(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル領域として機能する部分を含む半導体層を備える電界効果トランジスタであって、
前記半導体層が、前記半導体層内に分散された複数の導電性の微粒子と、前記微粒子に化学結合して前記微粒子間を連結する有機半導体分子と、環状分子とを構成要素として含み、
前記有機半導体分子はπ電子共役鎖を主鎖として含み、
前記π電子共役鎖が前記環状分子によって包接されており、
前記有機半導体分子の平均主鎖長が、前記微粒子の平均粒径以上であり、
前記有機半導体分子の平均主鎖長が１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲にあり、
前記微粒子の平均粒径が１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲にある、電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記有機半導体分子は、主鎖長が異なる複数種の分子を含む請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記環状分子がシクロデキストリンである請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記π電子共役鎖の末端に、前記環状分子の内径よりも幅が大きい原子団が結合している請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記半導体層に接触する電極を含み、
前記電極の表面と前記微粒子の表面とが同じ金属元素を主成分とし、
一部の前記有機半導体分子が、前記電極の表面と前記微粒子との両方に化学結合している請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
少なくとも１つの電界効果トランジスタを含む電子機器であって、
前記電界効果トランジスタが、チャネル領域として機能する部分を含む半導体層を備え、
前記半導体層が、前記半導体層内に分散された複数の導電性の微粒子と、前記微粒子に化学結合して前記微粒子間を連結する有機半導体分子と、環状分子とを構成要素として含み、
前記有機半導体分子はπ電子共役鎖を主鎖として含み、
前記π電子共役鎖が前記環状分子によって包接されており、
前記有機半導体分子の平均主鎖長が、前記微粒子の平均粒径以上であり、
前記有機半導体分子の平均主鎖長が１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲にあり、
前記微粒子の平均粒径が１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲にある、電子機器。
【請求項７】
複数の導電性の微粒子を含む半導体層を備える電界効果トランジスタの製造方法であって、
（Ｉ）複数の前記微粒子と、環状分子によって包接されたπ電子共役鎖と前記π電子共役鎖の両末端に配置され前記微粒子と化学結合する２つの末端基とを備える有機半導体分子とを、溶媒中で接触させることによって、前記有機半導体分子の前記末端基と前記微粒子とを化学結合させる工程と、
（II）前記溶媒を除去する工程と、を含み、
前記有機半導体分子の平均主鎖長が、前記微粒子の平均粒径以上であり、
前記有機半導体分子の平均主鎖長が１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲にあり、
前記微粒子の平均粒径が１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲にある、電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記（Ｉ）の工程は、複数の前記微粒子と第１の溶媒とを含む第１の液体と、前記有機半導体分子と第２の溶媒とを含む第２の液体とを前記半導体層が形成される領域に供給することによって、前記領域において前記有機半導体分子の前記末端基と前記微粒子とを化学結合させる工程を含み、
前記（II）の工程において、前記第１の溶媒と前記第２の溶媒とが除去される請求項７に記載の電界効果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、有機分子を含有する半導体層を備える電界効果トランジスタおよびその製造方法、ならびにそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料には、炭素の骨格をベースとする様々な化合物が存在する。中でも導電性を有する有機分子は、その分子構造に由来する多様な電気特性を発現することが確認されており、薄膜トランジスタ、センサ、有機ＬＥＤ、コンデンサ、電池、生体機能デバイス、レーザなど、様々な有機電子デバイスへの応用が提案されている。
【０００３】
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという場合がある）は、現在、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ等における駆動素子として期待されている。ＴＦＴは、通常、アモルファスシリコンや低温ポリシリコンといった無機半導体材料で形成されている。ＴＦＴの半導体層を有機分子で形成することによって、低コスト化や大面積化が可能となる。
【０００４】
しかしながら、現在報告されている有機半導体は、無機半導体に比べてキャリア移動度が低く、それを用いた素子は駆動電圧が高いなどの問題がある。そのため、有機半導体のキャリア移動度の向上や、有機半導体を用いた素子の駆動電圧の低減についての研究がされている。
【０００５】
有機半導体分子を用いた電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という場合がある）では、ほとんどの場合、有機半導体分子本来の特性から期待されるデバイス特性が十分には得られない。その要因の１つとして、有機半導体分子内の電荷の移動は非常に速いが、有機半導体分子と有機半導体分子との間の電荷の移動はそれに比べて遅いため、半導体層全体としては後者の電荷移動速度に制限された特性しか得られないことが挙げられる。これを改善する手段の１つとして、導体または半導体からなる微粒子と、それに結合した有機半導体分子とによって導電路が形成された半導体層が開示されている（特開２００４−８８０９０号公報）。
【０００６】
また、導電性有機分子としてπ共役系高分子を用いた電子デバイスでは、酸素や水の影響を受けやすく、デバイス特性を維持するためには別途封止構造を用いるなどの必要があった。これを改善する方法の１つとして、導電性高分子をシクロデキストリンなどの絶縁性の環状分子で包接して、デバイスの信頼性を向上させる方法が開示されている。（特開２００３−２９８０６７号公報）。
【０００７】
特開２００４−８８０９０号公報に記載の手段では、微粒子としては導体と半導体のいずれを選択してもよい。有機材料だけで半導体物性を発現させる方が単純なデバイス特性が得られやすいので、導体からなる微粒子を用いる方がデバイス設計上好ましい。しかしながら、微粒子として導体を用いた場合、微粒子の粒径に対して有機半導体分子の鎖長が短いと、導体である微粒子同士の接触や微粒子間における電荷のホッピングが生じる。その結果、短絡や漏れ電流の増大といった問題が発生する場合があった。このような問題を解決するために有機半導体分子の鎖長を長くすると、分子の直線性が悪くなって有機半導体分子同士で絡まったり、分子の両端が同一の微粒子に結合してしまったりして、所望の特性が得られないという問題があった。
【発明の開示】
【０００８】
このような状況を考慮し、本発明は、有機分子を含み高速のキャリア移動を可能とする半導体層を有する電界効果トランジスタおよびその製造方法、ならびにそれを用いた各種の電子機器を提供することを目的の１つとする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電界効果トランジスタは、チャネル領域として機能する部分を含む半導体層を備える電界効果トランジスタであって、前記半導体層が、前記半導体層内に分散された複数の導電性の微粒子と、前記微粒子に化学結合して前記微粒子間を連結する有機半導体分子と、環状分子とを構成要素として含み、前記有機半導体分子はπ電子共役鎖を主鎖として含み、前記π電子共役鎖が前記環状分子によって包接されており、前記有機半導体分子の平均主鎖長が、前記微粒子の平均粒径の０．２５倍以上である。
【００１０】
また、本発明の電子機器は、少なくとも１つの電界効果トランジスタを含む電子機器であって、前記電界効果トランジスタが、チャネル領域として機能する部分を含む半導体層を備え、前記半導体層が、前記半導体層内に分散された複数の導電性の微粒子と、前記微粒子に化学結合して前記微粒子間を連結する有機半導体分子と、環状分子とを構成要素として含み、前記有機半導体分子はπ電子共役鎖を主鎖として含み、前記π電子共役鎖が前記環状分子によって包接されており、前記有機半導体分子の平均主鎖長が、前記微粒子の平均粒径の０．２５倍以上である。
【００１１】
また、本発明の製造方法は、複数の導電性の微粒子を含む半導体層を備える電界効果トランジスタの製造方法であって、（Ｉ）複数の前記微粒子と、環状分子によって包接されたπ電子共役鎖と前記π電子共役鎖の両末端に配置され前記微粒子と化学結合する２つの末端基とを備える有機半導体分子とを、溶媒中で接触させることによって、前記有機半導体分子の前記末端基と前記微粒子とを化学結合させる工程と、（II）前記溶媒を除去する工程と、を含み、前記有機半導体分子の平均主鎖長が、前記微粒子の平均粒径の０．２５倍以上である。なお、この明細書において、「溶媒」とは分散媒を含む意味である。
【００１２】
本発明の電界効果トランジスタでは、導電性を有する微粒子同士が、π電子共役鎖によって連結されている。このπ電子共役鎖は環状化合物で包接されているため、主鎖長が長くなった場合でも比較的高い直線性が保たれる。そのため、本発明によれば、短絡や漏れ電流が少なく、キャリア移動度が高く、安定な電界効果トランジスタが得られる。また、本発明によれば、有機半導体分子を用いる半導体層において課題であった、酸素や水などに対する耐性も向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の電子機器は、本発明の電界効果トランジスタを用いているため、プラスティック基板などの可撓性基板上に低温でトランジスタを形成できる。そのため、本発明によれば、可撓性や軽量といった特性を電子機器に付与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
［電界効果トランジスタ］
本発明の電界効果トランジスタは、チャネル領域として機能する部分を含む半導体層を備える。その半導体層は、その半導体層内に分散された複数の導電性の微粒子と、微粒子に化学結合して微粒子間を連結する有機半導体分子（以下、「有機分子（Ａ）」という場合がある）と、環状分子とを構成要素として含む。有機分子（Ａ）はπ電子共役鎖を主鎖として含む。そのπ電子共役鎖は、環状分子によって包接されている。半導体層中において、微粒子と有機分子（Ａ）とは、網目状のネットワークを形成する。半導体層以外の構成部分に特に限定はなく、公知の構成および材料を適用できる。
【００１６】
上記半導体層は、電界の印加によって導電性が変化する層である。半導体層の厚さに特に限定はなく、たとえば３０ｎｍ〜１μｍの範囲としてもよい。半導体層は、典型的には、導電性の微粒子と有機半導体分子と環状分子とからなるが、本発明の効果が得られる限り、他の物質を含んでもよい。ただし、導電性微粒子と有機半導体分子と環状分子との合計は、通常、半導体層の５０質量％以上であり、たとえば９０質量％以上である。
【００１７】
有機分子（Ａ）は、π電子共役結合によって形成された分子鎖（π電子共役鎖）を主鎖とする分子であり、半導体性を示す。有機分子（Ａ）の両端は、導電性の微粒子に結合している。なお、一部の有機分子（Ａ）の末端は、ソース電極またはドレイン電極に結合していてもよい。有機分子（Ａ）の主鎖（π電子共役鎖）は、直線性が高いことが好ましい。有機分子（Ａ）の主鎖は、環状化合物によって包接可能なπ電子共役鎖である限り特に限定はなく、たとえば、芳香環、芳香族縮合多環、−ＣＨ＝ＣＨ−基などが、１種または複数種連結された構造を有する。有機分子（Ａ）は一種類の有機分子であってもよいし、複数種の有機分子であってもよい。有機分子（Ａ）の具体例については、実施形態１で説明する。
【００１８】
有機分子（Ａ）の主鎖長、すなわち、主鎖を構成するπ電子共役鎖の長さは、たとえば５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲であり、１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であることが好ましい。有機分子（Ａ）の主鎖長を１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲とすることによって、主鎖の直線性が保たれ、かつ主鎖内のπ電子共役結合を利用した電荷の移動を充分に活用することができる。
【００１９】
ここで、有機分子（Ａ）の主鎖長とは、主鎖を構成するπ電子共役鎖の直線性が最も高くなったと仮定した時の分子構造より計算される主鎖の両端間の直線距離をいう。
【００２０】
有機分子（Ａ）の平均主鎖長は、上記微粒子の平均粒径の０．２５倍以上であり、１倍以上であることが好ましい。この構成によれば、微粒子同士の距離が微粒子の平均粒径程度以上となるため、短絡や漏れ電流の増大を抑制することができ、信頼性が高い電界効果トランジスタが得られる。有機分子（Ａ）の平均主鎖長は、微粒子の平均粒径の１倍〜３倍の範囲にあることがより好ましい。
【００２１】
微粒子の「平均粒径」の求め方については、後述する。また、この明細書において、有機分子（Ａ）の「平均主鎖長」とは、鎖長が異なる複数種の有機分子（Ａ）のうち最も含有率が高い有機分子（Ａ）の主鎖長を意味する。有機分子（Ａ）の主鎖は、通常、所定の構造単位の繰り返しによって構成される。そして、その繰り返し回数は、１つの値を中心として分布する。このとき、最も割合が高い繰り返し回数の主鎖の長さが、「平均主鎖長」となる。
【００２２】
有機分子（Ａ）は、主鎖長が異なる複数種の分子を含んでもよい。この構成によれば、主鎖長が統一された有機半導体分子を用いる場合に比べて、微粒子間を連結する有機半導体分子の数が増えるため、半導体層に流せる電流量を増加できる。
【００２３】
上記環状分子は、有機分子（Ａ）の主鎖を包接してその主鎖の直線性を高めるものであればよい。環状分子としては、たとえば、シクロデキストリン、シクロデキストリン誘導体や、これらを架橋させてチューブ状にしたものなどを用いることができる。シクロデキストリンは短いチューブ状の形状を有しており、好ましく用いられる。環状分子の具体例については、実施形態１でも説明する。
【００２４】
環状分子で包接された有機分子（Ａ）は、公知の方法で合成できる。鈴木カップリング反応を用いた合成方法の一例が、アンダーソンらによって開示されている（ハリー・エル・アンダーソンら（Harry L. Anderson et al.）、インシュレーテッド・モレキュラー・ワイアーズ（Insulated Molecular Wires）、Angewandte Chemie, International Edition、２０００年、３９、Ｎｏ．１９、ｐ．３４５６〜３４６０）。
【００２５】
導電性の微粒子は、少なくとも表面が導電性の材料（導体）からなり、たとえば、金属、導電性の金属酸化物、または導電性の有機物の結晶で形成できる。導電性の微粒子は、複数の材料で形成されていてもよい。また、微粒子の形状に特に限定はなく、たとえば、球状、棒状または燐片状であってもよい。導電性の微粒子の好ましい一例は、金の微粒子である。金の微粒子と、端末にメルカプト基を有する有機分子（Ａ）とを用いた場合、有機分子（Ａ）は容易に金の微粒子に結合する。
【００２６】
導電性の微粒子の平均粒径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましく、１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲にあることがより好ましい。平均粒径が１０ｎｍ未満の微粒子は、製造が容易ではなく、半導体層中に均一に分散させることも容易ではない。また、製造上の観点から、有機分子（Ａ）の主鎖長は数十ｎｍ程度以下であることが好ましい。そのため、平均粒径が１００ｎｍを超える微粒子を用いた場合、微粒子同士の距離を十分にとって分散させることが難しくなり、短絡や漏れ電流の増大を引き起こす場合がある。微粒子の平均粒径を１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にすることによって、電気的特性が安定しており信頼性が高い電界効果トランジスタが得られる。
【００２７】
有機分子（Ａ）のπ電子共役鎖の末端には、有機分子（Ａ）を包接する環状分子の内径よりも幅が大きい原子団が結合していてもよい。この構成によれば、有機分子（Ａ）から環状分子が脱離することを防止できる。そのような原子団としては、たとえばポルフィリンが挙げられる。
【００２８】
本発明の電界効果トランジスタは、半導体層に接触する電極（ソース電極およびドレイン電極）を含み、その電極の表面と微粒子の表面とが同じ金属元素を主成分（含有率：５０質量％以上）としてもよい。そして、一部の有機分子（Ａ）が、電極の表面と微粒子との両方に化学結合していてもよい。電極の表面と微粒子の表面とを同じ金属元素で形成することによって、所定の末端基で有機分子（Ａ）を電極表面と微粒子表面とに化学結合させることができる。この構成によれば、ソース・ドレイン電極と半導体層との接続抵抗が低い電界効果トランジスタが得られる。たとえば、導電性微粒子として金の微粒子を用い、ソース・ドレイン電極として金の膜を用い、有機分子（Ａ）として、両端にメルカプト基を有する有機分子を用いる。この場合、有機分子（Ａ）は、２つの微粒子間、または微粒子と電極との間を連結する。
【００２９】
本発明の電界効果トランジスタでは、通常、ソース−ドレイン電極間の距離が、有機分子（Ａ）の平均主鎖長の５０倍以上（たとえば１００倍〜１００００倍の範囲）である。このような構成によれば、ソース−ドレイン間の距離を汎用的なリソグラフィ技術や印刷技術を用いて実現可能な距離（サブミクロン〜数十ミクロン）とした場合でも、高移動度の電界効果トランジスタを容易に製造できる。
【００３０】
［電子機器］
本発明の電子機器は、少なくとも１つの電界効果トランジスタを含む電子機器である。その電界効果トランジスタは、上記本発明の電界効果トランジスタである。本発明の電界効果トランジスタについては上述したため、説明を省略する。
【００３１】
本発明の電子機器は、アクティブマトリクス型ディスプレイであってもよく、電界効果トランジスタ素子がスイッチング素子として用いられていてもよい。スイッチング素子によって画素の駆動が行われる。この構成によれば、低コストで特性の高いシートライク、或いはペーパーライクなディスプレイを実現できる。
【００３２】
本発明の電子機器は、無線ＩＤタグであってもよい。本発明の電界効果トランジスタは、たとえば、無線ＩＤタグの集積回路を構成する半導体素子の一部として利用される。このような構成によれば、様々な形状の物体や素材に貼り付けることが可能な無線ＩＤタグが得られる。また、この構成によれば、任意の形状に形成可能な無線ＩＤタグを実現できる。
【００３３】
本発明の電子機器は、携帯用機器であってもよい。本発明の電界効果トランジスタは、たとえば、携帯用機器の集積回路を構成する半導体素子の一部として利用される。このような構成によれば、携帯テレビ、通信端末、ＰＤＡ、携帯用医療機器などの携帯用機器に、低コスト、フレキシブル、耐衝撃性が高い、任意の形状に形成可能といった利点を付加することができる。
【００３４】
［電界効果トランジスタの製造方法］
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、複数の導電性の微粒子を含む半導体層を備える電界効果トランジスタの製造方法である。この半導体層の一部はチャネル領域として機能する。この製造方法によれば、本発明の電界効果トランジスタを製造できる。
【００３５】
本発明の製造方法において、半導体層を形成する方法について以下に説明する。なお、半導体層以外の部分の形成方法に限定はなく、公知の方法を適用できる。
【００３６】
まず、環状分子によって包接されたπ電子共役鎖と当該π電子共役鎖の両末端に配置され当該微粒子と化学結合する２つの末端基とを備える有機半導体分子（以下「有機分子（Ｂ）」という場合がある）を用意する。
【００３７】
次に、複数の上記微粒子と有機分子（Ｂ）とを溶媒中で接触させることによって、有機分子（Ｂ）の末端基と微粒子とを化学結合させる（工程（Ｉ））。この工程によって、微粒子同士がπ電子共役鎖によって連結され、導電路が形成される。また、微粒子に結合した有機分子（Ｂ）は、上記有機分子（Ａ）に相当する。有機分子（Ａ）および（Ｂ）の具体例については、実施形態１で説明する。微粒子については上述したため、重複する説明を省略する。溶媒は、微粒子の分散媒、有機分子（Ｂ）の分散媒、有機分子（Ｂ）が溶解する溶媒、またはそれらの混合物である。溶媒は、微粒子および有機分子（Ｂ）に応じて選択される。微粒子が分散される第１の溶媒は、たとえば、水系、溶剤系、アルコール系の溶媒である。また、有機分子（Ｂ）が溶解または分散される第２の溶媒は、たとえば、水系、溶剤系、アルコール系の溶媒である。
【００３８】
次に、上記溶媒を除去する（工程（II））。溶媒の除去によって半導体層が形成される。溶媒の除去の方法に特に限定はなく、加熱乾燥、減圧乾燥、自然乾燥など、いずれの方法でもよい。ただし、加熱は、有機分子の特性が低下しない温度で行うことが好ましい。
【００３９】
以下、工程（Ｉ）の４つの例について説明する。
【００４０】
第１の例では、工程（Ｉ）は、複数の微粒子と第１の溶媒とを含む第１の液体と、有機分子（Ｂ）と第２の溶媒とを含む第２の液体とを半導体層が形成される領域に供給することによって、有機分子（Ｂ）の末端基と微粒子とを化学結合させる工程を含む。第１の例では、半導体層が形成される領域に、第１の液体と第２の液体とが別々に供給され、当該領域で反応が生じる。この場合、工程（II）では、第１の溶媒と第２の溶媒とが除去される。なお、微粒子と第１の溶媒とを含む第１の液体は、界面活性剤などを含んでもよい（以下の例でも同様である）。
【００４１】
第２の例では、工程（Ｉ）は、複数の微粒子と第１の溶媒とを含む第１の液体を半導体層が形成される領域に供給したのち、第１の溶媒を除去して微粒子層を形成する工程と、有機分子（Ｂ）と第２の溶媒とを含む第２の液体を微粒子層上に供給することによって有機分子（Ｂ）の末端基と微粒子とを化学結合させる工程とを含む。第２の例では、第２の液体を供給した際に、微粒子層の微粒子が第２の溶媒中に分散し、第２の溶媒中で有機分子（Ｂ）と微粒子とが反応する。第２の例では、工程（II）において、第２の溶媒を除去する。
【００４２】
第３の例では、工程（Ｉ）は、有機分子（Ｂ）と第２の溶媒とを含む第２の液体を半導体層が形成される領域に供給したのち、第２の溶媒を除去して有機半導体分子層を形成する工程と、複数の微粒子と第１の溶媒とを含む第１の液体を有機半導体分子層上に供給することによって有機分子（Ｂ）の末端基と微粒子とを化学結合させる工程とを含む。第３の例では、第１の液体を供給した際に、有機半導体分子層の有機分子（Ｂ）が第１の溶媒中に分散し、第１の溶媒中で有機分子（Ｂ）と微粒子とが反応する。第３の例では、工程（II）において、第１の溶媒を除去する。
【００４３】
なお、上記第２または第３の例において、第１の液体を供給したのち第１の溶媒を除去する工程と、第２の液体を供給したのち第２の溶媒を除去する工程とを交互に複数回繰り返してもよい。
【００４４】
第４の例では、工程（Ｉ）によって得られる生成物がゲル状物である。この場合、工程（Ｉ）ののちであって工程（II）の前に、半導体層が形成される領域に上記ゲル状物を配置する工程をさらに含んでもよい。この場合、第３の工程において、ゲル状物中の溶媒を除去する。
【００４５】
本発明の製造方法によれば、本発明の電界効果トランジスタを製造できる。この製造方法で用いられる微粒子、環状分子および有機半導体分子、およびそれらの関係については、本発明の電界効果トランジスタについて説明したものと同様であるため、重複する説明を省略する。ただし、有機分子（Ｂ）の末端基が微粒子と化学結合する際に末端基の一部（たとえば水素）が脱離する場合があり、その場合には、有機分子（Ａ）と有機分子（Ｂ）とは末端基の一部でわずかに異なる。
【００４６】
有機分子（Ｂ）の２つの末端基は、上記微粒子と化学結合する末端基である。たとえば、−ＳＨ（メルカプト基）、−ＯＨ、−ＮＨ2、−ＳＣＨ3などを用いることができる。なお、−ＳＣＨ3は、通常、微粒子を構成する金属に配位結合する。微粒子の表面が金（Ａｕ）からなる場合、有機分子（Ｂ）の末端基はメルカプト基であることが好ましい。有機分子（Ｂ）の具体例および製造方法については後述する。
【００４７】
本発明の製造方法では、環状分子によって有機分子（Ａ）の主鎖が包接されているため、その主鎖長が長くなった場合でも主鎖の直線性を維持できる。そのため、短絡や漏れ電流が少なく、移動度が高く、安定な電界効果トランジスタを製造できる。また、この方法によれば、有機半導体分子を用いる半導体層において課題であった、酸素や水などに対する耐性も向上させることができる。
【００４８】
以下、本発明の実施形態について例を挙げて説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００４９】
［実施形態１］
実施形態１では、本発明の電界効果トランジスタ（薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）の具体例について説明する。
【００５０】
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明のＦＥＴの代表的な例を模式的に示す断面図である。図１Ａ〜図１Ｄに示すように、本発明のＦＥＴには様々な構成が存在する。いずれのＦＥＴも、基板１１、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、半導体層１４、ソース電極１５、およびドレイン電極１６を備える。ゲート電極１２はゲート絶縁層１３を挟んで半導体層１４と対向している。ゲート電極１２により半導体層１４に印加される電界によって、ＯＮ／ＯＦＦ状態が制御される。半導体層１４は上述した導電性の微粒子と、当該微粒子と化学結合するとともに環状分子によって包接された有機半導体分子とによって構成される。
【００５１】
本発明のＦＥＴは、図２Ａおよび図２Ｂのような構造であってもよい。図２Ａおよび図２ＢのＦＥＴ１００ｅおよび１００ｆでは、ソース電極１５とドレイン電極１６とが半導体層１４を挟んで対向している。
【００５２】
以下、一例として、図１ＢのＦＥＴ１００ｂについて説明する。図１Ｂに示すように、基板１１の一主面上にはゲート電極１２が形成され、ゲート電極１２を覆うようにゲート絶縁層１３が形成されている。ソース電極１５およびドレイン電極１６は、ゲート絶縁層１３の上に、距離をおいて形成されている。そして、２つの電極およびゲート絶縁層１３を覆うように、上述のような構成の半導体層１４が形成されている。このように、ＦＥＴ１００ｂでは、基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、２つの電極、および半導体層１４が積層されている。
【００５３】
次に、図１Ｄに示すＦＥＴ１００ｄを例に挙げて説明する。ＦＥＴ１００ｄでは、ソース電極１５およびドレイン電極１６が、基板１１の一主面上に、一定の距離をおいて形成されている。半導体層１４は、２つの電極と基板１１とを覆うように形成される。ゲート絶縁層１３は、半導体層１４上に形成される。ゲート電極１２は、ゲート絶縁層１３上であって、少なくともソース電極１５とドレイン電極１６との間の領域に対応する位置に形成される。このように、ＦＥＴ１００ｄでは、基板１１上に、２つの電極、半導体層１４、ゲート絶縁層１３、およびゲート電極１２が積層されている。
【００５４】
以下に、本発明のＦＥＴについて、実施例を具体的に説明する。
【００５５】
［実施例１］
実施例１では、図１Ｂに示したＦＥＴ１００ｂを製造した一例について説明する。この例では、基板１１としてポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」という場合がある）のフィルムを用いた。ゲート電極１２はＮｉで形成し、ソース電極１５およびドレイン電極１６はＡｕで形成した。ゲート絶縁層１３は、ポリビニルアルコールで形成した。半導体層１４を構成する材料に関して、微粒子としてはＡｕ微粒子を用い、有機半導体分子としてはポリチオフェン誘導体を用い、環状分子としてはシクロデキストリンを用いた。有機半導体分子の平均主鎖長や、Ａｕ微粒子の平均粒径については後述する。なお、有機半導体分子の平均主鎖長は、材料となる分子の混合比率を変化させることによって調整した。また、Ａｕ微粒子の平均粒径は、所定の平均粒径を有する市販のＡｕ微粒子をフィルターにかけて所定の径以上の微粒子を除去することによって調整した。
【００５６】
環状分子として用いられるシクロデキストリンの構造を図３Ａに示す。図３Ａの一般式で示したシクロデキストリンは、グルコースの環状オリゴマーであり、グルコースの数によって環状構造の大きさが変化する。シクロデキストリンの中でも、ｎ＝４のα−シクロデキストリン、ｎ＝５のβ−シクロデキストリン、およびｎ＝６のγ−シクロデキストリンが一般的であり、包接する対象となる分子の大きさに合わせて好適なものを選択することができる。以下の図では、シクロデキストリンを図３Ｂのように模式的に示す場合がある。
【００５７】
実施例１における有機分子（Ａ）の状態を図４Ａに示す。有機分子（Ａ）のうち、繰り返し部分の一部がシクロデキストリンで覆われている。なお、シクロデキストリンが配置される方向は、図示している方向に限定されない（他の図においても同様である）。実施例１では、図４Ａに示すように、チオフェン環４個あたりβ−シクロデキストリン１個となるように合成を行った。ただし、チオフェン環とシクロデキストリンとの比については、多少ばらつく場合がある。合成方法は後述する。ポリチオフェンの両末端は、メルカプト基由来の硫黄原子を介して微粒子中のＡｕ原子と化学結合している。微粒子に結合する前の有機分子（Ｂ）は、図４Ｂの分子である。
【００５８】
ソース電極近傍の半導体層１４の状態を、図５に模式的に示す。半導体層１４中では、シクロデキストリンによって包接された有機分子５３がＡｕ微粒子５２に末端の硫黄原子を介して結合している。有機分子５３の２つの末端が、異なるＡｕ微粒子５２と結合することによって網目状のネットワークが形成される。なお、図５では、模式的に２次元的なネットワークを示しているが、実際には３次元的に導電路のネットワークが形成される。また、有機分子５３は、Ａｕによって構成されているソース電極５１にも化学結合している。
【００５９】
以下に、実施例１におけるＦＥＴ１００ｂの製造方法について説明する。まず、ＰＥＴ基板（厚み１００μｍ）上に、ゲート電極１２として、所定の形状のＮｉ電極（厚み１００ｎｍ）を、マスクを用いた蒸着によって形成した。次に、ポリビニルアルコールの水溶液をスピンコート法によって塗布した後、乾燥させ、ゲート絶縁層１３（厚み５００ｎｍ）を形成した。続いて、ゲート絶縁層１３上に、所定の形状のソース電極１５およびドレイン電極１６を、マスクを用いた蒸着によって形成した。具体的には、チャネル長５０μｍ、チャネル幅５００μｍとなるように、Ａｕからなるソース・ドレイン電極（厚み１００ｎｍ）を形成した。
【００６０】
次に、Ａｕ微粒子の水分散液と図４Ｂの有機分子の水溶液とを、半導体層１４を形成すべき領域に順次塗布した。次に、１０５℃に加熱することによって、溶媒（水）を蒸発させ、半導体層１４（厚み５００ｎｍ）を形成した。
【００６１】
このようにして、ＦＥＴ１００ｂを作製した。また、シクロデキストリンで包接されていない図４Ｂの分子を有機分子（Ａ）として用いたことを除き、上記と同様の方法で比較例のＦＥＴを作製した。なお、実施例１では、Ａｕ微粒子の粒径および有機半導体分子の平均主鎖長を変化させて、複数種のＦＥＴを作製した。ただし、どのＦＥＴも半導体層の厚さは同じとした。
【００６２】
以上のように作製したＦＥＴについて、キャリア移動度と、ソース−ドレイン間の電流のＯＮ／ＯＦＦ比とを評価した。キャリア移動度は、ソース−ドレイン間の電圧Ｖｄｓを−３０Ｖに固定し、ソース−ゲート間に印加する電圧Ｖｇｓを＋５０Ｖ〜−８０Ｖまで掃印した場合における、ソース−ドレイン間に流れる電流値Ｉｄｓを測定し、その値から算出した。なお、Ｖｄｓ＝−３０Ｖは、Ｖｇｓの掃印範囲においてＩｄｓが飽和電流となる電圧として選択した。ＯＮ／ＯＦＦ比は、Ｖｇｓが閾値電圧の＋２０ＶであるときのＩｄｓと、Ｖｇｓが閾値電圧の−２０ＶであるときのＩｄｓとの比とした。半導体層を構成する微粒子の平均粒径および有機半導体分子（鎖状分子）の平均主鎖長と、キャリア移動度およびＯＮ／ＯＦＦ比との関係について、評価結果を表１および表２に示す。表１には、本発明のＦＥＴの結果を示し、表２には比較例のＦＥＴの結果を示す。
【００６３】
【表１】
0004999461.tif 000002
【００６４】
【表２】
0004999461.tif 000003
【００６５】
表１および２において、「−」のマークは、ソース−ドレイン間の短絡によってＦＥＴ特性が得られなかったことを表している。比較例のＦＥＴにおいては、微粒子の平均粒径が３０ｎｍ以上であると、ソース−ドレイン間が短絡してＦＥＴ特性が得られなかった。また、ＦＥＴ特性が得られた場合でも、比較例のＦＥＴは、ソース−ドレイン間の電流のＯＮ／ＯＦＦ比が６００以下と低かった。また、比較例のＦＥＴは、本発明のＦＥＴに比べて、キャリア移動度が低かった。
【００６６】
比較例のＦＥＴでは、有機半導体分子が環状分子によって包接されていないため、有機半導体分子の平均主鎖長が長いと直線性が維持できず、折れ曲がった分子構造になってしまうと考えられる。このため、比較例のＦＥＴでは、有機半導体分子の実効的な平均主鎖長が短いために特性が低下すると考えられる。
【００６７】
これに対して、本発明のＦＥＴにおいては、微粒子の平均粒径が１００ｎｍであっても、平均主鎖長が３０ｎｍの有機半導体分子を用いることによってＦＥＴ特性を得ることができた。しかし、実施例１で用いた有機半導体分子では、平均主鎖長が３０ｎｍを超えるような長鎖の分子を合成することは容易ではなく、合成できたとしても安定性が悪くプロセス上の制約が多い。そのため、有機半導体分子の平均主鎖長は３０ｎｍ程度以下であることが好ましい。従って、実施例１の有機半導体分子を用いる場合、微粒子の平均粒径が１００ｎｍを超えると、ＦＥＴ特性を得ることは容易ではない。
【００６８】
本発明のＦＥＴでは、有機分子（Ａ）の平均主鎖長が微粒子の平均粒径以上である場合には、ＯＮ／ＯＦＦ比が１００００以上であった。本発明のＦＥＴでは、キャリア移動度とＯＮ／ＯＦＦ比とはトレードオフの関係にあるので、応用するアプリケーションに応じて最適化することが好ましい。なお、本発明のＦＥＴで得られるキャリア移動度は、塗布プロセスで形成される一般的な有機ＦＥＴで得られるキャリア移動度を十分に上回っている。
【００６９】
［実施例２］
実施例２では、図１ＤのＦＥＴ１００ｄを製造した一例について説明する。この例では、ＦＥＴの各構成要素の材料は、実施例１で使用した材料と同じとした。Ａｕ微粒子の平均粒径は約２０ｎｍとし、有機半導体分子の平均主鎖長は約３０ｎｍとした。
【００７０】
以下に、実施例２におけるＦＥＴ１００ｄの製造方法について説明する。まず、ＰＥＴ基板（厚み１００μｍ）上に、所定の形状のソース電極１５およびドレイン電極１６を、マスクを用いた蒸着によって形成した。具体的には、チャネル長５０μｍ、チャネル幅５００μｍとなるように、Ａｕからなるソース・ドレイン電極（厚み１００ｎｍ）を形成した。
【００７１】
次に、半導体層１４を形成すべき領域にＡｕ微粒子の水分散液を塗布し、１０５℃で加熱して溶媒を蒸発させ、Ａｕ微粒子の層を形成した。次に、図４Ｂの分子の水溶液をＡｕ微粒子の層上に塗布し、Ａｕ微粒子と図４Ｂの有機分子とを結合させた。次に、再度１０５℃で加熱して溶媒を蒸発させ、半導体層１４（厚み５００ｎｍ）を形成した。
【００７２】
次に、ポリビニルアルコールの水溶液をスピンコート法によって塗布した後、乾燥させ、ゲート絶縁層１３（厚み５００ｎｍ）を形成した。次に、ゲート電極１２としてＮｉ電極（厚み１００ｎｍ）を、マスクを用いた蒸着によって形成した。このようにして、ＦＥＴ１００ｂを作製した。
【００７３】
実施例１と同様に、キャリア移動度とＯＮ／ＯＦＦ比とを評価した。その結果、キャリア移動度が１．７ｃｍ2／Ｖｓであり、ＯＮ／ＯＦＦ比が３×１０5であった。
【００７４】
［実施例３］
実施例３では、図２ＡのＦＥＴ１００ｅを製造した一例について説明する。この例では、ＦＥＴの各構成要素の材料は、実施例１で使用した材料と同じとした。Ａｕ微粒子の平均粒径は約２０ｎｍ、鎖状分子の平均主鎖長は約３０ｎｍとした。
【００７５】
以下に、実施例３におけるＦＥＴ１００ｅの製造方法について説明する。まず、ＰＥＴ基板（厚み１００μｍ）上に、ゲート電極１２として、所定の形状のＮｉ電極（厚み１００ｎｍ）を、マスクを用いた蒸着によって形成した。次に、ポリビニルアルコールの水溶液をスピンコート法によって塗布した後、乾燥させ、ゲート絶縁層１３（厚み５００ｎｍ）を形成した。続いて、ゲート絶縁層１３上に、所定の形状のソース電極１５を、マスクを用いた蒸着によって形成した。
【００７６】
次に、Ａｕ微粒子の水分散液と図４Ｂの有機半導体分子の水溶液とを混合して、ゲル状物を得た。このゲル状物を、半導体層１４を形成すべき領域に塗布した後、１０５℃で加熱して液体成分を蒸発させ、半導体層１４（厚み５００ｎｍ）を形成した。
【００７７】
次に、Ａｕからなるドレイン電極１６（厚み１００ｎｍ）を、マスクを用いた蒸着によって形成した。ドレイン電極１６は、チャネル幅が１００μｍとなるように形成した。この例のＦＥＴ１００ｅでは、半導体層１４の厚み（５００ｎｍ）がチャネル長となる。このようにして、ＦＥＴ１００ｅを作製した。
【００７８】
実施例１と同様に、キャリア移動度とＯＮ／ＯＦＦ比の評価を行った結果、キャリア移動度が１．４ｃｍ2／Ｖｓであり、ＯＮ／ＯＦＦ比が２×１０4であった。ただし、実施例３のＦＥＴは、実施例１および２のＦＥＴに比べてチャネル長が短いので、Ｖｄｓは−３Ｖに固定して測定を行った。
【００７９】
なお、上記実施例では主鎖長がほぼ一定である有機半導体分子を用いたが、主鎖長が異なる複数種の有機半導体分子を適当な混合比で用いてもよい。たとえば、図６に示すように、所定の主鎖長の有機半導体分子６３を主とし、主鎖長がより長い有機半導体分子６４を混在させてもよい。これにより、図５の場合に比べて、より多くの有機半導体分子によって微粒子６２間が結合されるので、半導体層に流せる電流を増加できる。混在させる鎖長に制限はないが、主となる有機半導体分子の鎖長はそれらの中の一番短いものとすることが好ましい。そうした場合、主となる有機半導体分子によって微粒子を含むネットワークが形成され、それより長い有機半導体分子はその間を埋めていくのに利用される。
【００８０】
また、上記実施例では、図４Ｂに示した有機半導体分子を用いた場合のみについて説明したが、本発明で使用できる有機半導体分子はこれらに限定されない。たとえば、図７Ａに示す化合物や図７Ｂに化合物に示す化合物を用いてもよい。これらの化合物の合成方法の一例については後述する。
【００８１】
環状分子は、有機半導体分子の直線性をある程度保持できる限り、図７Ａおよび図７Ｂに示すように有機半導体分子の一部を被覆していればよい。ただし、有機半導体分子の直線性を高めるため、π電子共役鎖の主鎖長の３割以上が環状分子で被覆されていることが好ましい。
【００８２】
有機分子（Ａ）および（Ｂ）（共役π電子系分子）には、ポリアセチレンやポリフェニルアセチレンといったアセチレン系分子の誘導体を用いてもよい。また、縮合環芳香族炭化水素およびその誘導体、たとえば、テトラセン、ヘキサセンといったアセン系列の分子の誘導体や、フェナントレン、クリセンといったフェン系列の分子の誘導体を用いてもよい。また、ポリピロールやポリアルキルピロールといったピロール系分子の誘導体や、オリゴフェニレンやポリフェニレンといったフェニレン系分子の誘導体を用いてもよい。また、これらの分子同士や、ビニル基やエチニル基などを組み合わせたコポリマーの誘導体を用いてもよい。また、上述のような分子の主鎖に対して一部側鎖が導入されていてもよい。
【００８３】
なお、上記実施例では、環状分子で包接された共役鎖がメルカプト基由来の硫黄原子を介してＡｕ原子と化学結合する場合について説明したが、末端の形態はこれに限定されない。たとえば、図８に示すように、ポルフィリン誘導体のような嵩高い分子を介在させてもよい。このような嵩高い分子で末端を修飾することによって、半導体層形成時に有機半導体分子を包接する環状分子が脱落することを防止できる。
【００８４】
なお、上記実施例では微粒子としてＡｕ微粒子を用いたが、本発明はこれに限定されない。Ａｕ微粒子の代わりに、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔなどの微粒子を用いても同様の効果が得られる。有機半導体分子の末端基は、微粒子に応じて適当なものを選択すればよい。微粒子の表面を構成する金属と末端基との好ましい組み合わせ（金属／末端基）としては、たとえば、Ａｕ／−ＳＨ、Ｐｔ／−ＳＨ、Ｃａ／−ＯＨが挙げられる。また、上記で選択される元素において、周期律表の同属に分類されるものは近い性質を示すことから、例えば硫黄原子をＳｅやＴｅと置き換えることも可能である。
【００８５】
［実施形態２］
実施形態２では、実施形態１で説明した本発明のＦＥＴを備える機器の例として、アクティブマトリクス型ディスプレイ、無線ＩＤタグ、および携帯用機器について説明する。
【００８６】
アクティブマトリクス型ディスプレイの一例として、表示部に有機ＥＬを用いたディスプレイについて説明する。ディスプレイの構成を模式的に示す一部分解斜視図を、図９に示す。
【００８７】
図９に示すディスプレイは、プラスティック基板９１上にアレイ状に配置された駆動回路９０を備える。駆動回路９０は本発明のＦＥＴを含み、画素電極に接続されている。駆動回路９０の上には、有機ＥＬ層９２、透明電極９３および保護フィルム９４が配置されている。有機ＥＬ層９２は、電子輸送層、発光層および正孔輸送層といった複数の層が積層された構造を有する。各ＦＥＴの電極に接続されたソース電極線９５とゲート電極線９６とは、それぞれ、制御回路（図示せず）へ接続される。
【００８８】
駆動回路９０およびその周辺の一例の拡大図を、図１０に示す。図１０に示すＦＥＴの構造は、基本的に図１Ｃに示す構造と同様である。つまり、図１０に示すＦＥＴでは、半導体層１０４と、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６と、ゲート絶縁層１０３と、ゲート電極１０２とが基板上に積層されている。ドレイン電極１０６は有機ＥＬの画素電極１０７に電気的に接続されている。ゲート電極１０２が接続されたゲート電極線９６と、ソース電極１０５が接続されたソース電極線９５とが交差する部分には、絶縁層１０８が形成されている。半導体層１０４は、実施形態１で説明したような半導体層である。
【００８９】
キャリア移動度が高い本発明のＦＥＴを用いることによって、表示速度（反応速度）が速く、安価なアクティブマトリクス型のディスプレイを実現できる。また、本発明のＦＥＴを使用することによって、柔軟性および耐衝撃性を備えたシートライクなディスプレイを実現できる。
【００９０】
なお、この実施形態では、表示部に有機ＥＬを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ＦＥＴを含む回路を備える他のアクティブマトリクス型のディスプレイに適用でき、それによって同様の効果が得られる。
【００９１】
また、画素を駆動する駆動回路部の構成は、この実施形態で示した構成には限定されない。たとえば、１つの画素を駆動するために電流駆動用のＦＥＴとそれを制御するためのスイッチング用ＦＥＴとを組み合わせた構成としてもよい。また、さらに複数個のＦＥＴを組み合わせた構成としてもよい。また、ＦＥＴは、この実施形態で示したＦＥＴに限定されず、本発明の他のＦＥＴを用いることによって同様の効果が得られる。
【００９２】
次に、本発明のＦＥＴを無線ＩＤタグに応用した場合について説明する。本発明のＦＥＴを用いた無線ＩＤタグの一例の斜視図を、図１１に模式的に示す。なお、図１１では、アンテナ部とメモリーＩＣ部とを接続する配線や、整合回路などの図示を省略する。
【００９３】
図１１に示すように、無線ＩＤタグ１１０は、フィルム状のプラスティック基板１１１を基板として使用している。この基板１１１上には、アンテナ部１１２とメモリーＩＣ部１１３とが設けられている。ここで、メモリーＩＣ部１１３は、実施形態１において説明したような本発明のＦＥＴを利用して構成される。無線ＩＤタグ１１０は、基板の裏面に粘着効果を持たせることによって、菓子袋やドリンク缶のような平坦でないものに貼り付けることが可能である。なお、無線ＩＤタグ１１０の表面には、必要に応じて保護膜が設けられる。
【００９４】
このように、本発明のＦＥＴを用いることによって、様々な素材の物品へ貼り付けることが可能で様々な形状の無線ＩＤタグが得られる。また、キャリア移動度が高い本発明のＦＥＴを用いることによって、反応速度（処理速度）が速く、通信周波数の高い無線ＩＤタグが得られる。
【００９５】
なお、本発明の無線ＩＤタグは、図１１に示した無線ＩＤタグに限定されない。従って、アンテナ部およびメモリーＩＣ部の配置や構成に限定はない。たとえば、倫理回路を無線ＩＤタグに組み込んでもよい。
【００９６】
また、この実施形態では、アンテナ部１１２とメモリーＩＣ部１１３とをプラスティック基板１１１上に形成する場合について説明したが、本発明はこの形態に限定されない。たとえば、インクジェット印刷のような方法を用いて、対象物に直接、アンテナ部１１２とメモリーＩＣ部１１３とを形成してもよい。その場合も、本発明のＦＥＴを形成することによって、キャリア移動度が改善されたＦＥＴを備える無線ＩＤタグを低コストで製造できる。
【００９７】
次に、本発明のＦＥＴを含む集積回路を備える携帯用機器について説明する。携帯用機器の集積回路には、演算素子や記憶素子やスイッチング素子など、半導体の特性を利用した様々な素子が用いられる。これらの素子の少なくも一部に本発明のＦＥＴを用いることによって、機械的柔軟性、耐衝撃性、捨てる際の対環境性、軽量、安価といった特性に優れるという有機材料の利点を備える携帯用機器を製造できる。
【００９８】
本発明の電子機器の例として、３つの携帯用機器を図１２〜図１４に示す。
【００９９】
図１２に示す携帯テレビ１２０は、表示装置１２１、受信装置１２２、側面スイッチ１２３、前面スイッチ１２４、音声出力部１２５、入出力装置１２６、記録メディア挿入部１２７を備える。本発明のＦＥＴを含む集積回路は、携帯テレビ１２０を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。
【０１００】
図１３に示す通信端末１３０は、表示装置１３１、送受信装置１３２、音声出力部１３３、カメラ部１３４、折りたたみ用可動部１３５、操作スイッチ１３６、音声入力部１３７を備える。本発明のＦＥＴを含む集積回路は、通信端末１３０を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。
【０１０１】
図１４に示す携帯用医療機器１４０は、表示装置１４１、操作スイッチ１４２、医療的処置部１４３、経皮コンタクト部１４４を備える。携帯用医療機器１４０は、たとえば腕１４５などに巻き付けられて携行される。医療的処置部１４３は、経皮コンタクト部１４４から得られる生態情報を処理し、それに応じて経皮コンタクト部１４４を通じて薬物投与などの医療的処置を行う部分である。本発明のＦＥＴを含む集積回路は、携帯用医療機器１４０を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。
【０１０２】
なお、本発明のＦＥＴを応用した携帯用機器の構成について、例を挙げて説明したが、本発明はこれらの構成に限定されない。また、本発明のＦＥＴを適用できる携帯用機器は、例示した機器に限定されない。本発明のＦＥＴは、ＰＤＡ端末や、ウエアラブルなＡＶ機器、ポータブルなコンピュータ、腕時計タイプの通信機器など、機械的柔軟性、耐衝撃性、捨てる際の対環境性、軽量性、安価といった特性が要求される機器に好適に応用できる。
【０１０３】
［平均粒径の算出方法］
以下に、半導体層中の微粒子の平均粒径の算出方法について説明する。まず、半導体層の一部の断面の写真を撮影する。図１５Ａは、ＦＥＴを構成する半導体層１５１の一部の断面を模式的に示す。半導体層１５１の断面１５１ａを観察することによって、導電性の微粒子１５２が有機半導体材料１５３の内部に分散されている状態が容易に確認できる。
【０１０４】
半導体層１５１の断面１５１ａをＳＥＭやＴＥＭによって観察すると、図１５Ａに示すように、色調の違い（又は、濃淡の違い）によって、微粒子１５２と有機半導体材料１５３とを区別して認識することが可能である。例えば、図１５Ａの例では、微粒子１５２は黒色体として認識可能である。一方、有機半導体材料１５３は白色体として認識可能である。観察の方法によって、各部分の色や色調は変化するが、微粒子１５２と有機半導体材料１５３との間で、色および／または色調が異なる。そのため、撮影した写真を画像処理して２値化することによって、微粒子１５２と有機半導体材料１５３とを区別することが可能である。画像処理されたデータから、それぞれの微粒子１５２の部分の面積が算出される。この面積を用いて、微粒子１５２の断面が真円であると仮定して個々の微粒子１５２の粒径が算出される。なお、実施例では、半導体層の断面のＴＥＭ写真を観察することによって、平均粒径を算出した。粒径分布の一例を図１５Ｂに示す。この明細書において、「平均粒径」とは、上記方法によって、１００個以上の微粒子の粒径を算出し、その粒径を平均することによって得られる値である。
【０１０５】
［図４Ｂに示される有機分子の合成方法］
以下に、図４Ｂに示される化合物の合成方法の一例を示す。まず、図１６に示す化合物（１）および（２）を出発材料として、図１６に示す反応条件で化合物（６）を合成する。また、図１６に示す化合物（７）を出発材料として、化合物（８）を合成する。次に、図１７に示す化合物（１０）、図１６に示した化合物（６）および（８）、ならびに複数のα−シクロデキストリンを用いて、化合物（１１）を合成する。化合物（１１）を多量の水で精製したのち、酸で処理すると、リチウム原子が水素原子に置換される。このようにして、図４Ｂの化合物を合成できる。
【０１０６】
［図７Ａに示される有機分子の合成方法］
以下に、図７Ａに示される化合物の合成方法の一例を示す。まず、図１８に示す化合物（２１）を出発材料として、図１８に示す反応条件で化合物（２５）を合成する。次に、化合物（２５）、化合物（１０）および図１６に示した化合物（８）、および複数のα−シクロデキストリンを用いて、図１８に示す反応条件で化合物（２６）を合成する。化合物（２６）を多量の水で精製したのち、酸で処理すると、リチウム原子が水素原子に置換される。図７Ａの化合物を合成できる。
【０１０７】
［図７Ｂに示される有機分子の合成方法］
以下に、図７Ｂに示される化合物の合成方法の一例を示す。図１９に示すように、化合物（１０）、図１８に示した化合物（２５）、化合物（３１）および複数のβ−シクロデキストリンを出発材料として、化合物（３２）を合成する。化合物（３２）を多量の水で精製したのち、酸で処理すると、リチウム原子が水素原子に置換される。このようにして、図７Ｂの化合物を合成できる。
【０１０８】
なお、導電性微粒子に結合する有機半導体分子として、図２０Ａ、図２０Ｂおよび図２０Ｃに示す化合物を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、有機半導体分子を含む半導体層を備える電界効果トランジスタ、およびその製造方法に適用できる。また、本発明は、そのような電界効果トランジスタを備える各種の電子機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、本発明のＦＥＴの例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、本発明のＦＥＴの他の例を模式的に示す断面図である。
【図３】図３Ａは、シクロデキストリンの化学式である。図３Ｂは、シクロデキストリンの形状を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４Ａは、本発明で用いられる有機半導体分子の一例について半導体層中の状態を示す模式図である。図４Ｂは、金の微粒子に結合する前の図４Ａの分子を示す。
【図５】図５は、本発明のＦＥＴに関してソース電極近傍の半導体層の状態を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明のＦＥＴの他の例に関してソース電極近傍の半導体層の状態を示す模式図である。
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ、本発明で用いられる有機半導体分子の他の例を示す。
【図８】図８は、本発明で用いられる有機半導体分子の末端基の例を示す。
【図９】図９は、本発明のアクティブマトリクス型ディスプレイの一例を模式的に示す一部分解斜視図である。
【図１０】図１０は、図９のディスプレイの駆動回路およびその周辺の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１１は、無線ＩＤタグの一例の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１２】図１２は、携帯テレビの一例の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１３】図１３は、通信端末の一例の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１４】図１４は、携帯用医療機器の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１５】図１５Ａは、半導体層の断面の一例を示す。図１５Ｂは、半導体層中の導電性微粒子の粒径分布の一例を示す。
【図１６】図１６は、図４Ｂの化合物の合成工程の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示した工程の続きの工程を示す図である。
【図１８】図１８は、図７Ａの化合物の合成工程の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、図７Ｂの化合物の合成工程の一例を示す図である。
【図２０】図２０Ａ、図２０Ｂおよび図２０Ｃは、それぞれ、本発明で用いられる有機半導体分子の一例を示す。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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