有機薄膜トランジスタ
本発明は、有機物層を有する有機トランジスタが提供される。本発明の前記有機物層は、下記式１で表される化合物のうち少なくともいずれか１種を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機トランジスタに使われることができる新規な有機物質に関する。より詳しくは、有機薄膜トランジスタにおける半導体層と電極との間のオーム性電気的接触を高めることのできる有機化合物、前記有機化合物を含む有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜トランジスタにおける前記化合物の用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜状の電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦＥＴ）は、マイクロ電子工学分野において基礎となる構造体である。この種のＦＥＴは、３本の電極（つまり、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極）、絶縁層及び半導体層を有する。ＦＥＴは、前記半導体層が前記２本の電極、つまり、ソース電極とドレイン電極との間の導電性チャンネルである場合にキャパシタとしての働きをする。前記チャンネルにおける電荷キャリアの濃度は、ゲート電極を介して印加される電圧によって調節され、その結果、ソース電極とドレイン電極との間の電気電荷の流れは、前記ゲート電極を介して印加される電圧によって調節可能となる。
【０００３】
近年、有機半導体の物質を用いるＦＥＴに高い関心が寄せられている。ＦＥＴにおいて有機半導体の物質を用いる場合、スクリーン印刷、インクジェット印刷またはマイクロ接触印刷などの印刷方法により電子素子を製造することができる。また、これらの物質を用いる場合には、従来の通常の無機半導体の物質を用いるときに比べて、極めて低い基板温度条件下で、且つ、真空がほとんど不要になる状態でも工程を行うことができる。このため、ＦＥＴを含めて有機半導体の物質を用いる電子素子は、無機半導体性の物質を用いる場合に比べてその製造条件が極めて柔軟であり、しかもコストダウンが図れる。
【０００４】
１９８０年代以降には、微細分子、高分子及びオリゴマーなどの有機物質をＦＥＴにおける有機半導体性の物質として用いることを目指して研究が進んでいた。この分野における研究の結果、ＦＥＴにおける電荷キャリアの移動性の観点からは、有機ＦＥＴのパフォーマンスが１０−５ｃｍ２／Ｖｓから１ｃｍ２／Ｖｓへと高まっている（ Ｊ．Ｍ．Ｓｈａｗ，Ｐ．Ｆ．Ｓｅｉｄｌｅｒ，ＩＢＭ Ｊ．Ｒｅｓ．＆ Ｄｅｖ．． Ｖｏｌ．４５， ３（２００１））。 有機トランジスタのパフォーマンスは、現在のところ、無定形シリコントランジスタのそれに匹敵するほどであり、その結果、このような有機トランジスタは、電子紙、スマートカードまたはディスプレイ装置へまで適用可能である。
【０００５】
半導体性有機物質を用いて製造できる主たる電子素子としては、有機発光ダイオード、有機太陽電池及び有機トランジスタが挙げられる。この種の素子において、前記半導体性有機物質と電極との間の電気的な接続は、前記素子のパフォーマンスを高める上で極めて重要である。例えば、有機発光ダイオードのパフォーマンスを高めるために、半導体層と電極との間に正孔注入層や電子注入層などの電荷キャリア注入層が導入される。たとえ、有機トランジスタの動作方式が前記有機発光ダイオードの作動方式とは異なるとしても、有機トランジスタにおける前記半導体層とソース及びドレイン電極間の電気的な接続は、前記有機トランジスタのパフォーマンスにかなり影響する。
【０００６】
一方、有機トランジスタのパフォーマンスは、ソース／ドレイン物質によるということが報告されている（Ｙ．Ｙ． Ｌｉｎ ｅｔ ａｌ． Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ （１９９６），４１３ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ． Ｏｐｔｉｃａｌ． ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＩＩＩ）, ４１３−４１８． ＣＯＤＥＮ： ＭＲＳＰＤＨ ＩＳＳＮ： ０２７２−９１７２）。これらの報告によれば、比較的に低い仕事関数を有する金属（例えば、Ａl）は有機トランジスタの電極としてかなり低いパフォーマンスを示すのに対し、高い仕事関数を有する金属（例えば、Ｐ ｄ，Ｐｔ，およびＡｕ）は優れたパフォーマンスを示す。このため、ほとんどの有機トランジスタにおいては、金などの高い仕事関数を有する金属がソース／ドレイン電極として使われている。しかしながら、このように高い仕事関数を有する金属は貴金属に相当するために高価であり、且つ、工業的な方法によっては工程が行い難いため、有機トランジスタにおけるこれらの適用及びその構造が制限的である。
【発明の開示】
【０００７】
そこで、本発明者らは、有機トランジスタにおける前記半導体層とソースまたはドレイン電極との間の電気的な接続を高めることのできる方法に取り組んできた。
【０００８】
また、有機トランジスタのソース電極やドレイン電極用材料として、安価な物質を使用可能にする方法にも取り組んできた。つまり、前記有機トランジスタのソース電極やドレイン電極用材料として、仕事関数が比較的に低くても安価な物質が使えるように研究を進めてきた。
【発明の具体的な開示】
【０００９】
本発明は、半導体層とソース電極及びドレイン電極のうち何れか１種との間にて安定した界面を形成することで、前記半導体層と前記電極との間のオーム性電気的な接続が容易に行えると共に、有機トランジスタのパフォーマンスが高められる有機物質を含む有機トランジスタを提供する。
【００１０】
また、本発明は、前記半導体性層とソース電極及びドレイン電極のうちいずれか１種との間に有機物層を導入することにより、前記ソース電極若しくはドレイン電極の材料として各種多様な導電性物質が使える有機トランジスタを提供する。
【００１１】
さらに、本発明は、下記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機物層を有する有機トランジスタを提供する。
【化１】
【００１２】
さらに、本発明は、半導体層とソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも何れか１種との間に挟み込まれた有機物層を含む有機トランジスタであって、前記有機物層は、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機トランジスタを提供する。
【００１３】
さらに、本発明は、半導体層とソース／ドレイン電極との間の電気的な接続を高めるために、前記半導体層と前記ソース電極及びドレイン電極のうちいずれか１種との間に有機物層を挟み込む段階を含む有機トランジスタの製造方法であって、前記有機物層は、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む製造方法を提供する。
【００１４】
以下、本発明について詳述する。
【００１５】
以下では、本発明を説明するに当たり、最も適切であると考えられる好適な実施の形態だけを中心に説明している。しかし、通常、本発明の範囲を逸脱しない範囲内であれば、本発明に対する様々でかつ自明な変形が可能となることは言うまでもない。
【００１６】
本発明は、下記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機物層が半導体層とソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも何れか１種との間に挟み込まれている有機トランジスタを提供する。
【化２】
【００１７】
前記式１において、前記Ｒ１−Ｒ６は、それぞれ独立的に、水素、ハロゲン、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ２）、スルフォニル（−ＳＯ２Ｒ）、スルホキシド（ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ２ＮＲ）、スルフォネート（−ＳＯ３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ３）、エステル（ＣＯ−ＯＲ）、アミド（−ＣＯ−ＮＨＲ又は−ＣＯ−ＮＲＲ’）、置換または未置換の直鎖状若しくは枝状Ｃ１−Ｃ１２のアルコキシ、置換または未置換の直鎖状若しくは枝状Ｃ１−Ｃ１２のアルキル、置換または未置換の芳香族または非芳香族のヘテロ環化合物、置換または未置換のアリール、置換または未置換のモノ−又はジ−アリールアミン及び置換または未置換のアルキル−置換または未置換のアリールアミンからなる群より選ばれる。
【００１８】
前記置換基において、Ｒ及びＲ’は、例えば、置換または未置換のＣ１−Ｃ６０アルキル、置換または未置換のアリール、置換または未置換の５−７原子のヘテロ環化合物である。前記置換されたＣ１−Ｃ６０のアルキル、アリール及びヘテロ環化合物は、選択的に、１以上のアミン、アミド、エーテル及びエステル基に置換可能である。一方、前記Ｒ１−Ｒ６は、それぞれ独立的に、置換または未置換の電子吸引基から選ばれたことであることができるのに、これは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって公知である。
【００１９】
前記アリール基は、フェニル、バイフェニル、テルフェニル、ベンジル、ナフチル、アントラセニル、テトラセニル、ペンタセニル、ペリレリル及びコロネニル基を含み、これらは単独または多重的に置換または未置換されたものである。
【００２０】
前記式１で表される化合物の非制限的な例として、下記式２ａないし２ｇで表される化合物が挙げられる。
【化３−１】
【化３−２】
【００２１】
以下、添付した図面に基づき、本発明について詳述する。
【００２２】
図１に示すように、有機トランジスタは、ソース電極１５、ドレイン電極１１及びゲート電極１６と呼ばれる３本の端子を有する電子素子である。斯かる有機トランジスタについては、多数の様々な構造が存在する。本発明を用いる幾つかの例が図２ないし図４に示してある。図１を参照すれば、基板１３の上にゲート電極１６がパターニングされ、その上に絶縁層１２が形成される。次いで、前記絶縁層１２の上に半導体（ｐ型若しくはｎ型）層１４が形成された後、前記半導体層１４と絶縁層１２の上にソース／ドレイン電極が形成される。
【００２３】
本発明の一例によれば、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機物層１７は、半導体層１４とソース電極及びドレイン電極との間（図２）、半導体層１４とソース電極１５との間（図３）、または半導体層１４とドレイン電極１１との間（図４）に挟み込まれる。ゲート電極１６に電圧を印加することにより、電荷キャリアが半導体層１４に形成される。例えば、負のゲート電圧を用いることにより、正電荷キャリア（正孔）がｐ型半導体層に形成可能となり、正のゲート電圧を用いることにより、電荷キャリア（電子）がｎ型半導体層に形成可能となる。半導体層における電荷キャリアの密度はゲート電圧により調節されることができるので、その結果、ソース電極とドレイン電極との間の電流の流れはゲート電極への印加電圧により調節可能となる。
【００２４】
また、図面には示していないが、他の具現例によれば、本発明による有機トランジスタは、基板１３に配置されたゲート電極１６、前記ゲート電極１６と基板１３の上に配置された絶縁層１２、前記絶縁層１２の上に配置されたソース電極１５とドレイン電極１１、前記絶縁層１２の上に配置された半導体層１４及び半導体層１４とソース電極１５及びドレイン電極１１間、半導体層１４とソース電極１５間、または半導体層１４とドレイン電極１１間に挟み込まれた有機物層１７を含む。
【００２５】
他の具現例によれば、本発明による有機トランジスタは、基板１３に配置されたソース電極１５とドレイン電極１１、前記基板１３及び前記ソース電極１５とドレイン電極１１の上に配置された半導体層１４、前記半導体層１４の上に配置された絶縁層１２、前記絶縁層１２に配置されたゲート電極１６及び半導体層１４とソース電極１５及びドレイン電極１１間、半導体層１４とソース電極１５間、または、半導体層１４とドレイン電極１１間に挟み込まれた有機物層１７を含む。
【００２６】
本発明のさらに他の具現例によれば、本発明による有機トランジスタは、基板１３に配置された半導体層１４、前記半導体層１４に配置されたソース電極１５とドレイン電極１１、前記半導体層１４及び前記ソース電極１５とドレイン電極１１の上に配置された絶縁層１２、前記絶縁層１２に配置されたゲート電極１６及び半導体層１４とソース電極１５及びドレイン電極１１間、半導体層１４とソース電極１５間、または、半導体層１４とドレイン電極１１間に挟み込まれた有機物層１７を含む。
【００２７】
以下、有機トランジスタに使われる夫々の構成要素及び本発明の効果について詳述する。
【００２８】
基板
有機トランジスタのための熱力学的及び機械的な要求事項を満足するガラス、半導体ウェーハ、金属酸化物、セラミックス物質及びプラスチックなどが使用可能である。例えば、ガラスまたはプラスチックが基板１３として使われる。
【００２９】
ゲート電極
導電性物質がゲート電極１６として使用でき、このような導電性物質の非制限的な例としては、炭素、アルミニウム、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、銀、金、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、錫、鉛、金属類似物及び前記金属の合金；ｐ型またはｎ型ドープシリコン；酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物及び錫類似酸化物または錫酸化物インジウム系複合化合物；ＺｎＯ：Ａｌ，ＳｎＯ２：Ｓｂなどの酸化物と金属の混合物；ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ［３，４−（エチレン−１，２−ジオキシ）チオフェン］、ポリピロール及びポリアニリンなどの導電性高分子を含む。
【００３０】
絶縁層
絶縁層１２に使用可能な絶縁物質の非制限的な例としては、シリコン酸化物、またはシリコン窒化物などのシリコン化合物；及びポリイミド、ポリ（２−ビニールピリジン）、ポリ（４−ビニールフェノール）、またはポリメチルメタクリレートなどのプラスチック絶縁体を含む。
【００３１】
半導体層
半導体層１４として使用可能なものとしては、２通りがあるが 、例えば、ｐ型及びｎ型有機半導体物質が挙げられる。Ｐ型有機半導体の物質においては正孔が電荷キャリアであり、ｎ型有機半導体の物質においては電子が電荷キャリアである。Ｐ型有機半導体性の物質の非制限的な例としては、ペンタセン、アントラジチオフェン、ベンゾチオフェン、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン、チオフェンオリゴマーの下位単位混合物、酸素機能基が結合されたチオフェンオリゴマーなどがある（Ｈ． Ｅ． Ｋａｔｚ ｅｔ ａｌ．， Ａｃｃ． Ｃｈｅｍ． Ｒｅｓ． ３４， ３５９（２００１））。Ｎ型有機半導体の物質としては、例えば、フルオロ化メタルフタロシアニン（Ｚ． Ｂａｏ， Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １２０， ２０７（１９９８））、ペルフルオロアリン−変形されたポリチオフェン（Ａ． Ｆａｃｃｈｅｔｔｉ， Ａｎｇｅｗ． Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔ． Ｅｄ． ４２， ３９００（２００３））などが挙げられる。
【００３２】
有機物層
有機物層１７は、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む。有機物層１７を導入することにより、半導体層１４とソース電極１５／ドレイン電極１１間、ソース電極１５間またはドレイン電極１１間のオーム接触性が高まる。このため、有機トランジスタにおける駆動電圧及び電荷キャリアの移動性は、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機物層１７により高められる。
【００３３】
ソース／ドレイン電極
導電性物質がソース／ドレイン電極として使用できるが、このような導電性物質の非制限的な例としては、炭素、アルミニウム、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、銀、金、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、錫、鉛、ネオジウム、白金、金属類似物及び前記金属の合金；ｐ型またはｎ型ドープシリコン；酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物及び錫類似酸化物または錫酸化物インジウム系複合化合物；ＺｎＯ：Ａｌ，ＳｎＯ２：Ｓｂなどの酸化物と金属の混合物；ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ［３，４−（エチレン−１，２−ジオキシ）チオフェン］、ポリピロール及びポリアニリンなどの導電性高分子が挙げられる。
【００３４】
また、ソース／ドレイン電極用物質は、電荷キャリアの注入バリアを減らし、有機物層とオーム接触を形成するための適宜な仕事関数を有する。半導体層１４としてｐ型物質が使われる場合、ソース／ドレイン電極物質の仕事関数は、ｐ型有機物質のＨＯＭＯエネルギー準位に対応、または極めて近接する必要がある。このため、パラジウム、白金及び金のように極めて大きな仕事関数を有する金属がソース／ドレイン電極として好適である。一方、半導体層１４としてｎ型物質が使われる場合、ソース／ドレイン電極物質の仕事関数は、ｎ型有機物質のＬＵＭＯエネルギー準位に対応、または極めて近接する必要がある。このため、アルミニウムなどのように小さな仕事関数を有する金属がソース／ドレイン電極として好適である。
【００３５】
しかし、本発明によって、有機物層１７を有する場合有機トランジスタのパフォーマンスは、ソース／ドレイン電極物質への種類にあまり影響を受けない。これにより、スクリーン印刷、リール・ツー・リール工程（Ｊ．Ａ． Ｒｏｇｅｒｓ ｅｔ ａｌ．， Ａｄｖ． Ｍａｔｅｒ． １１， ７４１ （１９９９））、マイクロ接触印刷などを含む各種の方法により有機トランジスタが製造可能である。このため、前記有機物層１７を取り入れることで、有機トランジスタのパフォーマンスを落とすことなく、各種の電極物質をソース／ドレイン電極として使用することができる。
【００３６】
例えば、前記式１で表される化合物を含む有機物層を用いることにより、図６の構造においてアルミニウムをソース／ドレイン電極として使用可能となる。図６から明らかなように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング方法によりアルミニウムをパターニングしてソース電極１５／ドレイン電極１１の配列を容易に行える。また、スクリーン印刷が行える導電性インクの一つである銀ペーストをスクリーン印刷法によりソース／ドレイン電極にパターニングして用いることができる。
【００３７】
本発明による有機トランジスタは半導体層とソース/ドレイン電極の間に化学式1に表される化合物の中少なくともいずれか1種を含む有機物層を取り入れることで前記半導体層とソース/ドレイン電極の間の電気的接触を高める。その結果, 前記有機トランジスタのソース電極やドレイン電極用材料として仕事関数が比較的低いとしても安価で加工性が優秀な物質を使用することができる。
【００３８】
発明を実施するための最良の形態
＜実施例１＞
電界効果トランジスタは、図２及び図５に示すように、逆スタッガッドの構造に製造された。基板１３としては、ＩＴＯガラスが使われた。ゲート電極１６としては、ＩＴＯ電極がパターニングされた。ゲート誘電体または絶縁層１２は、２０００ｒｐｍにてポリ−４−ビニールフェノール（ＰＶＰ）溶液（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）にて１５重量％）をスピンコートし、２００℃にて２時間硬化させて製造された。ＰＶＰゲート絶縁層の膜厚は、９２２ｎｍであった。半導体層１４は、前記ＰＶＰ絶縁層１２の上に形成された。ペンタセンがｐ型半導体物質として使われる。ペンタセン半導体層１４は、１ｘ１０−６Ｔｏｒｒの基本圧力条件下で０．５Å／ｓの速度にて蒸着された。前記ペンタセン層の膜厚は、１００ｎｍであった。有機物層１７及び金（Ａｕ）からなるソース電極１５／ドレイン電極１１は、夫々、図２に示すように、シャドウマスクによってペンタセン膜の上に蒸着された。図２に示すように、金電極１５，１１を蒸着する前に、前記有機物層１７を前記ペンタセン膜の上に蒸着した。前記式２ａで表される化合物が有機物層１７として使われた。有機物層１７は、１ｘ１０−６Ｔｏｒｒの基本圧力条件下で０．５Å／ｓの速度にて蒸着され、前記有機物層１７の膜厚は、４０ｎｍであった。図５に示すように、前記有機ＦＥＴのチャンネル長Ｌ及び幅Ｗは、前記有機トランジスタのパフォーマンスにかなり影響する。本発明の実施例によれば、図５における前記有機ＦＥＴのチャンネル長と幅は、夫々２ｍｍと５０μｍであった。
【００３９】
幾つかののゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳ特性を示すグラフが図７に示してある。ペンタセントランジスタ（ＶＤＳ＝−５０Ｖ）における、ＶＧに対する前記（ＩＤＳ）１／２の特性は、図１１及び１２に示してある。ドレイン−ソース電流の飽和状態における電界効果移動性は、μＦＥＴ＝０．１６ｃｍ２／Ｖｓとして計算される。
【００４０】
＜実施例２＞
ソース／ドレイン電極として金（Ａｕ）の代わりにアルミニウム（Ａｌ）を使用した以外は、実施例１の方法と同様にして素子を製造した。
【００４１】
幾つかのゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性を示すグラフが図８に示してある。ペンタセントランジスタ（ＶＤＳ＝−５０Ｖ）における、ＶＧに対する前記（ＩＤＳ）１／２の特性は、図１２に示してある。ドレイン−ソース電流の飽和状態における電界効果移動性は、μＦＥＴ＝０．１８ｃｍ２／Ｖｓとして計算される。
【００４２】
＜比較例１＞
図１に示すように、有機物層１７を形成しなかった以外は、比較例１の方法と同様にして素子を製造した。
【００４３】
幾つかのゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性を示すグラフが図９に示してある。ペンタセントランジスタ（ＶＤＳ＝−５０Ｖ）における、ＶＧに対する前記（ＩＤＳ）１／２の特性は、図１１に示してある。ドレイン−ソース電流の飽和状態における電界効果移動性は、μＦＥＴ＝０．０７ｃｍ２／Ｖｓとして計算される。
【００４４】
＜比較例２＞
ソース／ドレイン電極として金（Ａｕ）の代わりにアルミニウム（Ａｌ）を使用した以外は、比較例１の方法と同様にして素子を製造した。
【００４５】
幾つかのゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性を示すグラフが図１０に示してある。前記素子は、極めて低くて不安定なトランジスタ特性を示すということが分かる。
【００４６】
同じゲートバイアス下で、ペンタセンと金電極との間に有機物層１７が配置されたトランジスタの場合（図７）には、前記有機物層１７なしトランジスタの場合（図９）と比較して、より高いソース−ドレイン電流値を有する。有機物層有りの場合とそうでない場合のペンタセントランジスタにおける、ＶＧに対する前記（ＩＤＳ）１／２の特性を示すグラフが図１１に示してある。図１１においては、有機トランジスタにおいて有機物層１７を用いる場合、ＶＧの範囲が０Ｖ〜-１４０Ｖとなり、素子のパフォーマンスが２倍以上高まったことが分かる。
【００４７】
また、有機物層１７を有する有機トランジスタは、ソース／ドレイン電極物質として金またはアルミニウムを用いたときに同等のパフォーマンスを示した（図７、図８及び図１２参照）。図１１及び図１２は、リソグラフィ技術を用いて有機トランジスタの構造（レイアウト）を形成するに当たり、半導体層とソース及び／またはドレイン電極間に有機物層が挟み込まれる場合のメリットが明確に示されている。
【００４８】
産業上の利用可能性
本発明による有機トランジスタは、半導体層とソース／ドレイン電極との間の電気的な接続に優れていることから、電機電子素子の構成部品として広く使用可能である。特に、本発明による有機トランジスタは、電子紙、スマートカードまたはディスプレイ装置へまで適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】有機トランジスタの断面の概略図である。
【図２】本発明の実施例による有機物層を有する有機トランジスタの夫々の断面の概略図である。
【図３】本発明の実施例による有機物層を有する有機トランジスタの夫々の断面の概略図である。
【図４】本発明の実施例による有機物層を有する有機トランジスタの夫々の断面の概略図である。
【図５】本発明の実施例に従い製造された、図２における有機物層を有する有機トランジスタの上面の概略図である。
【図６】本発明の実施例による有機トランジスタの断面の概略図である。
【図７】各々実施例１、２または比較例１、２にて製造された有機薄膜トランジスタで特定ゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性グラフである。
【図８】各々実施例１、２または比較例１、２にて製造された有機薄膜トランジスタで特定ゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性グラフである。
【図９】各々実施例１、２または比較例１、２にて製造された有機薄膜トランジスタで特定ゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性グラフである。
【図１０】各々実施例１、２または比較例１、２にて製造された有機薄膜トランジスタで特定ゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性グラフである。
【図１１】ペンタセントランジスタにおける、ＶＧに対する（ＩＤＳ）１／２の特性グラフである。
【図１２】ペンタセントランジスタにおける、ＶＧに対する（ＩＤＳ）１／２の特性グラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１１：ドレイン電極 １２：絶縁層
１３：基板 １４：半導体層
１５：ソース電極 １６：ゲート電極
１７：有機物層 Ｗ：有機トランジスタチャンネルの幅
Ｌ：有機トランジスタチャンネルの長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機トランジスタに使われることができる新規な有機物質に関する。より詳しくは、有機薄膜トランジスタにおける半導体層と電極との間のオーム性電気的接触を高めることのできる有機化合物、前記有機化合物を含む有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜トランジスタにおける前記化合物の用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜状の電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦＥＴ）は、マイクロ電子工学分野において基礎となる構造体である。この種のＦＥＴは、３本の電極（つまり、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極）、絶縁層及び半導体層を有する。ＦＥＴは、前記半導体層が前記２本の電極、つまり、ソース電極とドレイン電極との間の導電性チャンネルである場合にキャパシタとしての働きをする。前記チャンネルにおける電荷キャリアの濃度は、ゲート電極を介して印加される電圧によって調節され、その結果、ソース電極とドレイン電極との間の電気電荷の流れは、前記ゲート電極を介して印加される電圧によって調節可能となる。
【０００３】
近年、有機半導体の物質を用いるＦＥＴに高い関心が寄せられている。ＦＥＴにおいて有機半導体の物質を用いる場合、スクリーン印刷、インクジェット印刷またはマイクロ接触印刷などの印刷方法により電子素子を製造することができる。また、これらの物質を用いる場合には、従来の通常の無機半導体の物質を用いるときに比べて、極めて低い基板温度条件下で、且つ、真空がほとんど不要になる状態でも工程を行うことができる。このため、ＦＥＴを含めて有機半導体の物質を用いる電子素子は、無機半導体性の物質を用いる場合に比べてその製造条件が極めて柔軟であり、しかもコストダウンが図れる。
【０００４】
１９８０年代以降には、微細分子、高分子及びオリゴマーなどの有機物質をＦＥＴにおける有機半導体性の物質として用いることを目指して研究が進んでいた。この分野における研究の結果、ＦＥＴにおける電荷キャリアの移動性の観点からは、有機ＦＥＴのパフォーマンスが１０−５ｃｍ２／Ｖｓから１ｃｍ２／Ｖｓへと高まっている（ Ｊ．Ｍ．Ｓｈａｗ，Ｐ．Ｆ．Ｓｅｉｄｌｅｒ，ＩＢＭ Ｊ．Ｒｅｓ．＆ Ｄｅｖ．． Ｖｏｌ．４５， ３（２００１））。 有機トランジスタのパフォーマンスは、現在のところ、無定形シリコントランジスタのそれに匹敵するほどであり、その結果、このような有機トランジスタは、電子紙、スマートカードまたはディスプレイ装置へまで適用可能である。
【０００５】
半導体性有機物質を用いて製造できる主たる電子素子としては、有機発光ダイオード、有機太陽電池及び有機トランジスタが挙げられる。この種の素子において、前記半導体性有機物質と電極との間の電気的な接続は、前記素子のパフォーマンスを高める上で極めて重要である。例えば、有機発光ダイオードのパフォーマンスを高めるために、半導体層と電極との間に正孔注入層や電子注入層などの電荷キャリア注入層が導入される。たとえ、有機トランジスタの動作方式が前記有機発光ダイオードの作動方式とは異なるとしても、有機トランジスタにおける前記半導体層とソース及びドレイン電極間の電気的な接続は、前記有機トランジスタのパフォーマンスにかなり影響する。
【０００６】
一方、有機トランジスタのパフォーマンスは、ソース／ドレイン物質によるということが報告されている（Ｙ．Ｙ． Ｌｉｎ ｅｔ ａｌ． Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ （１９９６），４１３ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ． Ｏｐｔｉｃａｌ． ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＩＩＩ）, ４１３−４１８． ＣＯＤＥＮ： ＭＲＳＰＤＨ ＩＳＳＮ： ０２７２−９１７２）。これらの報告によれば、比較的に低い仕事関数を有する金属（例えば、Ａl）は有機トランジスタの電極としてかなり低いパフォーマンスを示すのに対し、高い仕事関数を有する金属（例えば、Ｐ ｄ，Ｐｔ，およびＡｕ）は優れたパフォーマンスを示す。このため、ほとんどの有機トランジスタにおいては、金などの高い仕事関数を有する金属がソース／ドレイン電極として使われている。しかしながら、このように高い仕事関数を有する金属は貴金属に相当するために高価であり、且つ、工業的な方法によっては工程が行い難いため、有機トランジスタにおけるこれらの適用及びその構造が制限的である。
【発明の開示】
【０００７】
そこで、本発明者らは、有機トランジスタにおける前記半導体層とソースまたはドレイン電極との間の電気的な接続を高めることのできる方法に取り組んできた。
【０００８】
また、有機トランジスタのソース電極やドレイン電極用材料として、安価な物質を使用可能にする方法にも取り組んできた。つまり、前記有機トランジスタのソース電極やドレイン電極用材料として、仕事関数が比較的に低くても安価な物質が使えるように研究を進めてきた。
【発明の具体的な開示】
【０００９】
本発明は、半導体層とソース電極及びドレイン電極のうち何れか１種との間にて安定した界面を形成することで、前記半導体層と前記電極との間のオーム性電気的な接続が容易に行えると共に、有機トランジスタのパフォーマンスが高められる有機物質を含む有機トランジスタを提供する。
【００１０】
また、本発明は、前記半導体性層とソース電極及びドレイン電極のうちいずれか１種との間に有機物層を導入することにより、前記ソース電極若しくはドレイン電極の材料として各種多様な導電性物質が使える有機トランジスタを提供する。
【００１１】
さらに、本発明は、下記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機物層を有する有機トランジスタを提供する。
【化１】
【００１２】
さらに、本発明は、半導体層とソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも何れか１種との間に挟み込まれた有機物層を含む有機トランジスタであって、前記有機物層は、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機トランジスタを提供する。
【００１３】
さらに、本発明は、半導体層とソース／ドレイン電極との間の電気的な接続を高めるために、前記半導体層と前記ソース電極及びドレイン電極のうちいずれか１種との間に有機物層を挟み込む段階を含む有機トランジスタの製造方法であって、前記有機物層は、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む製造方法を提供する。
【００１４】
以下、本発明について詳述する。
【００１５】
以下では、本発明を説明するに当たり、最も適切であると考えられる好適な実施の形態だけを中心に説明している。しかし、通常、本発明の範囲を逸脱しない範囲内であれば、本発明に対する様々でかつ自明な変形が可能となることは言うまでもない。
【００１６】
本発明は、下記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機物層が半導体層とソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも何れか１種との間に挟み込まれている有機トランジスタを提供する。
【化２】
【００１７】
前記式１において、前記Ｒ１−Ｒ６は、それぞれ独立的に、水素、ハロゲン、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ２）、スルフォニル（−ＳＯ２Ｒ）、スルホキシド（ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ２ＮＲ）、スルフォネート（−ＳＯ３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ３）、エステル（ＣＯ−ＯＲ）、アミド（−ＣＯ−ＮＨＲ又は−ＣＯ−ＮＲＲ’）、置換または未置換の直鎖状若しくは枝状Ｃ１−Ｃ１２のアルコキシ、置換または未置換の直鎖状若しくは枝状Ｃ１−Ｃ１２のアルキル、置換または未置換の芳香族または非芳香族のヘテロ環化合物、置換または未置換のアリール、置換または未置換のモノ−又はジ−アリールアミン及び置換または未置換のアルキル−置換または未置換のアリールアミンからなる群より選ばれる。
【００１８】
前記置換基において、Ｒ及びＲ’は、例えば、置換または未置換のＣ１−Ｃ６０アルキル、置換または未置換のアリール、置換または未置換の５−７原子のヘテロ環化合物である。前記置換されたＣ１−Ｃ６０のアルキル、アリール及びヘテロ環化合物は、選択的に、１以上のアミン、アミド、エーテル及びエステル基に置換可能である。一方、前記Ｒ１−Ｒ６は、それぞれ独立的に、置換または未置換の電子吸引基から選ばれたことであることができるのに、これは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって公知である。
【００１９】
前記アリール基は、フェニル、バイフェニル、テルフェニル、ベンジル、ナフチル、アントラセニル、テトラセニル、ペンタセニル、ペリレリル及びコロネニル基を含み、これらは単独または多重的に置換または未置換されたものである。
【００２０】
前記式１で表される化合物の非制限的な例として、下記式２ａないし２ｇで表される化合物が挙げられる。
【化３−１】
【化３−２】
【００２１】
以下、添付した図面に基づき、本発明について詳述する。
【００２２】
図１に示すように、有機トランジスタは、ソース電極１５、ドレイン電極１１及びゲート電極１６と呼ばれる３本の端子を有する電子素子である。斯かる有機トランジスタについては、多数の様々な構造が存在する。本発明を用いる幾つかの例が図２ないし図４に示してある。図１を参照すれば、基板１３の上にゲート電極１６がパターニングされ、その上に絶縁層１２が形成される。次いで、前記絶縁層１２の上に半導体（ｐ型若しくはｎ型）層１４が形成された後、前記半導体層１４と絶縁層１２の上にソース／ドレイン電極が形成される。
【００２３】
本発明の一例によれば、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機物層１７は、半導体層１４とソース電極及びドレイン電極との間（図２）、半導体層１４とソース電極１５との間（図３）、または半導体層１４とドレイン電極１１との間（図４）に挟み込まれる。ゲート電極１６に電圧を印加することにより、電荷キャリアが半導体層１４に形成される。例えば、負のゲート電圧を用いることにより、正電荷キャリア（正孔）がｐ型半導体層に形成可能となり、正のゲート電圧を用いることにより、電荷キャリア（電子）がｎ型半導体層に形成可能となる。半導体層における電荷キャリアの密度はゲート電圧により調節されることができるので、その結果、ソース電極とドレイン電極との間の電流の流れはゲート電極への印加電圧により調節可能となる。
【００２４】
また、図面には示していないが、他の具現例によれば、本発明による有機トランジスタは、基板１３に配置されたゲート電極１６、前記ゲート電極１６と基板１３の上に配置された絶縁層１２、前記絶縁層１２の上に配置されたソース電極１５とドレイン電極１１、前記絶縁層１２の上に配置された半導体層１４及び半導体層１４とソース電極１５及びドレイン電極１１間、半導体層１４とソース電極１５間、または半導体層１４とドレイン電極１１間に挟み込まれた有機物層１７を含む。
【００２５】
他の具現例によれば、本発明による有機トランジスタは、基板１３に配置されたソース電極１５とドレイン電極１１、前記基板１３及び前記ソース電極１５とドレイン電極１１の上に配置された半導体層１４、前記半導体層１４の上に配置された絶縁層１２、前記絶縁層１２に配置されたゲート電極１６及び半導体層１４とソース電極１５及びドレイン電極１１間、半導体層１４とソース電極１５間、または、半導体層１４とドレイン電極１１間に挟み込まれた有機物層１７を含む。
【００２６】
本発明のさらに他の具現例によれば、本発明による有機トランジスタは、基板１３に配置された半導体層１４、前記半導体層１４に配置されたソース電極１５とドレイン電極１１、前記半導体層１４及び前記ソース電極１５とドレイン電極１１の上に配置された絶縁層１２、前記絶縁層１２に配置されたゲート電極１６及び半導体層１４とソース電極１５及びドレイン電極１１間、半導体層１４とソース電極１５間、または、半導体層１４とドレイン電極１１間に挟み込まれた有機物層１７を含む。
【００２７】
以下、有機トランジスタに使われる夫々の構成要素及び本発明の効果について詳述する。
【００２８】
基板
有機トランジスタのための熱力学的及び機械的な要求事項を満足するガラス、半導体ウェーハ、金属酸化物、セラミックス物質及びプラスチックなどが使用可能である。例えば、ガラスまたはプラスチックが基板１３として使われる。
【００２９】
ゲート電極
導電性物質がゲート電極１６として使用でき、このような導電性物質の非制限的な例としては、炭素、アルミニウム、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、銀、金、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、錫、鉛、金属類似物及び前記金属の合金；ｐ型またはｎ型ドープシリコン；酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物及び錫類似酸化物または錫酸化物インジウム系複合化合物；ＺｎＯ：Ａｌ，ＳｎＯ２：Ｓｂなどの酸化物と金属の混合物；ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ［３，４−（エチレン−１，２−ジオキシ）チオフェン］、ポリピロール及びポリアニリンなどの導電性高分子を含む。
【００３０】
絶縁層
絶縁層１２に使用可能な絶縁物質の非制限的な例としては、シリコン酸化物、またはシリコン窒化物などのシリコン化合物；及びポリイミド、ポリ（２−ビニールピリジン）、ポリ（４−ビニールフェノール）、またはポリメチルメタクリレートなどのプラスチック絶縁体を含む。
【００３１】
半導体層
半導体層１４として使用可能なものとしては、２通りがあるが 、例えば、ｐ型及びｎ型有機半導体物質が挙げられる。Ｐ型有機半導体の物質においては正孔が電荷キャリアであり、ｎ型有機半導体の物質においては電子が電荷キャリアである。Ｐ型有機半導体性の物質の非制限的な例としては、ペンタセン、アントラジチオフェン、ベンゾチオフェン、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン、チオフェンオリゴマーの下位単位混合物、酸素機能基が結合されたチオフェンオリゴマーなどがある（Ｈ． Ｅ． Ｋａｔｚ ｅｔ ａｌ．， Ａｃｃ． Ｃｈｅｍ． Ｒｅｓ． ３４， ３５９（２００１））。Ｎ型有機半導体の物質としては、例えば、フルオロ化メタルフタロシアニン（Ｚ． Ｂａｏ， Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １２０， ２０７（１９９８））、ペルフルオロアリン−変形されたポリチオフェン（Ａ． Ｆａｃｃｈｅｔｔｉ， Ａｎｇｅｗ． Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔ． Ｅｄ． ４２， ３９００（２００３））などが挙げられる。
【００３２】
有機物層
有機物層１７は、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む。有機物層１７を導入することにより、半導体層１４とソース電極１５／ドレイン電極１１間、ソース電極１５間またはドレイン電極１１間のオーム接触性が高まる。このため、有機トランジスタにおける駆動電圧及び電荷キャリアの移動性は、前記式１で表される化合物のうち少なくとも何れか１種を含む有機物層１７により高められる。
【００３３】
ソース／ドレイン電極
導電性物質がソース／ドレイン電極として使用できるが、このような導電性物質の非制限的な例としては、炭素、アルミニウム、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、銀、金、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、錫、鉛、ネオジウム、白金、金属類似物及び前記金属の合金；ｐ型またはｎ型ドープシリコン；酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物及び錫類似酸化物または錫酸化物インジウム系複合化合物；ＺｎＯ：Ａｌ，ＳｎＯ２：Ｓｂなどの酸化物と金属の混合物；ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ［３，４−（エチレン−１，２−ジオキシ）チオフェン］、ポリピロール及びポリアニリンなどの導電性高分子が挙げられる。
【００３４】
また、ソース／ドレイン電極用物質は、電荷キャリアの注入バリアを減らし、有機物層とオーム接触を形成するための適宜な仕事関数を有する。半導体層１４としてｐ型物質が使われる場合、ソース／ドレイン電極物質の仕事関数は、ｐ型有機物質のＨＯＭＯエネルギー準位に対応、または極めて近接する必要がある。このため、パラジウム、白金及び金のように極めて大きな仕事関数を有する金属がソース／ドレイン電極として好適である。一方、半導体層１４としてｎ型物質が使われる場合、ソース／ドレイン電極物質の仕事関数は、ｎ型有機物質のＬＵＭＯエネルギー準位に対応、または極めて近接する必要がある。このため、アルミニウムなどのように小さな仕事関数を有する金属がソース／ドレイン電極として好適である。
【００３５】
しかし、本発明によって、有機物層１７を有する場合有機トランジスタのパフォーマンスは、ソース／ドレイン電極物質への種類にあまり影響を受けない。これにより、スクリーン印刷、リール・ツー・リール工程（Ｊ．Ａ． Ｒｏｇｅｒｓ ｅｔ ａｌ．， Ａｄｖ． Ｍａｔｅｒ． １１， ７４１ （１９９９））、マイクロ接触印刷などを含む各種の方法により有機トランジスタが製造可能である。このため、前記有機物層１７を取り入れることで、有機トランジスタのパフォーマンスを落とすことなく、各種の電極物質をソース／ドレイン電極として使用することができる。
【００３６】
例えば、前記式１で表される化合物を含む有機物層を用いることにより、図６の構造においてアルミニウムをソース／ドレイン電極として使用可能となる。図６から明らかなように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング方法によりアルミニウムをパターニングしてソース電極１５／ドレイン電極１１の配列を容易に行える。また、スクリーン印刷が行える導電性インクの一つである銀ペーストをスクリーン印刷法によりソース／ドレイン電極にパターニングして用いることができる。
【００３７】
本発明による有機トランジスタは半導体層とソース/ドレイン電極の間に化学式1に表される化合物の中少なくともいずれか1種を含む有機物層を取り入れることで前記半導体層とソース/ドレイン電極の間の電気的接触を高める。その結果, 前記有機トランジスタのソース電極やドレイン電極用材料として仕事関数が比較的低いとしても安価で加工性が優秀な物質を使用することができる。
【００３８】
発明を実施するための最良の形態
＜実施例１＞
電界効果トランジスタは、図２及び図５に示すように、逆スタッガッドの構造に製造された。基板１３としては、ＩＴＯガラスが使われた。ゲート電極１６としては、ＩＴＯ電極がパターニングされた。ゲート誘電体または絶縁層１２は、２０００ｒｐｍにてポリ−４−ビニールフェノール（ＰＶＰ）溶液（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）にて１５重量％）をスピンコートし、２００℃にて２時間硬化させて製造された。ＰＶＰゲート絶縁層の膜厚は、９２２ｎｍであった。半導体層１４は、前記ＰＶＰ絶縁層１２の上に形成された。ペンタセンがｐ型半導体物質として使われる。ペンタセン半導体層１４は、１ｘ１０−６Ｔｏｒｒの基本圧力条件下で０．５Å／ｓの速度にて蒸着された。前記ペンタセン層の膜厚は、１００ｎｍであった。有機物層１７及び金（Ａｕ）からなるソース電極１５／ドレイン電極１１は、夫々、図２に示すように、シャドウマスクによってペンタセン膜の上に蒸着された。図２に示すように、金電極１５，１１を蒸着する前に、前記有機物層１７を前記ペンタセン膜の上に蒸着した。前記式２ａで表される化合物が有機物層１７として使われた。有機物層１７は、１ｘ１０−６Ｔｏｒｒの基本圧力条件下で０．５Å／ｓの速度にて蒸着され、前記有機物層１７の膜厚は、４０ｎｍであった。図５に示すように、前記有機ＦＥＴのチャンネル長Ｌ及び幅Ｗは、前記有機トランジスタのパフォーマンスにかなり影響する。本発明の実施例によれば、図５における前記有機ＦＥＴのチャンネル長と幅は、夫々２ｍｍと５０μｍであった。
【００３９】
幾つかののゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳ特性を示すグラフが図７に示してある。ペンタセントランジスタ（ＶＤＳ＝−５０Ｖ）における、ＶＧに対する前記（ＩＤＳ）１／２の特性は、図１１及び１２に示してある。ドレイン−ソース電流の飽和状態における電界効果移動性は、μＦＥＴ＝０．１６ｃｍ２／Ｖｓとして計算される。
【００４０】
＜実施例２＞
ソース／ドレイン電極として金（Ａｕ）の代わりにアルミニウム（Ａｌ）を使用した以外は、実施例１の方法と同様にして素子を製造した。
【００４１】
幾つかのゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性を示すグラフが図８に示してある。ペンタセントランジスタ（ＶＤＳ＝−５０Ｖ）における、ＶＧに対する前記（ＩＤＳ）１／２の特性は、図１２に示してある。ドレイン−ソース電流の飽和状態における電界効果移動性は、μＦＥＴ＝０．１８ｃｍ２／Ｖｓとして計算される。
【００４２】
＜比較例１＞
図１に示すように、有機物層１７を形成しなかった以外は、比較例１の方法と同様にして素子を製造した。
【００４３】
幾つかのゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性を示すグラフが図９に示してある。ペンタセントランジスタ（ＶＤＳ＝−５０Ｖ）における、ＶＧに対する前記（ＩＤＳ）１／２の特性は、図１１に示してある。ドレイン−ソース電流の飽和状態における電界効果移動性は、μＦＥＴ＝０．０７ｃｍ２／Ｖｓとして計算される。
【００４４】
＜比較例２＞
ソース／ドレイン電極として金（Ａｕ）の代わりにアルミニウム（Ａｌ）を使用した以外は、比較例１の方法と同様にして素子を製造した。
【００４５】
幾つかのゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性を示すグラフが図１０に示してある。前記素子は、極めて低くて不安定なトランジスタ特性を示すということが分かる。
【００４６】
同じゲートバイアス下で、ペンタセンと金電極との間に有機物層１７が配置されたトランジスタの場合（図７）には、前記有機物層１７なしトランジスタの場合（図９）と比較して、より高いソース−ドレイン電流値を有する。有機物層有りの場合とそうでない場合のペンタセントランジスタにおける、ＶＧに対する前記（ＩＤＳ）１／２の特性を示すグラフが図１１に示してある。図１１においては、有機トランジスタにおいて有機物層１７を用いる場合、ＶＧの範囲が０Ｖ〜-１４０Ｖとなり、素子のパフォーマンスが２倍以上高まったことが分かる。
【００４７】
また、有機物層１７を有する有機トランジスタは、ソース／ドレイン電極物質として金またはアルミニウムを用いたときに同等のパフォーマンスを示した（図７、図８及び図１２参照）。図１１及び図１２は、リソグラフィ技術を用いて有機トランジスタの構造（レイアウト）を形成するに当たり、半導体層とソース及び／またはドレイン電極間に有機物層が挟み込まれる場合のメリットが明確に示されている。
【００４８】
産業上の利用可能性
本発明による有機トランジスタは、半導体層とソース／ドレイン電極との間の電気的な接続に優れていることから、電機電子素子の構成部品として広く使用可能である。特に、本発明による有機トランジスタは、電子紙、スマートカードまたはディスプレイ装置へまで適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】有機トランジスタの断面の概略図である。
【図２】本発明の実施例による有機物層を有する有機トランジスタの夫々の断面の概略図である。
【図３】本発明の実施例による有機物層を有する有機トランジスタの夫々の断面の概略図である。
【図４】本発明の実施例による有機物層を有する有機トランジスタの夫々の断面の概略図である。
【図５】本発明の実施例に従い製造された、図２における有機物層を有する有機トランジスタの上面の概略図である。
【図６】本発明の実施例による有機トランジスタの断面の概略図である。
【図７】各々実施例１、２または比較例１、２にて製造された有機薄膜トランジスタで特定ゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性グラフである。
【図８】各々実施例１、２または比較例１、２にて製造された有機薄膜トランジスタで特定ゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性グラフである。
【図９】各々実施例１、２または比較例１、２にて製造された有機薄膜トランジスタで特定ゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性グラフである。
【図１０】各々実施例１、２または比較例１、２にて製造された有機薄膜トランジスタで特定ゲート電圧ＶＧにおける、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対するドレイン−ソース電流ＩＤＳの特性グラフである。
【図１１】ペンタセントランジスタにおける、ＶＧに対する（ＩＤＳ）１／２の特性グラフである。
【図１２】ペンタセントランジスタにおける、ＶＧに対する（ＩＤＳ）１／２の特性グラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１１：ドレイン電極 １２：絶縁層
１３：基板 １４：半導体層
１５：ソース電極 １６：ゲート電極
１７：有機物層 Ｗ：有機トランジスタチャンネルの幅
Ｌ：有機トランジスタチャンネルの長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機トランジスタであって、
半導体層と、ソース電極及びドレイン電極の何れか一種との間に挟み込まれた有機物層とを備えてなり、
前記有機物層が、下記式１：
【化１】
で表されるうち少なくとも一種の化合物を包含する、有機トランジスタ。
【請求項２】
前記有機物層が、前記半導体層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間のいずれにも挟み込まれてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記有機トランジスタが、
基板と、
前記基板に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極と基板の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置された半導体層と、
前記半導体層と前記絶縁層の上に配置されたソース電極及びドレイン電極とをさらに備えてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記有機トランジスタが、
基板と、
前記基板に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極と基板の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記絶縁層と前記ソース電極及びドレイン電極の上に配置された半導体層と、をさらに備えてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
前記有機トランジスタが、
基板と、
前記基板の上に配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記基板と前記ソース電極及びドレイン電極の上に配置された半導体層と、
前記半導体層の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層に配置されたゲート電極とをさらに備えてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記有機トランジスタが、
基板と、
前記基板に配置された半導体層と、
前記半導体層に配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体層と前記ソース電極及びドレイン電極の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層に配置されたゲート電極とをさらに備えてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項７】
前記ソース電極またはドレイン電極が、アルミニウム、銀、金、ネオジウム、パラジウム、白金、またはこれらの合金である、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項８】
前記ソース電極またはドレイン電極が、アルミニウムまたは銀を含む複合物質である、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項９】
前記式１で表される化合物は、下記式２ａないし２ｇのいずれか一種のものである、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【化２−１】
【化２−２】
【請求項１０】
有機トランジスタの製造方法であって、
半導体層と、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一つの間に有機物層を挟み込む、前記半導体層と、前記ソース電極又はドレイン電極との間の電気的な接続を向上させることを含んでなり、
ここで、前記有機物層が、下記式１：
【化３】
で表される化合物の少なくとも一種を包含してなる、方法。
【請求項１１】
前記有機物層が、前記半導体層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間にいずれも挟み込まれてなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基板にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極と基板の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層の上に半導体層を形成し、
前記半導体層と前記絶縁層の上にソース電極及びドレイン電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
基板にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極と基板の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層の上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記絶縁層と前記ソース電極及びドレイン電極の上に半導体層を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
基板の上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記基板と前記ソース電極及びドレイン電極の上に半導体層を形成し、
前記半導体層の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層にゲート電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
基板に半導体層を形成し、
前記半導体層にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記半導体層と前記ソース電極及びドレイン電極の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層にゲート電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記式１で表される化合物は、下記式２ａないし２ｇのいずれか一種である、請求項１０に記載の方法。
【化４−１】
【化４−２】
【請求項１７】
アルミニウム、銀、金、ネオジウム、パラジウム、白金及びこれらの合金の何れか一種を用いて、前記ソース電極及びドレイン電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
アルミニウムまたは銀を含む複合物質により、前記ソース電極及びドレイン電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
１９．下記式１：
【化５】
で表される化合物の少なくとも一１種を包含してなる有機物層を含んでなる、有機トランジスタ。
【請求項１】
有機トランジスタであって、
半導体層と、ソース電極及びドレイン電極の何れか一種との間に挟み込まれた有機物層とを備えてなり、
前記有機物層が、下記式１：
【化１】
で表されるうち少なくとも一種の化合物を包含する、有機トランジスタ。
【請求項２】
前記有機物層が、前記半導体層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間のいずれにも挟み込まれてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記有機トランジスタが、
基板と、
前記基板に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極と基板の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置された半導体層と、
前記半導体層と前記絶縁層の上に配置されたソース電極及びドレイン電極とをさらに備えてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記有機トランジスタが、
基板と、
前記基板に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極と基板の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記絶縁層と前記ソース電極及びドレイン電極の上に配置された半導体層と、をさらに備えてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
前記有機トランジスタが、
基板と、
前記基板の上に配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記基板と前記ソース電極及びドレイン電極の上に配置された半導体層と、
前記半導体層の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層に配置されたゲート電極とをさらに備えてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記有機トランジスタが、
基板と、
前記基板に配置された半導体層と、
前記半導体層に配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体層と前記ソース電極及びドレイン電極の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層に配置されたゲート電極とをさらに備えてなる、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項７】
前記ソース電極またはドレイン電極が、アルミニウム、銀、金、ネオジウム、パラジウム、白金、またはこれらの合金である、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項８】
前記ソース電極またはドレイン電極が、アルミニウムまたは銀を含む複合物質である、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項９】
前記式１で表される化合物は、下記式２ａないし２ｇのいずれか一種のものである、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【化２−１】
【化２−２】
【請求項１０】
有機トランジスタの製造方法であって、
半導体層と、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一つの間に有機物層を挟み込む、前記半導体層と、前記ソース電極又はドレイン電極との間の電気的な接続を向上させることを含んでなり、
ここで、前記有機物層が、下記式１：
【化３】
で表される化合物の少なくとも一種を包含してなる、方法。
【請求項１１】
前記有機物層が、前記半導体層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間にいずれも挟み込まれてなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基板にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極と基板の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層の上に半導体層を形成し、
前記半導体層と前記絶縁層の上にソース電極及びドレイン電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
基板にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極と基板の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層の上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記絶縁層と前記ソース電極及びドレイン電極の上に半導体層を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
基板の上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記基板と前記ソース電極及びドレイン電極の上に半導体層を形成し、
前記半導体層の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層にゲート電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
基板に半導体層を形成し、
前記半導体層にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記半導体層と前記ソース電極及びドレイン電極の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層にゲート電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記式１で表される化合物は、下記式２ａないし２ｇのいずれか一種である、請求項１０に記載の方法。
【化４−１】
【化４−２】
【請求項１７】
アルミニウム、銀、金、ネオジウム、パラジウム、白金及びこれらの合金の何れか一種を用いて、前記ソース電極及びドレイン電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
アルミニウムまたは銀を含む複合物質により、前記ソース電極及びドレイン電極を形成することをさらに含んでなる、請求項１０に記載の方法。
１９．下記式１：
【化５】
で表される化合物の少なくとも一１種を包含してなる有機物層を含んでなる、有機トランジスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００７−５２００７５（Ｐ２００７−５２００７５Ａ）
【公表日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５０９６４（Ｐ２００６−５５０９６４）
【出願日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００５／０００４４９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７８８０５
【国際公開日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（５０２２０２００７）エルジー・ケム・リミテッド (224)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００５／０００４４９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７８８０５
【国際公開日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（５０２２０２００７）エルジー・ケム・リミテッド (224)
【Ｆターム（参考）】
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