請求項２４】
請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタをスイッチング素子として備えたことを特徴とする表示装置用アレイ。
【請求項２５】
画像信号を発生して出力する画像信号出力部と、前記画像信号に基づいて電流又は電圧を発生する駆動部と、発生した前記電流又は電圧により発光する発光部と、を備えた表示装置であって、
前記発光部が、請求項２２に記載の有機発光素子であることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜及びその製造方法、並びに該有機薄膜を用いた電界効果トランジスタ、有機発光素子、太陽電池、表示装置用アレイ及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス情報社会を迎え、情報端末としてフレキシブル、軽量、かつ安価なデバイスが求められている。さらに、このような情報端末としてのアプリケーションを想定した場合、大量生産のみならず、様々なユーザーの要求に対して迅速に対処できるプロセスが必要となる。こうしたデバイスやプロセスは、従来からあるシリコン系デバイス技術の延長ではその要望に十分に対応できない。そこで近年、このような要望に応え得る技術として、有機材料を半導体等に用いた電子デバイス技術の研究が盛んに行われている。その中でも、有機半導体材料を用いた有機トランジスタ（ＯＦＥＴ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、有機太陽電池などの有機電子デバイスが注目され、その一部ではすでに実用化が始まっている。
【０００３】
このような有機電子デバイスがその機能を発現するためには、基本構造として有機薄膜を備えることが必要となる。例えば、一般的な有機薄膜トランジスタは、ゲート電極上に絶縁体層が設けられ、さらに絶縁体層上に、有機半導体薄膜からなる層が設けられた構造を有する。ここでは、有機薄膜トランジスタを例に挙げたが、有機薄膜は半導体であるか否かによらず、各種デバイスに幅広く応用されており、産業上極めて重要なものである。
【０００４】
有機電子デバイスでは、構成する分子の配向性が、デバイスの機能発現に際して極めて重要な要素となる。有機単結晶は、配向の欠損が殆ど無く、有機電子デバイスとしては理想的であるが、所望のサイズの単結晶を作成しデバイス上に配置することは極めて困難であり、例えば、単結晶トランジスタはごく一部の有機半導体材料のみでしか実現出来ていない。一方、有機薄膜は、真空蒸着法などのドライプロセスや、スピンコート法、印刷法などのウエットプロセスで作製されるが、その作製条件によっては、有機分子が多様な形態で凝集するため、所望の有機薄膜が得られるように、分子の配向性を制御することは容易ではない。 これは、薄膜形成に用いるような有機分子では、分子間力が主にファンデルワールス力であり、比較的弱い力であるため、有機分子が基材との相互作用に強く影響されることが一因である。
【０００５】
有機分子を配列させる方法としては、自己組織化単分子膜（以下、ＳＡＭ膜と略記する）の技術を利用したものが例示できる。ＳＡＭ膜とは、有機分子が自己整合的に秩序性を持って集積された単分子膜のことであり、ＳＡＭ膜と、ＳＡＭ膜に隣接する膜（基材）とは、化学結合により連結される。例えば、長鎖アルキル基からなるＳＡＭ膜は、トランジスタのゲート絶縁膜における濡れ性の改善や、電極における接触抵抗低減のための表面修飾剤として一般に用いられている。また、有機半導体分子を含むＳＡＭ膜は、通常の溶液プロセスで容易に広い面積で作製でき、基材と有機半導体分子とが強固な化学結合によって連結可能なことから、フレキシブルデバイスへの応用が期待される。例えば、これまでに、シランカップリング部位を有するオリゴチオフェンを用いて基材上にＳＡＭ膜を形成し、このＳＡＭ膜を備えたトランジスタデバイスは、０．０４ｃｍ２／（Ｖｓ）の移動度を示すことが開示されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ，第４５５巻，９５６（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、同様のπ電子共役系を有する有機分子であって、配向の欠損が無いオリゴチオフェン単結晶を用いたトランジスタ（「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ.，第７３巻，（１９９８）」参照）では、０．５ｃｍ２／（Ｖｓ）の移動度を示しており、非特許文献１に記載されたトランジスタデバイスは、これに比べて一桁小さな移動度しか示さない。その主たる原因としては、トランジスタの活性層となるＳＡＭ膜において、有機半導体分子がその特性を十分に発揮できる最適な分子配列の周期性と、有機半導体分子が実際に基材と連結された状態での分子配列の周期性とが整合していないこと（ミスマッチング）が考えられる。有機半導体分子は、通常カップリング剤を介して基材と連結されるが、その場合、カップリング部位によって分子配列の周期性が決定される。このミスマッチングについて、図１を参照しながらより具体的に説明する。
【０００８】
図１において、有機分子６３は、シランカップリング部位６３ａを介して基材６０と連結され、単分子膜である有機薄膜６’を形成している。なお、ここでは判り易くするために、有機分子６３を長方形で示している。そして、シランカップリング部位６３ａにおける、隣り合うケイ素原子（Ｓｉ）間の距離Ｌａによって、隣り合う有機分子６３間の距離が決定され、分子配列の周期はＬbとなる。そして、実質的にＬａ及びＬbはほぼ等しくなり、その値は約４．３Å（オングストローム）であることが知られている（「Ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｕｌｕｔｒａｈｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｉｌｍ，２５７，Ａｃａｄｅｍｉｃ  ｐｒｅｓｓ  １９９１」参照）。
これに対して、有機分子６３がπ電子共役系を有する場合、隣り合う有機分子６３の間で分子間相互作用が最大になると考えられる分子間の距離は、理論上、π電子共役分子のファンデルワールス半径の和である約３．４Åであり、例えば、有機分子６３が上記のオリゴチオフェンである場合など、ファンデルワールス半径が大きい硫黄原子が含まれることを考慮しても約３．６Åに過ぎない。このように、従来の有機薄膜６’では、有機分子６３の分子配列の周期Ｌb（約４．３Å）は、前記分子間相互作用が最大になる分子間の距離（約３．４〜３．６Å）よりも大きいために、隣り合う有機分子６３間での分子間相互作用が不十分となり、有機薄膜６’が所望の機能を発現できないと考えられる。なお、ここでは、有機分子がπ電子共役系を有する場合について説明したが、π−π相互作用以外の分子間相互作用を発現する有機分子についても、同様の問題点がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、有機分子の配向性が制御されて十分な機能を有する有機薄膜及びその製造方法、並びに該有機薄膜を用いた有機電子デバイス及び表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基材上に設けられた有機薄膜の製造方法であって、前記基材上に第一の有機分子を化学結合させて立設し、点在させる工程と、前記基材上に第二の有機分子を導入し、前記第一の有機分子に対して前記第二の有機分子を配列させて、薄膜を形成する工程と、を有することを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜の製造方法において、前記第一の有機分子に対して前記第二の有機分子を分子間相互作用により配列させることを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜の製造方法において、前記第一及び第二の有機分子が、π電子共役系を有することを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜の製造方法において、前記第一の有機分子が溶解された溶液を前記基材と接触させて、前記第一の有機分子を前記基材上に化学結合させることを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜の製造方法において、前記第一の有機分子が溶解された溶液の濃度により、前記基材上に化学結合された前記第一の有機分子の密度を調節することを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜の製造方法において、前記第一の有機分子が溶解された溶液と前記基材との接触時間により、前記基材上に化学結合された前記第一の有機分子の密度を調節することを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜の製造方法において、前記第二の有機分子が溶解された溶液を塗布することで、前記第二の有機分子を前記基材上に導入することを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜の製造方法において、前記第二の有機分子を蒸着させることで、前記基材上に導入することを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜の製造方法において、前記基材が親水性基を有し、前記第一の有機分子が、下記一般式（Ｉ）で表される有機ケイ素化合物であることを特徴とする有機薄膜の製造方法を提供する。
【００１１】
【化１】
2012144456.tif 000003
（式中、Ｒはπ電子共役系を有する有機基であり；Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はそれぞれ独立して、これらが結合しているケイ素原子（Ｓｉ）と前記親水性基との反応で離脱する基である。）
【００１２】
また、本発明は、基材上に設けられた有機薄膜であって、前記基材上に、第一の有機分子が化学結合により立設及び点在され、第二の有機分子が、前記第一の有機分子に対して配列されてなることを特徴とする有機薄膜を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜において、前記第一の有機分子に対して前記第二の有機分子が分子間相互作用により配列されてなることを特徴とする有機薄膜を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜において、前記第一及び第二の有機分子が、π電子共役系を有することを特徴とする有機薄膜を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜において、前記第一の有機分子が含まれる溶液と前記基材との接触により、前記第一の有機分子が前記基材上に化学結合されたことを特徴とする有機薄膜を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜において、前記第一の有機分子が含まれる溶液の濃度により、前記基材上に化学結合された前記第一の有機分子の密度が調節されたことを特徴とする有機薄膜を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜において、前記第一の有機分子が含まれる溶液と前記基材との接触時間により、前記基材上に化学結合された前記第一の有機分子の密度が調節されたことを特徴とする有機薄膜を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜において、前記第二の有機分子が含まれる溶液の塗布により、前記第二の有機分子が前記基材上に導入され、配列されたことを特徴とする有機薄膜を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜において、前記第二の有機分子が蒸着により、前記基材上に導入され、配列されたことを特徴とする有機薄膜を提供する。
また、本発明は、かかる有機薄膜において、  前記基材が親水性基を有し、前記第一の有機分子が、下記一般式（Ｉ）で表される有機ケイ素化合物であることを特徴とする有機薄膜を提供する。
【００１３】
【化２】
2012144456.tif 000004
（式中、Ｒはπ電子共役系を有する有機基であり；Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はそれぞれ独立して、これらが結合しているケイ素原子（Ｓｉ）と前記親水性基との反応で離脱する基である。）
【００１４】
また、本発明は、有機半導体層を備えた電界効果トランジスタであって、かかる有機薄膜において、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である有機薄膜を、前記有機半導体層として備えたことを特徴とする電界効果トランジスタを提供する。
また、本発明は、かかる電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を備え、前記有機半導体層が、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と対向するように設けられており、前記ソース電極及びドレイン電極が、前記有機半導体層上に接するように設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタを提供する。
また、本発明は、かかる電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を備え、前記有機半導体層が、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と対向するように設けられており、前記ソース電極及びドレイン電極が、前記ゲート絶縁膜上に設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタを提供する。
【００１５】
また、本発明は、基材上に一対の電極を備え、前記一対の電極間に、少なくともキャリア輸送層及び発光層を備えた有機発光素子であって、かかる有機薄膜において、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である有機薄膜を、前記キャリア輸送層として備えたことを特徴とする有機発光素子を提供する。
また、本発明は、基材上に一対の電極を備え、前記一対の電極間に、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を備えた太陽電池であって、かかる有機薄膜において、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である有機薄膜を、前記ｐ型半導体層及び／又はｎ型半導体層として備えたことを特徴とする太陽電池を提供する。
また、本発明は、かかる電界効果トランジスタをスイッチング素子として備えたことを特徴とする表示装置用アレイを提供する。
また、本発明は、画像信号を発生して出力する画像信号出力部と、前記画像信号に基づいて電流又は電圧を発生する駆動部と、発生した前記電流又は電圧により発光する発光部と、を備えた表示装置であって、前記発光部が、かかる有機発光素子であることを特徴とする表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、有機分子の配向性が制御されて十分な機能を有する有機薄膜及びその製造方法、並びに該有機薄膜を用いた有機電子デバイス及び表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】有機薄膜における分子配列の周期性のミスマッチングを説明するための模式図である。
【図２】本発明に係る有機薄膜の製造方法を説明するための模式図である。
【図３】第一の有機分子が基材とシロキサン結合を形成して結合している様子を例示する模式図である。
【図４】第一の有機分子が含まれる液体を用いて、第一の有機分子を基材上に点在させる場合について、液体中における第一の有機分子の濃度と仕事関数との関係を例示するグラフである。
【図５】第一の実施形態に係る電界効果トランジスタの要部を例示する概略断面図である。
【図６】第二の実施形態に係る電界効果トランジスタの要部を例示する概略断面図である。
【図７】第三の実施形態に係る電界効果トランジスタの要部を例示する概略断面図である。
【図８】第四の実施形態に係る電界効果トランジスタの要部を例示する概略断面図である。
【図９】図５に示す電界効果トランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１０】図６に示す電界効果トランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１１】本発明に係る太陽電池の要部を例示する概略断面図である。
【図１２】図１１に示す太陽電池の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３】本発明に係る有機発光素子の要部を例示する概略断面図である。
【図１４】図１３に示す有機発光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１５】本発明に係る表示装置用アレイの要部を例示する概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１６】本発明に係る表示装置用アレイにおける有機半導体装置の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１７】本発明に係る表示装置の要部を例示する概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は１画素の等価回路図、（ｃ）は１画素の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜有機薄膜及びその製造方法＞
本発明に係る有機薄膜の製造方法は、基材上に設けられた有機薄膜の製造方法であって、前記基材上に第一の有機分子を化学結合させて立設し、点在させる工程（以下、「点在化工程」と略記する）と、前記基材上に第二の有機分子を導入し、前記第一の有機分子に対して前記第二の有機分子を配列させて、薄膜を形成する工程（以下、「成膜工程」と略記する）と、を有することを特徴とする。かかる製造方法について、以下、図２を参照しながら詳しく説明する。
【００１９】
［点在化工程］
図２は、本発明に係る有機薄膜の製造方法を説明するための模式図である。
点在化工程では、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、基材６０上に、第一の有機分子６１を化学結合させて立設し、点在させる。本工程では、第一の有機分子６１が基材６０上に点在するだけなので、第一の有機分子６１は薄膜を形成しない。なお、図２では判り易くするために、第一の有機分子６１を長方形で、第一の有機分子６１と基材６０との結合部位を三角形で、それぞれ示している。
【００２０】
基材６０は、有機薄膜の用途に応じて任意に選択できる。例えば、有機半導体薄膜を製造する場合には、薄膜の材質、デバイスの構成及び性能等を考慮して、基材６０を適宜選択すればよく、具体的な材質としては、シリコン単結晶、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素半導体；ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等の化合物半導体；石英ガラス等のガラス；ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン等の絶縁性高分子化合物が例示できる。
また、第一の有機分子６１が結合できるものであれば、基材６０として薄膜を用いてもよい。すなわち、第一の有機分子６１を結合させて、二層構造の薄膜とすることもできる。
【００２１】
また、基材６０は、その表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化膜が形成されていてもよい。
そして、好ましい基材６０としては、水酸基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＨ）、アミノ基（−ＮＨ２）、ヒドロキシルアミノ基（−ＮＨＯＨ）、イミノ基（＝ＮＨ）、チオール基（−ＳＨ）等の活性水素を有する親水性基が表面に露出された、親水化処理されたものが例示できる。
親水化処理は、例えば、過酸化水素及び濃硫酸を含む溶液中に未処理の基材を浸漬することで行うことができる。また、前記金属酸化膜が表面に形成された基材を、ＵＶオゾン処理、酸化プラズマ処理等することでも行うことができる。
【００２２】
基材６０は、単層構造及び複数層構造のいずれでもよく、複数層構造である場合には、層数も特に限定されず、すべてが同じ材質でもよいし、すべてが異なる材質でもよく、一部が異なる材質でもよい。
【００２３】
基材６０は、フィルム状又はプレート状であることが好ましく、厚さは目的に応じて適宜選択すればよいが、０．１〜３ｍｍであることが好ましい。
【００２４】
第一の有機分子６１は、後述する第二の有機分子６２を配列させ、且つ基材６０の表面と化学結合するものであれば特に限定されず、第二の有機分子６２との間で分子間相互作用を発現するものが好ましい。ここで、分子間相互作用としては、π−π相互作用、ファンデルワールス力による相互作用、水素結合による相互作用、クーロン力による相互作用（電荷−電荷相互作用）、電荷移動相互作用等が例示できる。そして、第一の有機分子６１としては、半導体分子も好ましい。
また、第一の有機分子６１は、基材６０との結合部位が、分子の末端又はその近傍にあるものが好ましく、基材６０との結合部位が一つであるものが好ましい。
【００２５】
第一の有機分子６１としては、有機ケイ素化合物が好ましく、基材６０とシロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−）を形成して結合するものがより好ましい。図３は、第一の有機分子６１が基材６０とシロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−）を形成して結合している様子を例示する模式図である。ここでは、基材６０として、表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜が形成されたものを示しており、一部で水酸基（−ＯＨ）が露出され、親水化されている。そして、第一の有機分子６１は、その構造中のケイ素原子が基材６０上の水酸基と反応してシロキサン結合を形成し、シランカップリング部位６１ａを形成している。これは、基材６０として、表面が親水化処理されたものを用いれば、いずれも同様である。なお、シランカップリング部位６１ａの一つのケイ素原子は第一の有機分子６１に由来し、シランカップリング部位６１ａの三つの酸素原子は基材６０に由来する。
一方、シランカップリング部位６１ａの三つの酸素原子は、基材６０上で三脚状に、基材６０のケイ素原子と結合していると考えられる。これにより、第一の有機分子６１が基材６０の表面に対して略垂直な方向に分子鎖を伸ばして結合する効果が促進されると考えられる。
なお、第一の有機分子は、基材に結合することで、この結合に関与した部位の構造が一部変化するが、本明細書においては便宜上、基材に結合後も第一の有機分子と称する。
【００２６】
第一の有機分子６１は、下記一般式（Ｉ）で表される有機ケイ素化合物（以下、有機ケイ素化合物（Ｉ）と略記する）であることが好ましい。
【００２７】
【化３】
2012144456.tif 000005
（式中、Ｒはπ電子共役系を有する有機基であり；Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はそれぞれ独立して、これらが結合しているケイ素原子（Ｓｉ）と前記親水性基との反応で離脱する基である。）
【００２８】
式中、Ｒはπ電子共役系を有する有機基であり、後述する第二の有機分子との間で、分子間相互作用（π−π相互作用）によりπ−πスタッキング構造を形成し得る基である。前記有機基は、π電子共役系を有していれば特に限定されず、各種芳香族基を有する基が例示できる。
【００２９】
前記芳香族基は、単環状及び多環状のいずれでもよく、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環式基のいずれでもよい。
前記芳香族炭化水素基としては、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、ナフタレン（Ｃ１０Ｈ８）、アントラセン（Ｃ１４Ｈ１０）、テトラセン（Ｃ１８Ｈ１２）、ピレン（Ｃ１６Ｈ１０）、ペンタセン（Ｃ２２Ｈ１４）、コロネン（Ｃ２４Ｈ１２）等の単環状又は多環状の芳香族炭化水素から、一つ以上の水素原子を除いた基が例示できる。除かれる水素原子の数は、Ｒにおける前記芳香族炭化水素基の位置や数等に応じて決定されるものであり、特に限定されない。
前記芳香族複素環式基は、芳香族環を構成する原子としてヘテロ原子を有するものであれば特に限定されず、前記ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、セレン原子等が例示できる。芳香族複素環式基としてより具体的には、単環状又は多環状の芳香族複素環化合物から、一つ以上の水素原子を除いた基が例示でき、好ましい前記芳香族複素環化合物としては、チオフェン、フタロシアニン金属錯体が例示できる。ここで、錯体を構成する金属としては、遷移金属が例示できる。除かれる水素原子の数は、Ｒにおける前記芳香族複素環式基の位置や数等に応じて決定されるものであり、特に限定されない。
【００３０】
前記有機基は、芳香族基のみからなるものでもよいし、脂肪族基、原子、イオン等の芳香族基以外の基を有していてもよい。前記原子、イオンで好ましいものとしては、金属原子、金属イオンが例示できる。
前記有機基が有する芳香族基の数は特に限定されないが、例えば、芳香族基が単環状である場合には、複数であることが好ましく、３以上であることがより好ましく、実用性も考慮すると３〜６であることが好ましい。
前記有機基が有する芳香族基の数が複数である場合には、これら芳香族基は、互いに直接結合していてもよいし、連結基を介して間接的に結合していてもよく、直接結合したものと間接的に結合したものとが混在していてもよい。このような、単環状の芳香族基を複数有する構造で好ましいものとしては、複数のチオフェンが互いに直接結合したオリゴチオフェン又はポリチオフェン、複数のベンゼンが互いに直接結合したオリゴフェニレン又はポリフェニレン、複数のベンゼンがビニレン基（−Ｃ＝Ｃ−）を介して互いに結合したオリゴビニレンフェニレン又はポリビニレンフェニレン等から、一つ以上の水素原子を除いた構造が例示できる。
【００３１】
式中、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はそれぞれ独立して、これらが結合しているケイ素原子（Ｓｉ）と親水性基との反応で離脱する基である。すなわち、有機ケイ素化合物（Ｉ）中のケイ素原子と、基材が有する親水性基とが反応した時に、前記ケイ素原子との結合が切断される離脱基であり、加水分解性基であることが好ましい。
好ましいＸ１〜Ｘ３としては、ハロゲン原子、アルコキシ基が例示できる。
前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が例示できる。
前記アルコキシ基は、低級アルコキシ基が好ましく、炭素数１〜５のアルコキシ基が例示でき、炭素数が１〜３であることがより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基が例示できる。
【００３２】
好ましい有機ケイ素化合物（Ｉ）としては、下記一般式で表されるものが例示できる。
【００３３】
【化４】
2012144456.tif 000006
（式中、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はそれぞれ独立して、これらが結合しているケイ素原子（Ｓｉ）と前記親水性基との反応で離脱する基であり；Ｍは遷移金属原子である。）
【００３４】
式中、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３は、一般式（Ｉ）におけるＸ１、Ｘ２及びＸ３と同じである。
式中、Ｍは遷移金属原子であり、銅原子が好ましい。
【００３５】
上記で例示した有機ケイ素化合物（Ｉ）は、通常ｐ型半導体としての性質を示すが、これら化合物の芳香族環を構成している一つ以上の水素原子をフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基（−ＣＦ３）、シアノ基（−Ｃ≡Ｎ）等の電子求引性基で置換することにより、ｎ型有機半導体として用いることもできる。
【００３６】
第一の有機分子６１は、一種でもよいし二種以上でもよく、二種以上である場合、その組み合わせ及び比率は特に限定されないが、有機薄膜の配向性をより向上させるためには、一種であることが好ましい。
【００３７】
第一の有機分子６１は、基材６０と接触させることで、基材６０上に化学結合させることができるが、好ましくは第一の有機分子６１が含まれる液体、より好ましくは第一の有機分子６１が溶解された溶液を基材６０と接触させるとよい。
基材６０と結合した第一の有機分子６１は、基材６０上で分子鎖を上方向に伸ばすようにして立ち上がった状態で存在する。そして、基材６０の表面が親水化処理されている場合に、よりこの状態をとり易いと考えられる。最も好ましいのは、第一の有機分子６１が基材６０の表面に対して略垂直方向に伸びた状態である。
【００３８】
第一の有機分子６１が、例えば、前記有機ケイ素化合物（Ｉ）等のように加水分解性基を有する場合、第一の有機分子６１は水の存在下で加水分解され、自己縮合反応を起こすことがある。そこで、このような第一の有機分子６１を含む液体を用いる場合、溶媒成分として無水のものを用いるか、または、第一の有機分子６１の濃度を低くすることが好ましく、これらの条件を共に満たすことがより好ましい。
【００３９】
第一の有機分子６１は、基材６０上で互いに接近し過ぎないように所定の距離をおいて基材６０と接触させることで、点在させることができる。
第一の有機分子６１が含まれる液体を用いて、第一の有機分子６１を基材６０上に点在させる場合、基材６０上における第一の有機分子６１の密度（点在の程度）は、例えば、前記液体中における第一の有機分子６１の濃度、又は前記液体と基材６０との接触時間により、容易に調節できる。具体的には、前記濃度を低くすることで密度を小さくでき、前記接触時間を短くすることで密度を小さくできる。
【００４０】
通常、基材上における分子の密度（分子密度）は、直接測定することが困難である。そこで、分子密度と相関があることが知られている、基材表面の仕事関数の変化を評価することで、分子密度を間接的に評価する手法が適用される。
例えば、基材上の分子がダイポールモーメントμを有すると考えた場合、基材上の分子密度ｄと、ダイポールモーメントμによる基材表面の仕事関数の変化量ΔＷＦとは、下記式（１）で表される関係を有する。
ΔＷＦ＝μｄ／２ε０  ・・・・（１）
（式中、ｄは基材上の分子密度であり；μは分子が有するダイポールモーメントであり；ΔＷＦはダイポールモーメントμによる基材表面の仕事関数の変化量であり；ε０は真空中での誘電率である。）
一方、基材表面を構成する材料自身が有する仕事関数をＷＦ０とすると、分子が結合された基材表面の仕事関数ＷＦは下記式（２）で表される。
ＷＦ＝ＷＦ０＋ΔＷＦ  ・・・・（２）
（式中、ＷＦは分子が結合された基材表面の仕事関数であり；ＷＦ０は基材表面を構成する材料自身が有する仕事関数であり；ΔＷＦはダイポールモーメントμによる基材表面の仕事関数の変化量である。）
式（２）において、ＷＦ０は定数であり、ΔＷＦは基材上の分子密度ｄと比例関係にあるので、仕事関数ＷＦの変化を評価することによって、基材上の分子密度ｄの変化を評価できる。
【００４１】
ここで、上記のように、第一の有機分子が含まれる液体を用いて、第一の有機分子を基材上に点在させる場合、第一の有機分子が基材上に結合する反応は、基材と第一の有機分子との反応速度式によって表すことができ、前記液体中における第一の有機分子の濃度と処理時間（反応時間、接触時間）によって変化する。そこで、前記式（２）のΔＷＦに反応速度式を組み込むと、下記式（３）が得られる。
ＷＦ＝ＷＦ０＋ＷＦｓａｔ｛１−ｅｘｐ（−ｋ×ｔ×Ｚ１）｝  ・・・・（３）
（式中、ＷＦｓａｔは高濃度領域又は長時間処理での飽和仕事関数であり；ｔは処理時間であり；ｋは反応速度定数であり；Ｚ１は第一の有機分子の濃度であり；ＷＦ及びＷＦ０は前記と同じである。）
ＷＦ０は前記と同じであるが、濃度がゼロの時の仕事関数と言い換えることができる。
また、ｋは反応速度定数であり、第一の有機分子と基材の種類（材料）によって決定される値である。Ｚ１は液体中における第一の有機分子の濃度である。
【００４２】
したがって、ある特定の材料においては、第一の有機分子の濃度と処理時間を変化させることによって、基材に結合する第一の有機分子の数が変化するので、これが仕事関数の変化として評価できる。図４は、処理時間を一定（１分）とした場合の、第一の有機分子の濃度と仕事関数との関係を例示するグラフである。単位「μＭ」は「μｍｏｌ／Ｌ」を示す。なお、図４のグラフは一例に過ぎず、第一の有機分子の濃度と仕事関数との関係は、これに限定されるものではない。このグラフは、第一の有機分子の濃度を調節することで、仕事関数を調節できることを示しており、したがって、この仕事関数と相関がある基材表面の分子密度も調節できることになる。基材上における第一の有機分子の密度を小さくしたい場合には、図４のグラフから、仕事関数の変化が小さくなる濃度域を選択すればよいことになる。このグラフからは、例えば、第一の有機分子の好ましい濃度として、１×１０−４〜１×１０−２μｍｏｌ／Ｌの範囲が選択できる。なお、ここでは、処理時間を一定とした場合について説明したが、反対に、第一の有機分子の濃度を一定とした場合には、処理時間を調節することで、同様に基材表面の分子密度も調節できる。例えば、図４のグラフを作成した時の反応条件において、第一の有機分子の濃度を一定（１×１０−４μｍｏｌ／Ｌ）として、処理時間と仕事関数との関係を求めることができ、この時のグラフからは、１〜１００分が好ましい処理時間として選択できる。
【００４３】
［成膜工程］
次いで、成膜工程では、図２（ｃ）に示すように、第一の有機分子６１が点在している基材６０上に、第二の有機分子６２を導入し、第一の有機分子６１に対して第二の有機分子６２を配列させて、薄膜６を形成する。本工程で、第二の有機分子６２が第一の有機分子６１と共に配列することで、初めて薄膜が形成される。
【００４４】
第二の有機分子６２は、基材６０上に化学結合する必要は無く、第一の有機分子６１に対して配列するものであれば特に限定されず、第一の有機分子６１との間で及び／又は第二の有機分子６２同士で分子間相互作用を発現するものが好ましい。ここで、「分子間相互作用」とは、第一の有機分子６１の場合と同様である。そして、第二の有機分子６２としては、半導体分子も好ましい。第二の有機分子６２として、具体的には、第一の有機分子６１において基材６０と結合する基が、基材６０と結合しないその他の基で置換されたものが例示でき、前記その他の基が水素原子であるものが好ましい。
そして、特に好ましい第二の有機分子６２は、下記一般式（ＩＩ）で表される有機ケイ素化合物（以下、有機ケイ素化合物（ＩＩ）と略記する）である。
Ｒ−Ｈ  ・・・・（ＩＩ）
（式中、Ｒはπ電子共役系を有する有機基である。）
【００４５】
式中、Ｒは、前記一般式（Ｉ）におけるＲと同じである。すなわち、有機ケイ素化合物（ＩＩ）は、有機ケイ素化合物（Ｉ）において、一般式「−ＳｉＸ１Ｘ２Ｘ３」で表される基が水素原子（−Ｈ）で置換されたものである。
したがって、第二の有機分子６２としては、第一の有機分子６１と同様に、ｐ型半導体としての性質を示す化合物を用いることができるが、該化合物の芳香族環を構成している一つ以上の水素原子をフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基（−ＣＦ３）、シアノ基（−Ｃ≡Ｎ）等の電子求引性基で置換することにより、ｎ型有機半導体として用いてもよい。
【００４６】
第二の有機分子６２は、一種でもよいし二種以上でもよく、二種以上である場合、その組み合わせ及び比率は特に限定されないが、有機薄膜の配向性をより向上させるためには、一種であることが好ましい。
【００４７】
第二の有機分子６２は、例えば、第一の有機分子６１との間でπ−π相互作用等の分子間相互作用により、スタッキング構造を形成すると共に、第二の有機分子６２同士の間でも同様にスタッキング構造を形成した場合に、基材６０上で配向性がより良好に制御されて、薄膜を形成する。このような観点から、第二の有機分子６２としては、スタッキング構造がより強固となる点から、π電子共役系を有する骨格など、分子間相互作用を発現する部位が、組み合わせる第一の有機分子６１と同じであるものが好ましい。
また、上記のように薄膜を形成するためには、例えば、薄膜を形成できる限り、第二の有機分子６２を基材６０に導入し続け、第二の有機分子６２を密に配列させればよく、過剰量の第二の有機分子６２を導入するのが最も簡便な方法である。
【００４８】
第二の有機分子６２の導入方法は特に限定されないが、好ましくは第二の有機分子６２が含まれる液体、より好ましくは第二の有機分子６２が溶解された溶液を基材６０と接触させる方法が例示できる。そして、第二の有機分子６２の導入時には、第一の有機分子６１を基材６０上に化学結合させる場合とは異なり、精密な条件の調節は不要であり、より低コストの方法が適用できる。第二の有機分子６２が含まれる液体を用いる場合、好ましい第二の有機分子６２の導入方法としては、浸漬法、塗布法、インクジェット法等の各種印刷法が例示でき、キャスト法、スピンコート法等の塗布法がより好ましい。
また、好ましい第二の有機分子６２の導入方法としては、第二の有機分子６２が含まれる液体を用いない方法として、蒸着法も例示できる。
【００４９】
導入された第二の有機分子６２は、点在している第一の有機分子６１に対して、好ましくは分子間相互作用により配列し、基材６０上で分子鎖を上方向に伸ばすようにして立ち上がった状態で存在する。そして、基材６０の表面が親水化処理されている場合に、よりこの状態をとり易いと考えられる。最も好ましいのは、第二の有機分子６２が基材６０の表面に対して略垂直方向に伸びた状態である。また、第二の有機分子６２は、基材６０上の第一の有機分子６１を含む層（第一層）を形成するだけでなく、さらに第一層の上部に積層して複数層を形成していてもよい。
【００５０】
成膜工程後、形成された有機薄膜は、必要に応じて適宜周知の方法に従って、洗浄等を行ってもよい。
【００５１】
上記製造方法により、基材６０上に第一の有機分子６１が化学結合により立設及び点在され、第二の有機分子６２が、第一の有機分子６１に対して配列されてなる有機薄膜６が得られる。有機薄膜６の厚さは、第一の有機分子６１及び第二の有機分子６２の大きさ（分子長）により決定され、特に限定されるものではない。
有機薄膜６は、従来のＳＡＭ膜とは異なり、第一の有機分子６１及び第二の有機分子６２について、最適な分子配列の周期性と、実際の分子配列の周期性との不整合（ミスマッチング）が生じないので、配向の乱れや欠陥が抑制され、十分な機能を有する緻密な膜となる。第一及び第二の有機分子は、π電子共役系を有する場合、例えば、π電子共役系ではなくアルキル基等を有する有機分子よりも、分子の厚さと幅との比が大きく、動径半径が大きくなると考えられる。その結果、通常であれば、配列構造の自由度が高まり、配向の乱れや欠陥が多い薄膜になると考えられる。しかし、本発明に係る有機薄膜では、上記理由により、このような問題点が生じない。
また、第一の有機分子６１及び第二の有機分子６２の大きさによらず、配向性が制御された有機薄膜６が得られるので、種々の有機分子を用いることができ、汎用性が高い。
【００５２】
＜電界効果トランジスタ＞
本発明に係る電界効果トランジスタは、有機半導体層を備えた電界効果トランジスタであって、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である前記有機薄膜を、前記有機半導体層として備えたことを特徴とする。そして、かかる有機半導体層を備えたこと以外は、従来の電界効果トランジスタと同様の構成とすることができる。本発明に係る電界効果トランジスタは、前記有機薄膜を備えたことで、高速動作が可能となる。
前記有機薄膜は、例えば、先に例示した第一及び第二の有機分子を用いた場合、主にｐ型半導体層として利用されるが、上記のようにフッ素原子等の電子吸引性が強い置換基が導入された有機分子を用いた場合や、電極の材料の選択によっては、ｎ型半導体層として機能させることも可能である。
以下、図面を参照しながら説明する。
【００５３】
図５は、第一の実施形態に係る電界効果トランジスタの要部を例示する概略断面図である。
ここに示す電界効果トランジスタ１Ａは、基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、有機半導体層１６、ソース電極１４及びドレイン電極１５が積層され、概略構成されている。より具体的には、基板１１上の一部にゲート電極１２が設けられ、さらにゲート電極１２を覆うように、基板１１上にゲート絶縁膜１３が設けられ、ゲート絶縁膜１３上に有機半導体層１６が設けられている。そして、有機半導体層１６上には、これに接するようにソース電極１４及びドレイン電極１５が離間して設けられている。有機半導体層１６は、ゲート絶縁膜１３を介してゲート電極１２と対向するように設けられている。電界効果トランジスタ１Ａは、ボトムゲート・トップコンタクト型構造のトランジスタ構造を有する。
【００５４】
基板１１の材質は、デバイスの構成及び性能等に応じて適宜選択できる。例えば、ガラス、石英、シリコン単結晶、多結晶シリコン、アモルファスシリコン；ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン等の絶縁性の高分子化合物等が例示できる。
基板１１は一種の材質からなる単層構造でもよいし、二種以上の材質が積層された複数層構造でもよい。
【００５５】
ゲート電極１２の材質は特に限定されず、当該分野で通常使用されるものでよい。具体的には、金、白金、銀、銅、アルミニウム、タンタル、ドープシリコン等の低抵抗の金属；３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（以下、ＰＥＤＯＴと略記する）／ポリスチレンサルフォネイト（以下、ＰＳＳと略記する）等の有機導電体等が例示できる。
【００５６】
ソース電極１４、ドレイン電極１５の材質としては、ｐ型有機半導体に対しては、有機半導体分子の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ：Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）レベル、ｎ型有機半導体に対しては、有機半導体分子の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ：Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｕｐｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）レベルに仕事関数を有するものが例示できる。
ＨＯＭＯレベルに近い材質としては、金、白金、銀、又はこれらの一種以上を含む合金等の比較的仕事関数が高い金属；インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明酸化物導電体；ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の有機導電体が例示できる。
ＬＵＭＯレベルに近い材質としては、アルミニウム、チタン、アルカリ金属、又はこれらの一種以上を含む合金等の比較的仕事関数が低い金属等が例示できる。前記アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等が例示できる。
【００５７】
ソース電極１４及びドレイン電極１５は、その表面に有機分子等からなる表面修飾層が設けられていてもよい。表面修飾層は、例えば、ソース電極１４及びドレイン電極１５の表面に表面修飾剤を作用させることで形成できる。
【００５８】
ゲート電極１２、ソース電極１４、ドレイン電極１５の膜厚は、特に限定されず、通常のトランジスタにおける膜厚であればよく、目的に応じて適宜調節することが好ましい。例えば、材質が金属である場合には、３０〜２００ｎｍであることが好ましい。
これら電極は、材質に応じて、例えば、蒸着、スパッタ、塗布等で成膜できる。
【００５９】
ゲート絶縁膜１３の材質は、誘電率が高く、薄膜形成時にピンホール等の欠陥が生じにくいものが好ましい。誘電率が高いことで、電界効果トランジスタの閾値をより低減できる。また、薄膜形成時にピンホール等の欠陥を少なくすることで、ゲート絶縁膜１３の機能低下が抑制され、特性がより良好な電界効果トランジスタが得られる。
また、ゲート絶縁膜１３は、第一の有機分子が良好に化学結合できるように、例えば、シランカップリング剤を構成するアルコキシシラン、ハロゲノシラン等の基（例えば、有機ケイ素化合物（Ｉ）において、一般式「−ＳｉＸ１Ｘ２Ｘ３」で表される基）との反応性に優れる水酸基等の反応性基を、少なくとも表面に有することが好ましい。
このような材質の膜としては、シリコン酸化膜、五酸化タンタル膜、酸化アルミニウム膜等の無機絶縁膜；ポリビニルフェノール膜等の有機絶縁膜等が例示できる。
ゲート絶縁膜１３の膜厚は、単位面積あたりの静電容量が大きくなるように設定することが好ましく、また、膜厚を薄くすることで、電界効果トランジスタの閾値電圧をより低減できる。そして、ゲート絶縁膜１３の膜厚は、材質の比誘電率、絶縁性等に応じて適宜調節することが好ましく、例えば、５０〜３００ｎｍであることが好ましい。このようにすることで、単位面積あたりの静電容量を大きくでき、かつ電界効果トランジスタの閾値電圧を低減できる。
ゲート絶縁膜１３は、材質に応じて、例えば、蒸着、スパッタ、塗布等で成膜できる。
【００６０】
有機半導体層１６は、上記の本発明に係る有機薄膜である。
有機半導体層１６の膜厚は、１〜１００ｎｍであることが好ましい。
有機半導体層１６は、上記のように、薄膜を構成する第一及び第二の有機分子の配向性が制御され、十分な機能を有する。
【００６１】
図６は、第二の実施形態に係る電界効果トランジスタの要部を例示する概略断面図である。なお、図６において、図５に示すものと同様の構成要素には、図５の場合と同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。これは、以降の図においても同様である。
ここに示す電界効果トランジスタ１Ｂは、基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ソース電極１４、ドレイン電極１５及び有機半導体層１６が積層され、概略構成されている。より具体的には、基板１１上の一部にゲート電極１２が設けられ、さらにゲート電極１２を覆うように、基板１１上にゲート絶縁膜１３が設けられている。そして、ゲート絶縁膜１３上には、ソース電極１４及びドレイン電極１５が離間して設けられ、さらにソース電極１４及びドレイン電極１５間のゲート絶縁膜１３上に、有機半導体層１６が設けられている。有機半導体層１６は、ゲート絶縁膜１３を介してゲート電極１２と対向するように設けられている。電界効果トランジスタ１Ｂは、ボトムゲート・ボトムコンタクト型のトランジスタ構造を有する。
【００６２】
ゲート絶縁膜１３は、電界効果トランジスタ１Ａと同様に、水酸基等の反応性基を、少なくとも表面に有することが好ましい。さらに、ソース電極１４及びドレイン電極１５上には有機半導体層１６が設けられるので、これら電極の表面には、表面修飾層として親水性の膜が設けられていることが好ましい。
また、ソース電極１４及びドレイン電極１５は、密着層（図示略）を介してゲート絶縁膜１３上に形成してもよい。密着層の材質としては、クロム等が例示できる。
【００６３】
本発明に係る電界効果トランジスタは、図５〜６に示すものに限定されず、これらの構成の一部が変更されたものでもよい。例えば、以下に示すものが挙げられる。
（Ｉ）図７に例示するように、基板１１上に有機半導体層１６が設けられ、有機半導体層１６上に、ソース電極１４及びドレイン電極１５が離間して設けられ、ソース電極１４及びドレイン電極１５間の有機半導体層１６上に、ゲート絶縁膜１３及びゲート電極１２がこの順で設けられた電界効果トランジスタ１Ｃ（第三の実施形態）。
（ＩＩ）図８に例示するように、基板１１上にソース電極１４及びドレイン電極１５が離間して設けられ、ソース電極１４及びドレイン電極１５上を覆うように、基板１１上に有機半導体層１６が設けられ、有機半導体層１６上にゲート絶縁膜１３が設けられ、ゲート絶縁膜１３上の一部にゲート電極１２が設けられた電界効果トランジスタ１Ｄ（第四の実施形態）。
【００６４】
電界効果トランジスタ１Ｃ及び１Ｄにおいては、基板１１上に有機半導体層１６が設けられるので、基板１１の材質は上記の基材６０（図１〜３）と同様であることが好ましい。
さらに、電界効果トランジスタ１Ｄにおいては、ソース電極１４及びドレイン電極１５上に有機半導体層１６が設けられるので、これら電極の表面に、表面修飾層として親水性の膜が設けられていることが好ましい。
なお、電界効果トランジスタ１Ｃ及び１Ｄのように、ゲート絶縁膜１３上にゲート絶縁膜１３に接して有機半導体層１６が設けられていない場合には、ゲート絶縁膜１３の表面は、必ずしも水酸基等の反応性基を有する必要は無く、この場合、ゲート絶縁膜１３の材質としては、上記のもの以外に、さらに、シリコン窒化膜等の無機絶縁膜；ポリイミド膜、パリレン膜等の有機絶縁膜等が例示できる。 
【００６５】
本発明に係る電界効果トランジスタは、例えば、以下の方法で製造できる。
まず、図５に示す電界効果トランジスタ１Ａの製造方法について説明する。図９は、電界効果トランジスタ１Ａの製造方法を説明するための概略断面図である。
基板１１上に、ゲート電極１２を構成する材質からなる膜を形成し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、前記膜を所望のパターンに形成して、図９（ａ）に示すように、基板１１上の所定箇所にゲート電極１２を形成する。膜の形成方法としては、スパッタリング法が例示できる。
【００６６】
次いで、図９（ｂ）に示すように、ゲート電極１２を覆うように基板１１上にゲート絶縁膜１３を形成する。ゲート絶縁膜１３の形成方法としては、スパッタリング法が例示できる。
【００６７】
次いで、図９（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１３上に有機半導体層１６を形成する。有機半導体層１６の形成方法は、上記の有機薄膜の製造方法で説明した通りである。
【００６８】
次いで、有機半導体層１６上に、所定の開口部を有する金属マスク（図示せず）を介して真空蒸着法等により、図９（ｄ）に示すように、ソース電極１４及びドレイン電極１５を形成する。
上記工程を行うことで、図５に示す電界効果トランジスタ１Ａが得られる。
【００６９】
次に、図６に示す電界効果トランジスタ１Ｂの製造方法について説明する。図１０は、電界効果トランジスタ１Ａの製造方法を説明するための概略断面図である。
図９（ａ）〜（ｂ）を参照して説明した方法と同様の方法で、図１０（ａ）〜（ｂ）に示すように、基板１１上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３を形成する。
【００７０】
次いで、ゲート絶縁膜１３上に、スピンコート法等により、レジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィー法で露光及び現像を行うことにより、図１０（ｃ）に示すように、所定のパターンのフォトレジスト膜９０を形成する。フォトレジスト膜９０は、ソース電極１４及びドレイン電極１５を形成するためのものであり、これらの形状に対応して開口部を有する。
【００７１】
次いで、フォトレジスト膜９０を覆うように、ゲート絶縁膜１３上にソース電極１４及びドレイン電極１５の材質からなる金属膜を形成し、フォトレジスト膜９０を除去することにより、図１０（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜１３上の所定の箇所にソース電極１４及びドレイン電極１５を形成する。この時、前記金属膜を形成する前に、フォトレジスト膜９０を覆うように、ゲート絶縁膜１３上に密着層（図示略）を形成しておき、この密着層上に前記金属膜を形成してもよい。密着層の材質としては、クロム等の金属が例示できる。前記金属膜、密着層の形成方法としては、真空蒸着法が例示できる。フォトレジスト膜９０の除去により、この上に形成された前記金属膜、さらに密着層を形成した場合には、この密着層も、フォトレジスト膜９０とともに除去される。フォトレジスト膜９０の除去方法としては、基板１１をアセトン等の有機溶媒中に浸漬するリフトオフ法が例示できる。
【００７２】
次いで、図１０（ｅ）に示すように、ソース電極１４及びドレイン電極１５間のゲート絶縁膜１３上に有機半導体層１６を形成する。有機半導体層１６の形成方法は、上記の有機薄膜の製造方法で説明した通りである。
上記工程を行うことで、図６に示す電界効果トランジスタ１Ｂが得られる。
ソース電極１４及びドレイン電極１５の表面に表面修飾層を設ける場合には、図１０（ｄ）に示すようにソース電極１４及びドレイン電極１５を形成した後に、これらの表面に表面修飾剤を作用させて、表面修飾層を形成してから、図１０（ｅ）に示すように、有機半導体層１６を形成すればよい。
【００７３】
＜太陽電池＞
本発明に係る太陽電池は、基材上に一対の電極を備え、前記一対の電極間に、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を備えた太陽電池であって、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である前記有機薄膜を、前記ｐ型半導体層及び／又はｎ型半導体層として備えたことを特徴とする。そして、かかるｐ型半導体層及び／又はｎ型半導体層を備えたこと以外は、従来の太陽電池と同様の構成とすることができる。本発明に係る太陽電池は、前記有機薄膜を備えたことで、光電変換効率が向上する。
前記有機薄膜は、例えば、先に例示した第一及び第二の有機分子を用いた場合、主にｐ型半導体層として利用されるが、上記のようにフッ素原子等の電子吸引性が強い置換基が導入された有機分子を用いた場合や、電極の材料の選択によっては、ｎ型半導体層として機能させることも可能である。
以下、図面を参照しながら説明する。
【００７４】
図１１は、本発明に係る太陽電池の要部を例示する概略断面図である。
ここに示す太陽電池２Ａは、ガラス基板２１上に、アノード電極２２、ｐ型半導体層２４、ｎ型半導体層２５及びカソード電極２３がこの順に積層され、概略構成されている。すなわち、ガラス基板２１上に、アノード電極２２及びカソード電極２３からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された、ｐｎ接合したｐ型半導体層２４及びｎ型半導体層２５と、が設けられたものである。
【００７５】
ｐ型半導体層２４は、公知の材質で形成してもよく、上記の本発明に係る有機薄膜としてもよい。ｎ型半導体層２５を前記有機薄膜とする場合には、ｐ型半導体層２４は、親水性基等の第一の有機分子が結合できる部位を有していればよい。
ｐ型半導体層２４の膜厚は、５〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００７６】
ｎ型半導体層２５は、上記の本発明に係る有機薄膜としてもよい。ｎ型半導体層２５を公知の材質で形成する場合、好ましい材質としては、フラーレン；［６，６］−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）等のフラーレン誘導体；フタルイミド環を構成している一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換されたフッ素化フタロシアニン等が例示できる。前記フッ素化フタロシアニンは、フタルイミド環を構成しているすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい。
ｎ型半導体層２５の膜厚は、５〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００７７】
ｐ型半導体層２４及びｎ型半導体層２５のいずれか一方は、公知のものであってもよい。そして、前記有機薄膜であるｐ型半導体層２４及び／又はｎ型半導体層２５は、薄膜を構成する第一及び第二の有機分子の配向性が制御され、十分な機能を有する。
【００７８】
ｐ型半導体層２４を前記有機薄膜とする場合には、アノード電極２２は、第一の有機分子が良好に化学結合できるように、例えば、シランカップリング剤を構成するアルコキシシラン、ハロゲノシラン等の基（例えば、有機ケイ素化合物（Ｉ）において、一般式「−ＳｉＸ１Ｘ２Ｘ３」で表される基）との反応性に優れる水酸基等の反応性基を、少なくとも表面に有することが好ましい。このような材質としては、透明電極であるＩＴＯ等が例示できる。
アノード電極２２の膜厚は、１０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００７９】
カソード電極２３の材質としては、銀、アルミニウム等が例示できる。
カソード電極２３の膜厚は、１０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００８０】
本発明に係る太陽電池は、例えば、以下の方法で製造できる。
図１２は、太陽電池２Ａの製造方法を説明するための概略断面図である。
まず、図１２（ａ）に示すように、ガラス基板２１上にアノード電極２２を形成する。アノード電極２２の形成方法としては、スパッタリング法が例示できる。
【００８１】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、アノード電極２２上にｐ型半導体層２４を形成する。ｐ型半導体層２４の形成方法としては、ｐ型半導体層２４が前記有機薄膜である場合には、上記の有機薄膜の製造方法が例示でき、前記有機薄膜でない場合には、真空蒸着法が例示できる。
【００８２】
次いで、図１２（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層２４上にｎ型半導体層２５を形成する。ｎ型半導体層２５の形成方法としては、ｎ型半導体層２５が前記有機薄膜である場合には、上記の有機薄膜の製造方法が例示でき、前記有機薄膜でない場合には、真空蒸着法が例示できる。
【００８３】
次いで、図１２（ｄ）に示すように、ｎ型半導体層２５上にカソード電極２３を形成する。カソード電極２３の形成方法としては、真空蒸着法が例示できる。
上記工程を行うことで、図１１に示す太陽電池２Ａが得られる。
【００８４】
＜有機発光素子＞
本発明に係る有機発光素子は、基材上に一対の電極を備え、前記一対の電極間に、少なくともキャリア輸送層及び発光層を備えた有機発光素子であって、前記第一及び第二の有機分子が有機半導体分子である前記有機薄膜を、前記キャリア輸送層として備えたことを特徴とする。そして、かかるキャリア輸送層を備えたこと以外は、従来の有機発光素子と同様の構成とすることができる。本発明に係る有機発光素子は、前記有機薄膜を備えたことで、キャリア輸送特性が向上し、良好な発光特性が得られる。
前記有機薄膜は、例えば、先に例示した第一及び第二の有機分子を用いた場合、主にｐ型半導体層として利用されるが、上記のようにフッ素原子等の電子吸引性が強い置換基が導入された有機分子を用いた場合や、電極の材料の選択によっては、ｎ型半導体層（電子輸送層）として機能させることも可能である。
以下、図面を参照しながら説明する。
【００８５】
図１３は、本発明に係る有機発光素子の要部を例示する概略断面図である。
ここに示す有機発光素子３Ａは、ガラス基板３１上に、アノード電極３２、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと略記する）部３４及びカソード電極３３がこの順に積層され、概略構成されている。すなわち、ガラス基板３１上に、アノード電極３２及びカソード電極３３からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された有機ＥＬ部３４と、が設けられたものである。
【００８６】
アノード電極３２及びカソード電極３３は、それぞれ、上記の太陽電池におけるアノード電極及びカソード電極と同様のものである。
【００８７】
有機ＥＬ部３４は、アノード電極３２側からカソード電極３３側へかけて、キャリア（正孔）注入層３４ａ、キャリア輸送層３４ｂ、発光層３４ｃ、電子輸送層３４ｄ及び電子注入層３４ｅがこの順に積層され、概略構成されている。
キャリア注入層３４ａ、キャリア輸送層３４ｂ、発光層３４ｃ、電子輸送層３４ｄ、電子注入層３４ｅは、それぞれ単層構造及び多層構造のいずれであってもよい。
【００８８】
キャリア輸送層３４ｂは、上記の本発明に係る有機薄膜である。
キャリア輸送層３４ｂの膜厚は、５〜５００ｎｍであることが好ましい。
キャリア輸送層３４ｂは、上記のように、薄膜を構成する第一及び第二の有機分子の配向性が制御され、十分な機能を有する。
【００８９】
キャリア注入層３４ａにおいて、キャリア注入材料は、有機ＥＬ用又は有機光導電体用として公知のものでよい。好ましいキャリア注入材料としては、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）等の酸化物や無機ｐ型半導体材料；ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリアニリン−樟脳スルホン酸（ＰＡＮＩ−ＣＳＡ）、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンサルフォネイト（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリ（トリフェニルアミン）誘導体（Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（ｐ−ナフタレンビニレン）（ＰＮＶ）等の高分子材料等が例示できる。
また、キャリア注入層３４ａに適用する材料としては、陽極からのキャリアの注入・輸送をより効率よく行う観点から、キャリア輸送層３４ｂに適用するキャリア注入輸送材料よりも、最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が低い材料が好ましい。
キャリア注入層３４ａの膜厚は、１〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００９０】
発光層３４ｃの材質は、有機ＥＬ用の公知のものでよく、例えば、低分子発光材料及び高分子発光材料等に分類できる。
前記低分子発光材料の好ましいものとしては、４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）−ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）等の芳香族ジメチリデン化合物；５−メチル−２−［２−［４−（５−メチル−２−ベンゾオキサゾリル）フェニル］ビニル］ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物；３−（４−ビフェニルイル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）等のトリアゾール誘導体；１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物；フルオレノン誘導体等の蛍光性有機材料等が例示できる。
前記高分子発光材料の好ましいものとしては、ポリ（２−デシルオキシ−１，４−フェニレン）（ＤＯ−ＰＰＰ）等のポリフェニレンビニレン誘導体；ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）（ＰＤＡＦ）等のポリスピロ誘導体等が例示できる。
発光層３４ｃの膜厚は、５〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００９１】
電子輸送層３４ｄ及び電子注入層３４ｅにおいて、電子注入輸送材料は、有機ＥＬ用又は有機光導電体用として公知のものでよい。好ましい電子注入輸送材料としては、ｎ型半導体である無機材料、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体、ベンゾジフラン誘導体等の低分子材料；ポリ（オキサジアゾール）（Ｐｏｌｙ−ＯＸＺ）、ポリスチレン誘導体（ＰＳＳ）等の高分子材料が例示できる。特に、電子注入材料としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）等のフッ化物；酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）等の酸化物等が例示できる。
また、電子注入層３４ｅに適用する材料としては、陰極からの電子の注入・輸送をより効率よく行う観点から、電子輸送層３４ｄに適用する電子注入輸送材料よりも、最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位が高い材料が好ましい。そして、電子輸送層３４ｄに適用する材料としては、電子注入層３４ｅに適用する電子注入輸送材料よりも、電子の移動度が高い材料が好ましい。
電子輸送層３４ｄの膜厚は、５〜５００ｎｍであることが好ましい。また、電子注入層３４ｅの膜厚は、０．１〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００９２】
本発明に係る有機発光素子は、図１３に示すものに限定されず、その構成の一部が変更されたものでもよい。例えば、有機ＥＬ部３４の構成を以下のようにしたものが挙げられる。
（ｉ）アノード電極３２側からカソード電極３３側へかけて、キャリア輸送層、発光層及び電子輸送層がこの順に積層された有機ＥＬ部。
（ｉｉ）アノード電極３２側からカソード電極３３側へかけて、キャリア注入層、キャリア輸送層、発光層及び電子輸送層がこの順に積層された有機ＥＬ部。
（ｉｉｉ）アノード電極３２側からカソード電極３３側へかけて、キャリア注入層、キャリア輸送層、発光層、キャリア防止層及び電子輸送層がこの順に積層された有機ＥＬ部。
（ｉｖ）アノード電極３２側からカソード電極３３側へかけて、キャリア注入層、キャリア輸送層、発光層、キャリア防止層、電子輸送層及び電子注入層がこの順に積層された有機ＥＬ部。
（ｖ）アノード電極３２側からカソード電極３３側へかけて、キャリア注入層、キャリア輸送層、電子防止層、発光層、キャリア防止層、電子輸送層及び電子注入層がこの順に積層された有機ＥＬ部。
【００９３】
前記キャリア防止層及び電子防止層は、有機ＥＬ用として公知のものでよく、それぞれ単層構造及び多層構造のいずれであってもよい。
【００９４】
本発明に係る有機発光素子は、例えば、以下の方法で製造できる。
図１４は、有機発光素子３Ａの製造方法を説明するための概略断面図である。
まず、図１４（ａ）に示すように、ガラス基板３１上にアノード電極３２を形成する。アノード電極３２の形成方法としては、スパッタリング法が例示できる。
【００９５】
次いで、図１４（ｂ）に示すように、アノード電極３２上にキャリア注入層３４ａを形成する。キャリア注入層３４ａの形成方法としては、スピンコート法が例示できる。
【００９６】
次いで、図１４（ｃ）に示すように、キャリア注入層３４ａ上にキャリア輸送層３４ｂを形成する。キャリア輸送層３４ｂの形成方法は、上記の有機薄膜の製造方法で説明した通りである。
【００９７】
次いで、図１４（ｄ）に示すように、キャリア輸送層３４ｂ上に発光層３４ｃを形成する。発光層３４ｃの形成方法としては、真空蒸着法が例示できる。
【００９８】
次いで、図１４（ｅ）に示すように、発光層３４ｃ上に電子輸送層３４ｄを形成する。電子輸送層３４ｄの形成方法としては、真空蒸着法が例示できる。
【００９９】
次いで、図１４（ｆ）に示すように、電子輸送層３４ｄ上に電子注入層３４ｅを形成する。電子注入層３４ｅの形成方法としては、真空蒸着法が例示できる。
【０１００】
次いで、図１４（ｇ）に示すように、電子注入層３４ｅ上にカソード電極３３を形成する。カソード電極３３の形成方法としては、真空蒸着法が例示できる。
上記工程を行うことで、図１３に示す有機発光素子３Ａが得られる。
【０１０１】
＜表示装置用アレイ＞
本発明に係る表示装置用アレイは、前記電界効果トランジスタをスイッチング素子として備えたことを特徴とする。そして、かかる電界効果トランジスタを備えたこと以外は、従来の表示装置用アレイと同様の構成とすることができる。本発明に係る表示装置用アレイは、前記電界効果トランジスタを備えたことで、高速動作が可能となる。
以下、図面を参照しながら説明する。
【０１０２】
図１５は、本発明に係る表示装置用アレイの要部を例示する概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
ここに示す表示装置用アレイ４Ａは、図６に示す電界効果トランジスタ１Ｂを備えた有機半導体装置４２をマトリクス状に配置することで、画像表示装置の駆動用アレイとして用いたものである。
表示装置用アレイ４Ａは、透明な基板１１上に設けられたゲート配線４０、ソース配線４１、画素電極４３、及びこれらに電気的に接続された電界効果トランジスタ１Ｂを備えた有機半導体装置４２から概略構成されている。ゲート配線４０は、図６におけるゲート電極１２を構成するとともに、それへの接続配線ともなっている。
そして、ゲート配線４０上にゲート絶縁膜１３を介してソース電極１４及びドレイン電極１５が離間して設けられ、さらにソース電極１４及びドレイン電極１５間のゲート絶縁膜１３上に、有機半導体層１６が設けられている。また、ドレイン電極１５は、画素電極４３と接続され、駆動用アレイとして構成されている。
【０１０３】
有機半導体装置４２は、例えば、ソース配線４１及び画素電極４３を形成する工程を有すること以外は、電界効果トランジスタ１Ｂの場合と同様の方法で製造できる。具体的には、以下の通りである。図１６は、有機半導体装置４２の製造方法を説明するための概略断面図である。
まず、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して説明した方法と同様の方法で、図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板１１上にゲート配線４０（ゲート電極１２）、ゲート絶縁膜１３を順次形成し、次に所定のパターンのフォトレジスト膜９０を形成する。ゲート絶縁膜１３は、ゲート配線４０の表面を覆い、基板１１上の全面を覆うように形成し、次いで所定のパターンにエッチングする。
次いで、図１０（ｄ）を参照して説明した方法と同様の方法で、図１６（ｄ）に示すように、ソース電極１４及びドレイン電極１５を形成する。さらに、ソース電極１４に接触するようにソース配線４１を、ドレイン電極１５に接触するように画素電極４３を、それぞれゲート絶縁膜１３上に形成する。ソース配線４１及び画素電極４３は、例えば、銀（Ａｇ）等の金属を材質とし、各種印刷法により形成できる。
次いで、図１０（ｅ）を参照して説明した方法と同様の方法で、図１６（ｅ）に示すように、ソース電極１４及びドレイン電極１５間のゲート絶縁膜１３上に有機半導体層１６を形成する。有機半導体層１６の形成方法は、上記の有機薄膜の製造方法で説明した通りである。
上記工程を行うことで、有機半導体装置４２が得られる。
そして、得られた有機半導体装置４２は、マトリクス状に配置することで、表示装置用アレイ４Ａが得られる。
【０１０４】
ここでは、電界効果トランジスタとして電界効果トランジスタ１Ｂを用いた例を示しているが、その他の電界効果トランジスタも用いることができ、その構成に応じて、有機半導体装置の構成を調節すればよい。
本発明に係る表示装置用アレイは、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の画像表示装置の駆動用として好適である。
【０１０５】
＜表示装置＞
本発明に係る表示装置は、画像信号を発生して出力する画像信号出力部と、前記画像信号に基づいて電流又は電圧を発生する駆動部と、発生した前記電流又は電圧により発光する発光部と、を備えた表示装置であって、前記発光部が、前記有機発光素子であることを特徴とする。そして、かかる有機発光素子を備えたこと以外は、従来の表示装置と同様の構成とすることができる。
本発明に係る表示装置は、前記有機発光素子を備えたことで、良好な発光特性が得られる。
以下、図面を参照しながら説明する。
【０１０６】
図１７は、本発明に係る表示装置の要部を例示する概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は１画素の等価回路図、（ｃ）は１画素の平面図である。
ここに示す表示装置５Ａは、本発明に係る有機発光素子３を有機ＥＬ表示装置の素子として用いた有機ＥＬ表示装置である。
表示装置５Ａにおいては、複数の走査線（ゲート配線）５０と、複数の信号線（ソース配線）５１とが縦横に配されたマトリクスが形成されており、それぞれの交差部に１つの画素が設けられた画素アレイが形成されている。画素アレイの周囲領域には、走査線５０に接続された走査線駆動回路（ゲートドライバ）５５と、信号線５１に接続された信号線駆動回路（ソースドライバ）５６が、それぞれ配置されている。そして、前記走査線駆動回路５５及び信号線駆動回路５６には、画像表示を行うためのタイミング信号やＲＧＢ輝度信号等の画像信号を供給するためのコントローラ５７が接続され、さらに走査線５０及び信号線５１に与える信号電圧を供給するための電源回路５９が接続されている。コントローラ５７には、表示装置５Ａに対して外部より水平・垂直同期信号や画像信号を与えるための外部処理装置５８が接続されている。
表示装置５Ａを構成する画素アレイの１画素は、図１７（ｂ）に示すように、走査線５０及び信号線５１に接続されたスイッチング用トランジスタ５２、画素を駆動するための駆動用トランジスタ５３、並びに保持容量５４を備え、駆動用トランジスタ５３に有機発光素子３（有機ＥＬ素子）からなる画素部が接続されている。有機発光素子３は、駆動電流又は電圧により発光する。
スイッチング用トランジスタ５２及び駆動用トランジスタ５３は、例えば、一般的な多結晶シリコンを半導体として用いたトランジスタ等で構成できる。以上により表示装置５Ａが構成されている。
有機発光素子３としては、図１３に示す有機発光素子３Ａをはじめとして、本発明に係る素子であれば、いずれも用いることができる。
【実施例】
【０１０７】
以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
【０１０８】
＜有機半導体薄膜の製造＞
［実施例１］
厚さ３００ｎｍの酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を表面に有するＳｉ基板（厚さ：１ｍｍ）において、ＵＶオゾン処理によって、前記酸化膜表面を親水化処理した。次いで、不活性ガス雰囲気下において、前記式（３）の関係に基づいて決定された濃度のクォーターチオフェントリクロロシラン（前記一般式（Ｉ）−１０２で表される有機ケイ素化合物において、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３が塩素原子であるもの）の無水トルエン溶液（濃度：１×１０−３μｍｏｌ／Ｌ）に、親水化処理した前記Ｓｉ基板を１分間浸漬し、ゆっくりと引き上げ、溶媒洗浄を行い、Ｓｉ基板上にクォーターチオフェンを結合させた。
次いで、クォーターチオフェンが結合した前記Ｓｉ基板に、スピンコート法（回転数１５００ｒｐｍ）でクォーターチオフェン（第二の有機分子）のクロロホルム飽和溶液を塗布し、有機半導体薄膜を形成した。得られた有機半導体薄膜の膜厚は約２ｎｍであった。
この薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察したところ、有機分子の配向性が制御され、グレインのない均一な薄膜であることが確認できた。
【０１０９】
＜電界効果トランジスタの製造＞
［実施例２］
図９を参照して説明した製造方法により、図５に示す電界効果トランジスタ１Ａを製造した。より具体的には、以下の通りである。
基板１１としては、ガラス基板（コーニング社製、Ｅａｇｌｅ２０００、厚さ：０．５ｍｍ）を用いた。
ゲート電極１２の材質は、アルミニウム（Ａｌ）に対して１０％のシリコン（Ｓｉ）を添加したＡｌＳｉ合金とした。そして、このＡｌＳｉ合金からなる金属ターゲットを用いたスパッタリング法により、基板１１上に、ＡｌＳｉ合金からなる膜厚４０ｎｍの金属膜を形成した。この金属膜のパターンニングは、フォトリソグラフィー及びエッチングで行った。
ゲート絶縁膜１３の材質は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）とし、スパッタリング法により、膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。
有機半導体層１６は、実施例１と同様の材質及び方法で形成した。有機半導体層１６の膜厚は２ｎｍであった。
ソース電極１４及びドレイン電極１５の材質は金（Ａｕ）とし、金属マスクを介して真空蒸着法により、膜厚４０ｎｍのＡｕ膜を形成した。この時、ソース電極１４及びドレイン電極１５間の間隔（チャネル長）は５０μｍであり、対向する電極の長さ（チャネル幅）は１０００μｍであった。
得られた電界効果トランジスタ１Ａについて、電界効果移動度を測定したところ、８×１０−２ｃｍ２／Ｖｓであった。実施例１と同様の方法で作製した有機半導体薄膜を有機半導体層としたことにより、高い特性の電界効果トランジスタが得られた。
【０１１０】
［実施例３］
図１０を参照して説明した製造方法により、図６に示す電界効果トランジスタ１Ｂを製造した。より具体的には、以下の通りである。
基板１１としては、ガラス基板（コーニング社製、Ｅａｇｌｅ２０００、厚さ：０．５ｍｍ）を用いた。
ゲート電極１２の材質は、アルミニウム（Ａｌ）に対して１０％のシリコン（Ｓｉ）を添加したＡｌＳｉ合金とした。そして、このＡｌＳｉ合金からなる金属ターゲットを用いたスパッタリング法により、基板１１上に、ＡｌＳｉ合金からなる膜厚４０ｎｍの金属膜を形成した。この金属膜のパターンニングは、フォトリソグラフィー及びエッチングで行った。
ゲート絶縁膜１３の材質は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）とし、スパッタリング法により、膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。
フォトレジスト膜９０は、膜厚を４μｍとし、リフトオフプロセス用のネガ型フォトレジスト（日本ゼオン社製、ＺＰＮ１１５０）を用いて、スピンコート法により成膜した後、フォトリソグラフィー法で形成した。
真空蒸着法によって、膜厚２ｎｍのクロム（Ｃｒ）からなる密着層、及び膜厚４０ｎｍの金（Ａｕ）からなる金属膜を順次成膜し、アセトン等の有機溶媒中に基板１１を浸漬するリフトオフ法により、フォトレジスト膜９０及びその上に形成された不要なＡｕ膜／Ｃｒ膜を除去して、ソース電極１４及びドレイン電極１５を形成した。この時、ソース電極１４及びドレイン電極１５間の間隔（チャネル長）は２０μｍであり、対向する電極の長さ（チャネル幅）は１０００μｍであった。
有機半導体層１６は、第一の有機分子としてクォーターチオフェントリクロロシランに代えて２−トリクロロシリルペンタセンを、第二の有機分子としてクォーターチオフェンに代えてペンタセンをそれぞれ使用し、ペンタセンをスピンコート法に代えて蒸着法で導入したこと以外は、実施例１と同様の方法で形成した。有機半導体層１６の膜厚は３ｎｍであった。
得られた電界効果トランジスタ１Ｂについて、実施例２と同様の方法で電界効果移動度を測定したところ、６×１０−２ｃｍ２／Ｖｓであった。実施例１と同様の方法で作製した有機半導体薄膜を有機半導体層としたことにより、高い特性の電界効果トランジスタが得られた。
【０１１１】
＜太陽電池の製造＞
［実施例４］
図１２を参照して説明した製造方法により、図１１に示す太陽電池２Ａを製造した。より具体的には、以下の通りである。
ガラス基板２１としては、「コーニング社製、Ｅａｇｌｅ２０００、厚さ：０．５ｍｍ」を用いた。
アノード電極２２としては、膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ膜を、スパッタリング法によりガラス基板２１上に形成した。
ｐ型半導体層２４は、第一の有機分子としてクォーターチオフェントリクロロシランに代えてキンクエチオフェントリクロロシラン（前記一般式（Ｉ）−１０３で表される有機ケイ素化合物において、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３が塩素原子であるもの）を使用したこと以外は、実施例１と同様の方法で形成した。ｐ型半導体層２４の膜厚は１０ｎｍであった。
ｎ型半導体層２５としては、膜厚２０ｎｍのパーフルオロフタロシアニンからなる膜を、真空蒸着法により形成した。
カソード電極２３としては、膜厚１００ｎｍのＡｌ膜を、真空蒸着法により形成した。
得られた太陽電池２Ａについて、ＡＭ１．５の擬似太陽光を照射し、正極−負極間の電圧−電流特性を評価し、変換効率を算出したところ、０．１％であり、光電変換することを確認できた。
【０１１２】
＜有機発光素子の製造＞
［実施例５］
図１４を参照して説明した製造方法により、図１３に示す有機発光素子３Ａを製造した。より具体的には、以下の通りである。
ガラス基板３１としては、「コーニング社製、Ｅａｇｌｅ２０００、厚さ：０．５ｍｍ」を用いた。
アノード電極３２としては、膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ膜を、スパッタリング法によりガラス基板３１上に形成した。
キャリア注入層３４ａは、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Ｂｙｔｒｏｎ−Ｐ、バイエル社製）をスピンコート法（回転数１５００ｒｐｍ）でアノード電極３２上に載せることで形成し、膜厚を約５０ｎｍとした。
キャリア輸送層３４ｂは、第一の有機分子としてクォーターチオフェントリクロロシランに代えてターチオフェントリクロロシラン（前記一般式（Ｉ）−１０１で表される有機ケイ素化合物において、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３が塩素原子であるもの）を、第二の有機分子としてクォーターチオフェンに代えてターチオフェンをそれぞれ使用したこと以外は、実施例１と同様の方法で形成した。キャリア輸送層３４ｂの膜厚は２ｎｍであった。
発光層３４ｃは、キャリア輸送層３４ｂ上に、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバソル−ビフェニル（ＣＢＰ）及びトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ＰＰＹ）３）を、それぞれ異なる蒸着源から共蒸着させる真空蒸着法によって形成した。形成した発光層３４ｃ中のＩｒ（ＰＰＹ）３の濃度は、６．５質量％であった。また、膜厚は３０ｎｍであった。
電子輸送層３４ｄは、発光層３４ｃ上にトリス（８−ヒドロキシキノリンアルミニウム）（Ａ１ｑ３）を真空蒸着させることで形成し、膜厚を４０ｎｍとした。
電子注入層３４ｅは、電子輸送層３４ｄ上に酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を真空蒸着させることで形成し、膜厚を０．５ｎｍとした。
カソード電極３３は、電子注入層３４ｅ上にアルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着させることで形成し、膜厚を１５０ｎｍとした。
得られた有機発光素子３Ａについて、陽極−陰極間に電圧を印加し、発光スペクトルを評価したところ、Ｉｒ（ＰＰＹ）３からの発光が観測された。
【０１１３】
＜表示装置用アレイの製造＞
［実施例６］
図１６を参照して説明した製造方法により、図１５に示す表示装置用アレイ４Ａを製造した。より具体的には、以下の通りである。
基板１１としては、ガラス基板（コーニング社製、Ｅａｇｌｅ２０００、厚さ：０．５ｍｍ）を用いた。
ゲート配線４０の材質は、アルミニウム（Ａｌ）に対して１０％のシリコン（Ｓｉ）を添加したＡｌＳｉ合金とした。そして、このＡｌＳｉ合金からなる金属ターゲットを用いたスパッタリング法により、基板１１上に、ＡｌＳｉ合金からなる膜厚４０ｎｍの金属膜を形成した。この金属膜のパターンニングは、フォトリソグラフィー及びエッチングで行った。
ゲート絶縁膜１３の材質は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）とし、スパッタリング法により、膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。
フォトレジスト膜９０は、膜厚を４μｍとし、リフトオフプロセス用のネガ型フォトレジスト（日本ゼオン社製、ＺＰＮ１１５０）を用いて、スピンコート法により成膜した後、フォトリソグラフィー法で形成した。
真空蒸着法によって、膜厚２ｎｍのクロム（Ｃｒ）からなる密着層、及び膜厚４０ｎｍの金（Ａｕ）からなる金属膜を順次成膜し、アセトン等の有機溶媒中に基板１１を浸漬するリフトオフ法により、フォトレジスト膜９０及びその上に形成された不要なＡｕ膜／Ｃｒ膜を除去して、ソース電極１４及びドレイン電極１５を形成した。この時、ソース電極１４及びドレイン電極１５間の間隔（チャネル長）は２０μｍであり、対向する電極の長さ（チャネル幅）は１０００μｍであった。
ソース配線４１及び画素電極４３は、Ａｇインクを反転印刷し、１８０℃で焼成することにより、厚さ５０ｎｍで所望のパターンに形成した。
有機半導体層１６は、第一の有機分子としてクォーターチオフェントリクロロシランに代えて２−トリクロロシリルペンタセン（前記一般式（Ｉ）−３０３で表される有機ケイ素化合物において、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３が塩素原子であるもの）を、第二の有機分子としてクォーターチオフェンに代えてペンタセンをそれぞれ使用し、ペンタセンをスピンコート法に代えて蒸着法で導入したこと以外は、実施例１と同様の方法で形成した。有機半導体層１６の膜厚は３ｎｍであった。
そして、得られた有機半導体装置４２をマトリクス状に配置して、表示装置用アレイ４Ａとした。
【０１１４】
＜表示装置の製造＞
［実施例７］
図１３に示す有機発光素子３Ａを有機ＥＬ表示装置の素子として用い、図１７に示す表示装置５Ａを製造した。有機発光素子３Ａは、実施例５と同様の方法で製造した
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、電界効果トランジスタ、太陽電池、有機発光素子等の半導体デバイスに利用可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１Ａ，１Ｂ・・・電界効果トランジスタ、１１・・・基板、１２・・・ゲート電極、１３・・・ゲート絶縁膜、１４・・・ソース電極、１５・・・ドレイン電極、１６・・・有機半導体層、２Ａ・・・太陽電池、２１・・・ガラス基板、２２・・・アノード電極、２３・・・カソード電極、２４・・・ｐ型半導体層、２５・・・ｎ型半導体層、３，３Ａ・・・有機発光素子、３１・・・ガラス基板、３２・・・アノード電極、３３・・・カソード電極、３４ｂ・・・キャリア輸送層、３４ｃ・・・発光層、４Ａ・・・表示装置用アレイ、４０・・・ゲート配線、５Ａ・・・表示装置、５５・・・走査線駆動回路（ゲートドライバ）、５６・・・信号線駆動回路（ソースドライバ）、５７・・・コントローラ、６・・・有機薄膜、６０・・・基材、６１・・・第一の有機分子、６２・・・第二の有機分子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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