(57)【要約】  本発明は、第１及び第２の誘電体層６、７と、第１及び第２のデート電極９、１１と、１つ以上のソース電極３、１つ以上のドレイン電極４及び１つ以上の有機半導体５のアセンブリ２とを有するデュアルゲート電界効果トランジスタ１に関する。ソース電極３及びドレイン電極４は半導体５と接触し、アセンブリ２は第１の誘電体層６と第２の誘電体層７との間にあり、第１の誘電体層６は第１のゲート電極９とアセンブリ２の第１の面８との間にあり、第２の誘電体層７は第２のゲート電極１１とアセンブリ２の第２の面１０との間にあり、有機半導体５は、アセンブリの第１の面８の１つ以上の電子注入領域１８と第２の面１０の１つ以上の正孔注入領域１９とを実現する有機両極性伝導半導体１２である。本発明は更に、１つ以上の電界効果トランジスタを有する発光デバイス、センサシステム及び記憶デバイス、並びにデュアルゲート電界効果トランジスタの製造方法に関する。
2012507843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の誘電体層と、第１及び第２のデート電極と、少なくとも１つのソース電極、少なくとも１つのドレイン電極及び少なくとも１つの有機半導体のアセンブリとを有するデュアルゲート電界効果トランジスタであって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記半導体と接触し、
前記アセンブリは、前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配置され、
前記第１の誘電体層は、前記第１のゲート電極と前記アセンブリの第１の面との間に配置され、且つ
前記第２の誘電体層は、前記第２のゲート電極と前記アセンブリの第２の面との間に配置され、
前記有機半導体が、前記アセンブリの前記第１の面の少なくとも１つの電子注入領域と前記第２の面の少なくとも１つの正孔注入領域とを実現する有機両極性伝導半導体である、ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記有機両極性伝導半導体は有機両極性伝導半導体膜である、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記有機両極性伝導半導体膜は、電子チャネルを実現するように適応された第一層領域と、正孔チャネルを実現する第二層領域とを有する、請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記有機両極性伝導半導体膜は、電子チャネルを実現するように適応された第一層と、正孔チャネルを実現する第二層とを有する、請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記有機半導体膜の厚さは、２０ｎｍ未満であり、好ましくは１０ｎｍ未満である、請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記有機両極性伝導半導体膜は、有機半導体単分子層であり、あるいは有機半導体単分子層を有する、請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】
前記有機半導体単分子層は自己組織化半導体単分子層である、請求項６に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項８】
前記第１の誘電体層及び／又は前記第２の誘電体層は有機強誘電体層である、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記両極性伝導半導体からの光の放射を可能にする少なくとも１つの透過窓、を更に有する請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の電界効果トランジスタを少なくとも１つ有する、特にレーザデバイスである、発光デバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至８の何れかに記載の電界効果トランジスタを少なくとも１つ有するセンサシステム。
【請求項１２】
請求項１乃至８の何れかに記載の電界効果トランジスタを少なくとも１つ有する記憶デバイス。
【請求項１３】
ゲート電極の表面に誘電体層を配設する工程；
少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクを用いて、前記誘電体層にソース電極及びドレイン電極を配設する工程；
少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の活性領域において、前記誘電体層を活性化する工程；
前記誘電体層、前記ゲート電極、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の集合体を、半導電性分子の溶液で濡らし、前記活性領域に自己組織化半導体単分子層を形成する工程；
前記自己組織化半導体単分子層に他の誘電体層を配設する工程；及び
前記他の誘電体層に他のゲート電極を配設する工程；
を有する電界効果トランジスタを製造する方法。
【請求項１４】
前記活性領域における前記誘電体層の表面は好ましくは、酸素プラズマ処理及びそれに続く酸加水分解によって活性化される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記集合体を濡らすことは、前記半導電性分子の溶液内に前記集合体を浸漬することによって行われる、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１及び第２の誘電体層と、第１及び第２のデート電極と、少なくとも１つのソース電極、少なくとも１つのドレイン電極及び少なくとも１つの有機半導体のアセンブリとを有し、ソース電極及びドレイン電極が前記半導体と接触し、前記アセンブリが第１の誘電体層と第２の誘電体層との間に配置され、第１の誘電体層が第１のゲート電極と前記アセンブリの第１の面との間に配置され、且つ第２の誘電体層が第２のゲート電極と前記アセンブリの第２の面との間に配置されるデュアルゲート電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、上部絶縁層及び下部絶縁層と、２つのゲート電極と、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体のアセンブリ（組立体）とを有し、ソース電極及びドレイン電極が前記半導体と接触する有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）を開示している。このアセンブリは上部絶縁層と下部絶縁層との間に位置し、上部絶縁層は第１のゲート電極と前記アセンブリとの間に位置し、第２の誘電体層は第２のゲート電極と前記アセンブリとの間に位置する。この有機電界効果トランジスタは、１ミクロン未満（＜１μｍ）の電流チャネル長を有する複数の独立した電流チャネルを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００２９３１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、第１のゲート電極及び／又は第２のゲート電極に印加されるバイアス電圧を調整することによって調整可能な特性曲線を備えたデュアルゲート電界効果トランジスタを提供することを１つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、有機半導体は、アセンブリの第１の面の少なくとも１つの電子注入領域と第２の面の少なくとも１つの正孔注入領域とを実現する有機両極性伝導半導体である。この電界効果トランジスタは、両極性の電気輸送のために、有機両極性伝導半導体内に、逆の電荷極性の電荷キャリア（電子及び正孔）用の２つの電荷キャリアチャネルを実現する。電子輸送チャネル（ｎチャネル）及び正孔輸送チャネル（ｐチャネル）であるこれらのチャネルは、ソース電極からドレイン電極まで延在する。これらの電荷キャリアチャネルは好ましくは、横方向に層状にされた電荷キャリアチャネルである。アセンブリの第１の面と第２の面との間にｐｎ接合が形成される。このデュアルゲート電界効果トランジスタは、電荷キャリアチャネルに垂直な更なる電流成分を生成するように適応され、該電流成分は、２つのゲート電極に印加される電圧に依存する。この電流成分は、逆電荷極性の電荷キャリアの（再）結合によって生成される。この更なる電流成分の振幅は、２つのゲート電極のうちの少なくとも一方のバイアス電圧によって制御可能である。この電界効果トランジスタは、センサシステム、記憶デバイス及び発光デバイスのような様々な用途での使用に対して適応される。
【０００６】
有機両極性伝導半導体は好ましくは、カラミティック液晶構造を有する有機両極性伝導半導体である。カラミティック液晶は、長く幅狭のロッド状の有機分子からなる。ゲート電極は好ましくは、バルク材料の電極板及び／又は複数の電極層を有する。
【０００７】
本発明の好適な一実施形態によれば、有機両極性伝導半導体は有機両極性伝導半導体膜である。
【０００８】
さらに、本発明の好適な一実施形態によれば、有機両極性伝導半導体膜は、電子チャネルを実現するように適応された第一層領域と、正孔チャネルを実現する第二層領域とを有する。
【０００９】
本発明の好適な他の一実施形態によれば、有機両極性伝導半導体膜は、電子チャネルを実現するように適応された第一層と、正孔チャネルを実現する第二層とを有する。第一層及び第二層を有する有機両極性伝導半導体膜は、有機両極性伝導半導体二重層である。
【００１０】
有機両極性伝導半導体膜の総厚は、２０ｎｍ未満であり、より好ましくは１０ｎｍ未満である。この半導体膜の厚さは、電子注入領域及び／又は正孔注入領域の厚さと同程度である。
【００１１】
また、本発明の一層好適な一実施形態によれば、有機両極性伝導半導体膜は、有機半導体単分子層として形成され、あるいは有機半導体単分子層を有する。有機半導体単分子層は好ましくは、有機両極性伝導半導体単分子層である。有機両極性伝導半導体単分子層を有する電界効果トランジスタは、好ましくは、両極性の伝導のために自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を有するＳＡＭＦＥＴ（自己組織化単分子層電界効果トランジスタ）である。
【００１２】
有機半導体単分子層は、基板上に自発形成される自己組織化単分子層（ＳＡＭ）である。該基板は好ましくは、一方のゲート電極と対応する誘電体層との集合体である。ＳＡＭのアンカー基として、トリクロロシラン又はトリアルコキシシランが使用される。ＳＡＭは、加水分解された基板表面上のヒドロキシル基との縮合反応によって形成される。欠陥を抑制するには、単官能基のアンカー基が極めて重要である。自己縮合時に形成される二量体は、基板（ゲート誘電体）上の自己組織化単分子層と干渉しない。半導電性分子の核は、α−置換５−チオフェンからなるチオフェンコアである。ＳＡＭは、２つの異なる電子密度を有するバイ（サブ）レイヤとしてモデル化することができる。底部のサブレイヤは脂肪族鎖に相当し、頂部のサブレイヤは単分子層のチオフェンコアに相当する。２つのサブレイヤの厚さは、１．５６ｎｍ（脂肪族鎖）及び２．０６ｎｍ（チオフェンコア）になるように適合される。故に、この単分子層の厚さは３−４ｎｍである。分子の横方向の秩序は、自己組織化単分子層群の分子間の分子間π−π結合に拠る。
【００１３】
一般的に、ソース電極及び／又はドレイン電極は、同一の金属、又は異なる仕事関数を有する異なる金属からなる金属電極である。本発明の好適な一実施形態によれば、ソース電極及び／又はドレイン電極は、金電極、好ましくは金電極層である。金ソース電極及び／又は金ドレイン電極は、従来からのフォトリソグラフィ法を用いて製造される。
【００１４】
本発明の好適な他の一実施形態によれば、第１の誘電体層及び／又は第２の誘電体層は有機強誘電体層である。そのとき、デュアルゲートＳＡＭＦＥＴは不揮発性メモリとして機能する。
【００１５】
好ましくは、電界効果トランジスタは更に、有機両極性伝導半導体から当該トランジスタの外部領域への光の放射を可能にする少なくとも１つの透過窓を有する。有機両極性伝導半導体内での電子と正孔との再結合によって生じる放射線又は光は、この窓を介して当該トランジスタを立ち去る。
【００１６】
本発明の他の一態様は、上述のデュアルゲート電界効果トランジスタを少なくとも１つ有する、特にレーザデバイスである、発光デバイスである。デュアルゲート電界効果トランジスタの有機両極性伝導半導体は、アセンブリの第１の面の少なくとも１つの電子注入領域と第２の面の少なくとも１つの正孔注入領域とを実現する有機両極性伝導半導体膜であり、該有機両極性伝導半導体膜の厚さは、蓄積層の厚さと同程度であって、好ましくは１０ｎｍ未満である。特に、有機両極性伝導半導体層は有機両極性伝導半導体単分子層であり、好ましくは、両極性の伝導を可能にするＳＡＭである。横方向の電荷輸送を得るため、単分子層は高度に秩序付けられ、可能な限り単結晶のようにされる。このようなデバイスは、両極性伝導半導体が、ゲート誘電体上に自発形成された単分子層であるような、自己組織化単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）である。発光デバイスは好ましくは、誘導放出を生成するためのレーザキャビティを更に有するレーザー（放射線の誘導放出による光増幅；laser）デバイスである。
【００１７】
本発明の更なる一態様は、上述のデュアルゲート電界効果トランジスタを少なくとも１つ有するセンサシステムである。第２の誘電体層の外側の外表面は、検体に結合可能な受容体分子を有し、該受容体は好ましくは、アニオン受容体、カチオン受容体、アレーン受容体、炭水化物受容体、脂質受容体、ステロイド受容体、ペプチド受容体、ヌクレオチド受容体、ＲＮＡ受容体及び／又はＤＮＡ受容体を有する群から選択される。受容体分子は、共有結合、イオン結合、又は例えばファン・デル・ワールス相互作用などの非共有結合によって、第２の誘電体層の表面に結合され得る。
【００１８】
上述の受容体分子によって結合される検体は、医療用途に関する興味深い標的を表す。これらの検体の存在又は濃度の知識は、疾病の形成又は発生についての価値ある見識を提供する。アニオン及びカチオンは、アルカリ、アルカリ土類、ハロゲン化物、硫酸塩及びリン酸塩のような単純な種に限定されず、細胞内での代謝過程において生成されるアミノ酸又はカルボン酸のような種にまで及ぶ。アレーン受容体は、例えば、多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）のような発癌性アレーンの存在が疑われる場合に使用され得る。炭水化物受容体は、糖尿病の治療のような分野で使用され得る。脂質受容体は、肥満に関連する代謝障害が調査される場合などに適用され得る。ステロイドホルモンに対して感度を有するステロイド受容体は、妊娠検査及び商業スポーツのドーピング管理を含む広範囲の指摘分野に有用である。ペプチド、ヌクレオチド、ＲＮＡ及びＤＮＡの検出は、遺伝病及び癌の研究及び治療に重要である。
【００１９】
検体が受容体分子に結合するとき、受容体分子の双極子モーメントの変化を観測することができる。これは、次いで、ソース及びドレイン電極間の電流を制御する電界に変化を生じさせる。故に、信号が観測され且つ検体に相関付けられ得る。この挙動は、帯電された検体に非常に容易に関連付けられるが、例えば生理溶液の水などの周囲極性媒体内での非帯電検体の検出も可能である。中性の検体が受容体分子に結合するとき、受容体分子又は表面から水分子が置換される。これにより、受容体分子又は誘電体の誘電率の変化がもたらされる。
【００２０】
本発明の他の一態様は、上述のデュアルゲート電界効果トランジスタを少なくとも１つ有する記憶デバイスである。使用される材料及び幾何学構成の選択に応じて、電界効果トランジスタはメモリとして直接的に適用され得る。好適な一実施形態において、電界効果トランジスタの少なくとも一方の誘電体層は有機強誘電体として選択される。このデュアルゲート電界効果トランジスタは不揮発性メモリとして機能する。
【００２１】
本発明の更なる他の一態様は、デュアルゲート電界効果トランジスタを製造する方法であり、当該方法は、
ゲート電極の表面に誘電体層を配設する工程；
少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクを用いて、前記誘電体層にソース電極及びドレイン電極を配設する工程；
少なくともソース電極とドレイン電極との間の活性領域において、前記誘電体層を活性化する工程；
前記誘電体層、前記ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の集合体を、半導電性分子の溶液で濡らし、前記活性領域に自己組織化半導体単分子層を形成する工程；
自己組織化半導体単分子層に他の誘電体層を配設する工程；及び
前記他の誘電体層に他のゲート電極を配設する工程；
を有する。
【００２２】
本発明の好適な一実施形態によれば、自己組織化半導体単分子層は自己組織化両極性伝導半導体単分子層である。
【００２３】
誘電体層、ソース電極、ドレイン電極及び／又はゲート電極の配設は、好ましくは、熱成長／蒸着又はスパッタリングを用いて実行される。
【００２４】
少なくとも一方の誘電体層は好ましくは、ゲート電極上に熱成長されるＳｉＯ２層である。ゲート電極は好ましくは、ドープされたＳｉ単結晶（ウェハ）である。ソース電極及び／又はドレイン電極は、金電極、特に金レイヤ（金コンタクト層）である。活性領域における誘電体層の表面は好ましくは、酸素プラズマ処理及びそれに続く酸加水分解によって活性化される。
【００２５】
本発明の好適な一実施形態によれば、前記集合体を濡らすことは、半導電性分子のドライトルエン溶液内に基板を浸漬することによって行われる。自己組織化半導体単分子層の形成後、基板は十分に洗浄され且つ乾燥される。
【００２６】
チオフェンに基づく有機両極性伝導半導体単分子層として形成された膜の場合、前記他の誘電体層は好ましくは、ポリイソブチルモノアクリレート（ＰＩＢＭＡ）の薄膜として構築され、該薄膜の厚さは好ましくは３００ｎｍと６００ｎｍとの間にされる。有機両極性伝導半導体単分子層と該有機両極性伝導半導体単分子層を覆う第２の薄層（特に、薄いペリレン層）を有する膜の場合、前記他の誘電体を形成するために直交（orthogonal）溶媒が使用される。この場合、ＦＣ４０のようなフッ素化溶媒が適している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
以下に説明される実施形態を参照しながら、本発明の上記及びその他の態様を明らかにする。
【図１】本発明に従ったデュアルゲート電界効果トランジスタの概略的なデバイス幾何学構成を示す立断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に従った、自己組織化半導体単分子層（self-assembled  semiconductor  monolayer；ＳＡＭ）の化学構造と、自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達曲線とを示す図である。
【図３】第２のゲート電極に印加される様々なバイアス電圧での、デュアルゲート自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達特性を、第１のゲート電極に印加されるバイアス電圧に対して示す図である。
【図４】第１のゲート電極に印加される様々なバイアス電圧での、デュアルゲート自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達特性を、第２のゲート電極に印加されるバイアス電圧に対して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明に従ったデュアルゲート電界効果トランジスタ１を示しており、当該電界効果トランジスタ１は、ソース電極３とドレイン電極４と有機半導体５とのアセンブリ（組立体）２を有している。アセンブリ２内で、ソース電極３及びドレイン電極４は半導体５と接触している。アセンブリ２は、第１の誘電体層６と第２の誘電体層７との間に配置されている。第１の誘電体層６は、第１のゲート電極９とアセンブリ２との間で、アセンブリ２の第１の面（図１の底面側）８の下に配置されている。第２の誘電体層７は、第２のゲート電極１１とアセンブリ２との間で、アセンブリ２の第２の面（図１の上面側）１０の頂部に配置されている。有機半導体５は、有機両極性伝導（organic  ambipolar  conduction）半導体膜１３として、より正確には有機両極性伝導自己組織化半導体単分子層１４として形成された、有機両極性伝導半導体１２である。有機両極性伝導半導体膜１３は、境界面１７によって分けられる二層化領域１５、１６からなっている。第一層領域１５（図１の実施形態の底部領域）は、アセンブリ２の第１の面８側の電子注入領域１８を実現し、第二層領域１６（図１の実施形態の上部領域）は、アセンブリ２の第２の面１０側の正孔注入領域１９を実現する。他の例では、底部領域が、正孔注入領域１９を実現する第二層領域１６であり、上部領域が、電子注入領域１８を実現する第一層領域１５である。領域１５と１６との間の境界面１７に、ｐｎ接合が形成される。
【００２９】
好ましくは、第２の誘電体層７は、誘電ＳｉＯ２層として形成される。この構成においては、電荷トラップ（捕獲）の問題が最小化され、正孔及び電子は、誘電体層６、７によって引き起こされる問題を最小にしながら、有機両極性伝導半導体１２を貫通して移動することができる。
【００３０】
図１に示した電界効果トランジスタ１は、好ましくは、本発明に従った発光デバイスに使用される。有機両極性伝導半導体１２は、底面側（第１の面８）での電子の注入と、頂面側（第２の面１０）での正孔の注入とを可能にする。電荷蓄積領域の厚さは、有機両極性伝導半導体膜１３の厚さ程度である。この場合、ゲート電極９、１１に印加されるバイアス電圧は、アセンブリ２の第１の面８での電子注入領域１８への電子注入と、アセンブリ２の第２の面１０での正孔注入領域１９への正孔注入とをもたらす。有機両極性伝導半導体膜１３の厚さが１０ｎｍ未満であるとき、半導体膜１３の両面８、１０に蓄積する電子及び正孔の波動関数が重なり合い、電子及び正孔は互いに再結合することができる。この再結合は放射性再結合である。ゲート電極９、１１間のバイアス電圧を増大させることにより、注入される電荷（電子及び正孔）の密度を増大させることができ、光の誘導放出がもたらされる。故に、１０ｎｍ未満の厚さを有する有機両極性伝導半導体膜１３を備えた電界効果トランジスタ１は、光の放射のために、そして更には、放射線の誘導放出（レーザ）による光増幅を実行するために使用されることが可能である。
【００３１】
光生成の必要条件は、アセンブリ２の双方の面に蓄積される電子及び正孔の波動関数が重なり合うことである。これが意味することは、有機両極性伝導半導体１２の厚さが蓄積層の厚さと同程度であるべきということである。この層の厚さは数ナノメートル（ｎｍ）程度である。横方向の電荷輸送を得るため、単分子層は高度に秩序付けられるべきである。それは可能な限り単結晶のようであるべきである。
【００３２】
本発明の好適な一実施形態によれば、デュアルゲート電界効果トランジスタは、自己組織化単分子層電界効果トランジスタである。これは、半導体が上記誘電体層のうちの一方上に自発的に形成された単分子層（モノレイヤ）であるような電界効果トランジスタである。従って、第１段階は、機能的なＳＡＭＦＥＴを製造することである。次の段階は、デュアルゲートを形成するように、反対側に第２のゲート誘電体及び第２のゲート電極を製造することである。
【００３３】
デュアルゲートＳＡＭＦＥＴを製造する方法は、以下の工程を有する：
−  ゲート電極９、１１の表面への誘電ＳｉＯ２層の配設；
−  少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクを用いての、誘電ＳｉＯ２層への金ソース電極（層）３及び金ドレイン電極（層）４の配設；
−  酸素プラズマ処理及びそれに続く酸加水分解による、少なくともソース電極３とドレイン電極４との間の活性領域における、誘電体層６、７の活性化；
−  活性領域での自己組織化両極性伝導半導体単分子層の形成のための、半導電性分子のドライトルエン溶液内への、誘電体層６、７、ゲート電極９、１１、ソース電極３及びドレイン電極４の集合体の浸漬；
−  自己組織化両極性伝導半導体単分子層１４への他の誘電体層７、６の配設であり、該他の誘電体層７、６が好ましくは、ポリイソブチルモノアクリレート（ＰＩＢＭＡ）の薄膜として構築され、該薄膜の厚さが好ましくは３００ｎｍと６００ｎｍとの間にされる；  及び
−  他の誘電体層７、６への、好ましくは金ゲート電極である他のゲート電極１１、９の配設。
【００３４】
半導電性分子の化学表記２１（化学構造）と、デュアルゲートＳＡＭＦＥＴ（自己組織化単分子層電界効果トランジスタ）の典型的な自己組織化有機両極性伝導半導体単分子層１４の伝達曲線２２、２３とを、図２に示す。この図は、４０ミクロン（４０μｍ）の一定のチャネル長と１０００ミクロン（１０００μｍ）のチャネル幅とを有するＳＡＭＦＥＴの伝達曲線２２、２３（第１のゲート電極９に印加されるゲート電圧Ｖｇ１に対するドレイン−ソース電流Ｉｄｓ）を示している。第１の伝達曲線２２は、−２ボルト（−２Ｖ）のドレインバイアス電圧を用いたときの伝達特性を表しており、第２の伝達曲線２３は、−２０ボルト（−２０Ｖ）のドレインバイアス電圧を用いたときの伝達特性を表している。
【００３５】
図２の左側の第１の挿絵は、両極性伝導自己組織化単分子層形成の１つの有機分子の化学表記２１を示している。底部は脂肪族鎖２４であり、頂部はチオフェンコア要素２５である。脂肪族鎖２４とチオフェンコア要素２５とを有する複数の平行に向いた分子が、両極性伝導自己組織化単分子層１４（カラミティック液晶）を形成する。
【００３６】
右側の第２の挿絵は、電荷キャリア（電子及び正孔）の線形な移動度を、０から４０ミクロン（０−４０μｍ）の範囲内のソース電極３とドレイン電極４との間のチャネル長の関数として表すグラフ２６を示している。
【００３７】
図３は、第２のゲート電極１１に印加される様々なバイアス電圧での、デュアルゲート自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達特性を、第１のゲート電極９に印加されるバイアス電圧に対して示している（デュアルゲートＳＡＭＦＥＴのボトム（底部）ゲートが掃引される）。第２のゲート電極１１に印加されるバイアスは、左から右に、１０Ｖ刻みで２０Ｖから−２０Ｖに固定されている。
【００３８】
図４は、第１のゲート電極９に印加される様々なバイアス電圧での、デュアルゲート自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達特性を、第２のゲート電極１１に印加されるバイアス電圧に対して示している（デュアルゲートＳＡＭＦＥＴのトップ（頂部）ゲートが掃引される）。第１のゲート電極９に印加されるバイアスは、左から右に、１０Ｖ刻みで２０Ｖから−２０Ｖに固定されている。
【００３９】
図３及び４は、正孔及び電子の輸送は２つのゲートによって別々に変調されることができるという事実を裏付けている。故に、双方のチャネル、すなわち、正孔チャネル及び電子チャネルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を調整することが可能である。これは、最大の電荷再結合を得るのに理想的である。これは、放射、更には増幅誘導放射を得るために重要である。
【００４０】
図面及び以上の説明において本発明を詳細に図示して説明したが、このような図示及び説明は例示的あるいは典型的なものとして見なされるべきであり、本発明は開示の実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
図面、この詳細な説明及び添付の請求項を検討することにより、特許請求に係る発明を実施する当業者によって、開示の実施形態へのその他の変形が理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又は工程を排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。特定の複数の手段が相異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを指し示すものではない。請求項中の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきものではない。
【図１】
2012507843.tif 000003
【図２】
2012507843.tif 000004
【図３】
2012507843.tif 000005
【図４】
2012507843.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月6日(2011.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体層と、第１のデート電極と、少なくとも１つのソース電極、少なくとも１つのドレイン電極及び少なくとも１つの有機半導体のアセンブリとを有する発光用の電界効果トランジスタであって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記半導体と接触し、
前記第１の誘電体層は、前記第１のゲート電極と前記アセンブリの第１の面との間に配置され、且つ
前記有機半導体は、前記アセンブリの前記第１の面の少なくとも１つの電子注入領域と前記アセンブリの第２の面の少なくとも１つの正孔注入領域とを実現する有機両極性伝導半導体膜として形成された有機両極性伝導半導体であり、
当該電界効果トランジスタは、第２の誘電体層と第２のゲート電極とを更に有するデュアルゲート電界効果トランジスタであり、前記アセンブリは、前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配置され、前記第２の誘電体層は、前記第２のゲート電極と前記アセンブリの前記第２の面との間に配置され、前記有機半導体膜の厚さは、電子及び正孔の放射性再結合のために１０ｎｍ未満である、ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記有機両極性伝導半導体膜は、電子チャネルを実現するように適応された第一層と、正孔チャネルを実現する第二層とを有する、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記有機両極性伝導半導体膜は、有機半導体単分子層であり、あるいは有機半導体単分子層を有する、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記有機両極性伝導半導体膜は、電子チャネルを実現するように適応された第一層領域と、正孔チャネルを実現する第二層領域とを有する、請求項３に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記有機半導体単分子層は自己組織化半導体単分子層である、請求項３に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記第１の誘電体層及び／又は前記第２の誘電体層は有機強誘電体層である、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】
前記両極性伝導半導体からの光の放射を可能にする少なくとも１つの透過窓、を更に有する請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の電界効果トランジスタを少なくとも１つ有する、特にレーザデバイスである、発光デバイス。
【請求項９】
請求項１乃至６の何れかに記載の電界効果トランジスタを少なくとも１つ有するセンサシステム。
【請求項１０】
請求項１乃至６の何れかに記載の電界効果トランジスタを少なくとも１つ有する記憶デバイス。
【請求項１１】
ゲート電極の表面に誘電体層を配設する工程；
少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクを用いて、前記誘電体層にソース電極及びドレイン電極を配設する工程；
少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の活性領域において、前記誘電体層を活性化する工程；
前記誘電体層、前記ゲート電極、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の集合体を、半導電性分子の溶液で濡らし、前記活性領域に、１０ｎｍ未満の厚さを有する自己組織化半導体単分子層を形成する工程；
前記自己組織化半導体単分子層に他の誘電体層を配設する工程；及び
前記他の誘電体層に他のゲート電極を配設する工程；
を有することを特徴とする発光用の電界効果トランジスタを製造する方法。
【請求項１２】
前記活性領域における前記誘電体層の表面は好ましくは、酸素プラズマ処理及びそれに続く酸加水分解によって活性化される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記集合体を濡らすことは、前記半導電性分子の溶液内に前記集合体を浸漬することによって行われる、請求項１１又は１２に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の誘電体層と、第１のデート電極と、少なくとも１つのソース電極、少なくとも１つのドレイン電極及び少なくとも１つの有機半導体のアセンブリとを有し、ソース電極及びドレイン電極が前記半導体と接触し、第１の誘電体層が第１のゲート電極と前記アセンブリの第１の面との間に配置され、前記有機半導体が、前記アセンブリの第１の面の少なくとも１つの電子注入領域と前記アセンブリの第２の面の少なくとも１つの正孔注入領域とを実現する有機両極性伝導半導体膜として形成された有機両極性伝導半導体である発光用の電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に、誘電体層と、ゲート電極と、少なくとも１つのソース電極、少なくとも１つのドレイン電極及び少なくとも１つの有機半導体膜のアセンブリとを有し、ソース電極及びドレイン電極が半導体に結合され、誘電体層が第１のゲート電極と前記アセンブリの第１の面との間に配置され、有機半導体膜が前記アセンブリの第１の面の少なくとも１つの電子注入領域と前記アセンブリの第２の面の少なくとも１つの正孔注入領域とを実現する有機両極性伝導半導体膜である発光用の両極性有機光電界効果トランジスタが記載されている。
【０００３】
特許文献１は、第１のデート電極、第２のゲート電極、第１のゲート電極と第２のゲート電極との間に配置された第１のゲート絶縁層、第１のゲート電極と第２のゲート電極との間に配置され且つ第１の有機材料を含有する第１の層間膜、及び、第１のゲート絶縁層と第２のゲート電極との間に配置された有機半導体層、を含むデュアルゲート電界効果トランジスタを示している。
【０００４】
特許文献２は、デュアルゲートトランジスタである有機電界効果トランジスタと、該トランジスタの製造方法とを開示している。
【０００５】
特許文献３は、上部絶縁層及び下部絶縁層と、２つのゲート電極と、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体のアセンブリ（組立体）とを有し、ソース電極及びドレイン電極が前記半導体と接触する有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）を開示している。このアセンブリは上部絶縁層と下部絶縁層との間に位置し、上部絶縁層は第１のゲート電極と前記アセンブリとの間に位置し、第２の誘電体層は第２のゲート電極と前記アセンブリとの間に位置する。この有機電界効果トランジスタは、１ミクロン未満（＜１μｍ）の電流チャネル長を有する複数の独立した電流チャネルを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／１７３８６６号明細書
【特許文献２】特開２００５−１２３３５４号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／００２９３１０号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Yamane  Kazuhiko等、「Ambipolar  organic  light  emitting  field  effect  transistors  with  modified  asymmetric  electrodes」、APPLIED  PHYSICS  LETTERS、AIP、AMERICAN  INSTITUTE  OF  PHYSICS、第90巻、第16号、2007年4月18日、p.162108
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、第１のゲート電極及び／又は第２のゲート電極に印加されるバイアス電圧を調整することによって調整可能な特性曲線を備えたデュアルゲート電界効果トランジスタを提供することを１つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、請求項１に規定される発光用のデュアルゲート電界効果トランジスタによって達成される。
【００１０】
当該電界効果トランジスタは、デュアルゲート電界効果トランジスタであり、第２の誘電体層と第２のゲート電極とを更に有し、前記アセンブリは、第１の誘電体層と第２の誘電体層との間に配置され、第２の誘電体層は、第２のゲート電極と前記アセンブリの第２の面との間に配置される。この電界効果トランジスタは、両極性の電気輸送のために、有機両極性伝導半導体内に、逆の電荷極性の電荷キャリア（電子及び正孔）用の２つの電荷キャリアチャネルを実現する。電子輸送チャネル（ｎチャネル）及び正孔輸送チャネル（ｐチャネル）であるこれらのチャネルは、ソース電極からドレイン電極まで延在する。有機両極性伝導半導体は有機両極性伝導半導体膜である。有機両極性伝導半導体膜の総厚は１０ｎｍ未満である。この半導体膜の厚さは、電子注入領域及び／又は正孔注入領域の厚さと同程度である。
【００１１】
これらの電荷キャリアチャネルは好ましくは、横方向に層状にされた電荷キャリアチャネルである。アセンブリの第１の面と第２の面との間にｐｎ接合が形成される。このデュアルゲート電界効果トランジスタは、電荷キャリアチャネルに垂直な更なる電流成分を生成するように適応され、該電流成分は、２つのゲート電極に印加される電圧に依存する。この電流成分は、逆電荷極性の電荷キャリアの（再）結合によって生成される。この更なる電流成分の振幅は、２つのゲート電極のうちの少なくとも一方のバイアス電圧によって制御可能である。この電界効果トランジスタは、センサシステム、記憶デバイス及び発光デバイスのような様々な用途での使用に対して適応される。
【００１２】
有機両極性伝導半導体は好ましくは、カラミティック液晶構造を有する有機両極性伝導半導体である。カラミティック液晶は、長く幅狭のロッド状の有機分子からなる。ゲート電極は好ましくは、バルク材料の電極板及び／又は複数の電極層を有する。
【００１３】
さらに、本発明の好適な一実施形態によれば、有機両極性伝導半導体膜は、電子チャネルを実現するように適応された第一層領域と、正孔チャネルを実現する第二層領域とを有する。
【００１４】
本発明の好適な他の一実施形態によれば、有機両極性伝導半導体膜は、電子チャネルを実現するように適応された第一層と、正孔チャネルを実現する第二層とを有する。第一層及び第二層を有する有機両極性伝導半導体膜は、有機両極性伝導半導体二重層である。
【００１５】
また、本発明の一層好適な一実施形態によれば、有機両極性伝導半導体膜は、有機半導体単分子層として形成され、あるいは有機半導体単分子層を有する。有機半導体単分子層は好ましくは、有機両極性伝導半導体単分子層である。有機両極性伝導半導体単分子層を有する電界効果トランジスタは、好ましくは、両極性の伝導のために自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を有するＳＡＭＦＥＴ（自己組織化単分子層電界効果トランジスタ）である。
【００１６】
有機半導体単分子層は、基板上に自発形成される自己組織化単分子層（ＳＡＭ）である。該基板は好ましくは、一方のゲート電極と対応する誘電体層との集合体である。ＳＡＭのアンカー基として、トリクロロシラン又はトリアルコキシシランが使用される。ＳＡＭは、加水分解された基板表面上のヒドロキシル基との縮合反応によって形成される。欠陥を抑制するには、単官能基のアンカー基が極めて重要である。自己縮合時に形成される二量体は、基板（ゲート誘電体）上の自己組織化単分子層と干渉しない。半導電性分子の核は、α−置換５−チオフェンからなるチオフェンコアである。ＳＡＭは、２つの異なる電子密度を有するバイ（サブ）レイヤとしてモデル化することができる。底部のサブレイヤは脂肪族鎖に相当し、頂部のサブレイヤは単分子層のチオフェンコアに相当する。２つのサブレイヤの厚さは、１．５６ｎｍ（脂肪族鎖）及び２．０６ｎｍ（チオフェンコア）になるように適合される。故に、この単分子層の厚さは３−４ｎｍである。分子の横方向の秩序は、自己組織化単分子層群の分子間の分子間π−π結合に拠る。
【００１７】
一般的に、ソース電極及び／又はドレイン電極は、同一の金属、又は異なる仕事関数を有する異なる金属からなる金属電極である。本発明の好適な一実施形態によれば、ソース電極及び／又はドレイン電極は、金電極、好ましくは金電極層である。金ソース電極及び／又は金ドレイン電極は、従来からのフォトリソグラフィ法を用いて製造される。
【００１８】
本発明の好適な他の一実施形態によれば、第１の誘電体層及び／又は第２の誘電体層は有機強誘電体層である。そのとき、デュアルゲートＳＡＭＦＥＴは不揮発性メモリとして機能する。
【００１９】
好ましくは、電界効果トランジスタは更に、有機両極性伝導半導体から当該トランジスタの外部領域への光の放射を可能にする少なくとも１つの透過窓を有する。有機両極性伝導半導体内での電子と正孔との再結合によって生じる放射線又は光は、この窓を介して当該トランジスタを立ち去る。
【００２０】
本発明の他の一態様は、上述のデュアルゲート電界効果トランジスタを少なくとも１つ有する、特にレーザデバイスである、発光デバイスである。デュアルゲート電界効果トランジスタの有機両極性伝導半導体は、アセンブリの第１の面の少なくとも１つの電子注入領域と第２の面の少なくとも１つの正孔注入領域とを実現する有機両極性伝導半導体膜であり、該有機両極性伝導半導体膜の厚さは、蓄積層の厚さと同程度であって、好ましくは１０ｎｍ未満である。特に、有機両極性伝導半導体層は有機両極性伝導半導体単分子層であり、好ましくは、両極性の伝導を可能にするＳＡＭである。横方向の電荷輸送を得るため、単分子層は高度に秩序付けられ、可能な限り単結晶のようにされる。このようなデバイスは、両極性伝導半導体が、ゲート誘電体上に自発形成された単分子層であるような、自己組織化単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）である。発光デバイスは好ましくは、誘導放出を生成するためのレーザキャビティを更に有するレーザー（放射線の誘導放出による光増幅；laser）デバイスである。
【００２１】
本発明の更なる一態様は、上述のデュアルゲート電界効果トランジスタを少なくとも１つ有するセンサシステムである。第２の誘電体層の外側の外表面は、検体に結合可能な受容体分子を有し、該受容体は好ましくは、アニオン受容体、カチオン受容体、アレーン受容体、炭水化物受容体、脂質受容体、ステロイド受容体、ペプチド受容体、ヌクレオチド受容体、ＲＮＡ受容体及び／又はＤＮＡ受容体を有する群から選択される。受容体分子は、共有結合、イオン結合、又は例えばファン・デル・ワールス相互作用などの非共有結合によって、第２の誘電体層の表面に結合され得る。
【００２２】
上述の受容体分子によって結合される検体は、医療用途に関する興味深い標的を表す。これらの検体の存在又は濃度の知識は、疾病の形成又は発生についての価値ある見識を提供する。アニオン及びカチオンは、アルカリ、アルカリ土類、ハロゲン化物、硫酸塩及びリン酸塩のような単純な種に限定されず、細胞内での代謝過程において生成されるアミノ酸又はカルボン酸のような種にまで及ぶ。アレーン受容体は、例えば、多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）のような発癌性アレーンの存在が疑われる場合に使用され得る。炭水化物受容体は、糖尿病の治療のような分野で使用され得る。脂質受容体は、肥満に関連する代謝障害が調査される場合などに適用され得る。ステロイドホルモンに対して感度を有するステロイド受容体は、妊娠検査及び商業スポーツのドーピング管理を含む広範囲の指摘分野に有用である。ペプチド、ヌクレオチド、ＲＮＡ及びＤＮＡの検出は、遺伝病及び癌の研究及び治療に重要である。
【００２３】
検体が受容体分子に結合するとき、受容体分子の双極子モーメントの変化を観測することができる。これは、次いで、ソース及びドレイン電極間の電流を制御する電界に変化を生じさせる。故に、信号が観測され且つ検体に相関付けられ得る。この挙動は、帯電された検体に非常に容易に関連付けられるが、例えば生理溶液の水などの周囲極性媒体内での非帯電検体の検出も可能である。中性の検体が受容体分子に結合するとき、受容体分子又は表面から水分子が置換される。これにより、受容体分子又は誘電体の誘電率の変化がもたらされる。
【００２４】
本発明の他の一態様は、上述のデュアルゲート電界効果トランジスタを少なくとも１つ有する記憶デバイスである。使用される材料及び幾何学構成の選択に応じて、電界効果トランジスタはメモリとして直接的に適用され得る。好適な一実施形態において、電界効果トランジスタの少なくとも一方の誘電体層は有機強誘電体として選択される。このデュアルゲート電界効果トランジスタは不揮発性メモリとして機能する。
【００２５】
本発明の更なる他の一態様は、発光用のデュアルゲート電界効果トランジスタを製造する方法であり、当該方法は、
ゲート電極の表面に誘電体層を配設する工程；
少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクを用いて、前記誘電体層にソース電極及びドレイン電極を配設する工程；
少なくともソース電極とドレイン電極との間の活性領域において、前記誘電体層を活性化する工程；
前記誘電体層、前記ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の集合体を、半導電性分子の溶液で濡らし、前記活性領域に自己組織化半導体単分子層を形成する工程；
自己組織化半導体単分子層に他の誘電体層を配設する工程；及び
前記他の誘電体層に他のゲート電極を配設する工程；
を有する。
【００２６】
本発明の好適な一実施形態によれば、自己組織化半導体単分子層は自己組織化両極性伝導半導体単分子層である。
【００２７】
誘電体層、ソース電極、ドレイン電極及び／又はゲート電極の配設は、好ましくは、熱成長／蒸着又はスパッタリングを用いて実行される。
【００２８】
少なくとも一方の誘電体層は好ましくは、ゲート電極上に熱成長されるＳｉＯ２層である。ゲート電極は好ましくは、ドープされたＳｉ単結晶（ウェハ）である。ソース電極及び／又はドレイン電極は、金電極、特に金レイヤ（金コンタクト層）である。活性領域における誘電体層の表面は好ましくは、酸素プラズマ処理及びそれに続く酸加水分解によって活性化される。
【００２９】
本発明の好適な一実施形態によれば、前記集合体を濡らすことは、半導電性分子のドライトルエン溶液内に基板を浸漬することによって行われる。自己組織化半導体単分子層の形成後、基板は十分に洗浄され且つ乾燥される。
【００３０】
チオフェンに基づく有機両極性伝導半導体単分子層として形成された膜の場合、前記他の誘電体層は好ましくは、ポリイソブチルモノアクリレート（ＰＩＢＭＡ）の薄膜として構築され、該薄膜の厚さは好ましくは３００ｎｍと６００ｎｍとの間にされる。有機両極性伝導半導体単分子層と該有機両極性伝導半導体単分子層を覆う第２の薄層（特に、薄いペリレン層）を有する膜の場合、前記他の誘電体を形成するために直交（orthogonal）溶媒が使用される。この場合、ＦＣ４０のようなフッ素化溶媒が適している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
以下に説明される実施形態を参照しながら、本発明の上記及びその他の態様を明らかにする。
【図１】本発明に従ったデュアルゲート電界効果トランジスタの概略的なデバイス幾何学構成を示す立断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に従った、自己組織化半導体単分子層（self-assembled  semiconductor  monolayer；ＳＡＭ）の化学構造と、自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達曲線とを示す図である。
【図３】第２のゲート電極に印加される様々なバイアス電圧での、デュアルゲート自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達特性を、第１のゲート電極に印加されるバイアス電圧に対して示す図である。
【図４】第１のゲート電極に印加される様々なバイアス電圧での、デュアルゲート自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達特性を、第２のゲート電極に印加されるバイアス電圧に対して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本発明に従ったデュアルゲート電界効果トランジスタ１を示しており、当該電界効果トランジスタ１は、ソース電極３とドレイン電極４と有機半導体５とのアセンブリ（組立体）２を有している。アセンブリ２内で、ソース電極３及びドレイン電極４は半導体５と接触している。アセンブリ２は、第１の誘電体層６と第２の誘電体層７との間に配置されている。第１の誘電体層６は、第１のゲート電極９とアセンブリ２との間で、アセンブリ２の第１の面（図１の底面側）８の下に配置されている。第２の誘電体層７は、第２のゲート電極１１とアセンブリ２との間で、アセンブリ２の第２の面（図１の上面側）１０の頂部に配置されている。有機半導体５は、有機両極性伝導（organic  ambipolar  conduction）半導体膜１３として、より正確には有機両極性伝導自己組織化半導体単分子層１４として形成された、有機両極性伝導半導体１２である。有機両極性伝導半導体膜１３は、境界面１７によって分けられる二層化領域１５、１６からなっている。第一層領域１５（図１の実施形態の底部領域）は、アセンブリ２の第１の面８側の電子注入領域１８を実現し、第二層領域１６（図１の実施形態の上部領域）は、アセンブリ２の第２の面１０側の正孔注入領域１９を実現する。他の例では、底部領域が、正孔注入領域１９を実現する第二層領域１６であり、上部領域が、電子注入領域１８を実現する第一層領域１５である。領域１５と１６との間の境界面１７に、ｐｎ接合が形成される。
【００３３】
好ましくは、第２の誘電体層７は、誘電ＳｉＯ２層として形成される。この構成においては、電荷トラップ（捕獲）の問題が最小化され、正孔及び電子は、誘電体層６、７によって引き起こされる問題を最小にしながら、有機両極性伝導半導体１２を貫通して移動することができる。
【００３４】
図１に示した電界効果トランジスタ１は、好ましくは、本発明に従った発光デバイスに使用される。有機両極性伝導半導体１２は、底面側（第１の面８）での電子の注入と、頂面側（第２の面１０）での正孔の注入とを可能にする。電荷蓄積領域の厚さは、有機両極性伝導半導体膜１３の厚さ程度である。この場合、ゲート電極９、１１に印加されるバイアス電圧は、アセンブリ２の第１の面８での電子注入領域１８への電子注入と、アセンブリ２の第２の面１０での正孔注入領域１９への正孔注入とをもたらす。有機両極性伝導半導体膜１３の厚さが１０ｎｍ未満であるとき、半導体膜１３の両面８、１０に蓄積する電子及び正孔の波動関数が重なり合い、電子及び正孔は互いに再結合することができる。この再結合は放射性再結合である。ゲート電極９、１１間のバイアス電圧を増大させることにより、注入される電荷（電子及び正孔）の密度を増大させることができ、光の誘導放出がもたらされる。故に、１０ｎｍ未満の厚さを有する有機両極性伝導半導体膜１３を備えた電界効果トランジスタ１は、光の放射のために、そして更には、放射線の誘導放出（レーザ）による光増幅を実行するために使用されることが可能である。
【００３５】
光生成の必要条件は、アセンブリ２の双方の面に蓄積される電子及び正孔の波動関数が重なり合うことである。これが意味することは、有機両極性伝導半導体１２の厚さが蓄積層の厚さと同程度であるべきということである。この層の厚さは数ナノメートル（ｎｍ）程度である。横方向の電荷輸送を得るため、単分子層は高度に秩序付けられるべきである。それは可能な限り単結晶のようであるべきである。
【００３６】
本発明の好適な一実施形態によれば、デュアルゲート電界効果トランジスタは、自己組織化単分子層電界効果トランジスタである。これは、半導体が上記誘電体層のうちの一方上に自発的に形成された単分子層（モノレイヤ）であるような電界効果トランジスタである。従って、第１段階は、機能的なＳＡＭＦＥＴを製造することである。次の段階は、デュアルゲートを形成するように、反対側に第２のゲート誘電体及び第２のゲート電極を製造することである。
【００３７】
デュアルゲートＳＡＭＦＥＴを製造する方法は、以下の工程を有する：
−  ゲート電極９、１１の表面への誘電ＳｉＯ２層の配設；
−  少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクを用いての、誘電ＳｉＯ２層への金ソース電極（層）３及び金ドレイン電極（層）４の配設；
−  酸素プラズマ処理及びそれに続く酸加水分解による、少なくともソース電極３とドレイン電極４との間の活性領域における、誘電体層６、７の活性化；
−  活性領域での自己組織化両極性伝導半導体単分子層の形成のための、半導電性分子のドライトルエン溶液内への、誘電体層６、７、ゲート電極９、１１、ソース電極３及びドレイン電極４の集合体の浸漬；
−  自己組織化両極性伝導半導体単分子層１４への他の誘電体層７、６の配設であり、該他の誘電体層７、６が好ましくは、ポリイソブチルモノアクリレート（ＰＩＢＭＡ）の薄膜として構築され、該薄膜の厚さが好ましくは３００ｎｍと６００ｎｍとの間にされる；
及び
−  他の誘電体層７、６への、好ましくは金ゲート電極である他のゲート電極１１、９の配設。
【００３８】
半導電性分子の化学表記２１（化学構造）と、デュアルゲートＳＡＭＦＥＴ（自己組織化単分子層電界効果トランジスタ）の典型的な自己組織化有機両極性伝導半導体単分子層１４の伝達曲線２２、２３とを、図２に示す。この図は、４０ミクロン（４０μｍ）の一定のチャネル長と１０００ミクロン（１０００μｍ）のチャネル幅とを有するＳＡＭＦＥＴの伝達曲線２２、２３（第１のゲート電極９に印加されるゲート電圧Ｖｇ１に対するドレイン−ソース電流Ｉｄｓ）を示している。第１の伝達曲線２２は、−２ボルト（−２Ｖ）のドレインバイアス電圧を用いたときの伝達特性を表しており、第２の伝達曲線２３は、−２０ボルト（−２０Ｖ）のドレインバイアス電圧を用いたときの伝達特性を表している。
【００３９】
図２の左側の第１の挿絵は、両極性伝導自己組織化単分子層形成の１つの有機分子の化学表記２１を示している。底部は脂肪族鎖２４であり、頂部はチオフェンコア要素２５である。脂肪族鎖２４とチオフェンコア要素２５とを有する複数の平行に向いた分子が、両極性伝導自己組織化単分子層１４（カラミティック液晶）を形成する。
【００４０】
右側の第２の挿絵は、電荷キャリア（電子及び正孔）の線形な移動度を、０から４０ミクロン（０−４０μｍ）の範囲内のソース電極３とドレイン電極４との間のチャネル長の関数として表すグラフ２６を示している。
【００４１】
図３は、第２のゲート電極１１に印加される様々なバイアス電圧での、デュアルゲート自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達特性を、第１のゲート電極９に印加されるバイアス電圧に対して示している（デュアルゲートＳＡＭＦＥＴのボトム（底部）ゲートが掃引される）。第２のゲート電極１１に印加されるバイアスは、左から右に、１０Ｖ刻みで２０Ｖから−２０Ｖに固定されている。
【００４２】
図４は、第１のゲート電極９に印加される様々なバイアス電圧での、デュアルゲート自己組織化半導体単分子層電界効果トランジスタ（ＳＡＭＦＥＴ）の伝達特性を、第２のゲート電極１１に印加されるバイアス電圧に対して示している（デュアルゲートＳＡＭＦＥＴのトップ（頂部）ゲートが掃引される）。第１のゲート電極９に印加されるバイアスは、左から右に、１０Ｖ刻みで２０Ｖから−２０Ｖに固定されている。
【００４３】
図３及び４は、正孔及び電子の輸送は２つのゲートによって別々に変調されることができるという事実を裏付けている。故に、双方のチャネル、すなわち、正孔チャネル及び電子チャネルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を調整することが可能である。これは、最大の電荷再結合を得るのに理想的である。これは、放射、更には増幅誘導放射を得るために重要である。
【００４４】
図面及び以上の説明において本発明を詳細に図示して説明したが、このような図示及び説明は例示的あるいは典型的なものとして見なされるべきであり、本発明は開示の実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
図面、この詳細な説明及び添付の請求項を検討することにより、特許請求に係る発明を実施する当業者によって、開示の実施形態へのその他の変形が理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又は工程を排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。特定の複数の手段が相異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを指し示すものではない。請求項中の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきものではない。
【国際調査報告】
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