有機薄膜トランジスタ
【課題】電界効果移動度が高く、オフ電流が小さい有機薄膜トランジスタを提供することである。
【解決手段】有機半導体層の内部のうち、ソース電極の真上又は真下に位置する部分を第１の部分とし、ドレイン電極の真上又は真下に位置する部分を第２の部分とし、第１の部分と第２の部分とは異なる部分を第３の部分とした場合に、ドーピング領域が、第３の部分、第１の部分と第３の部分、又は第２の部分と第３の部分に存在する有機薄膜トランジスタである。
【解決手段】有機半導体層の内部のうち、ソース電極の真上又は真下に位置する部分を第１の部分とし、ドレイン電極の真上又は真下に位置する部分を第２の部分とし、第１の部分と第２の部分とは異なる部分を第３の部分とした場合に、ドーピング領域が、第３の部分、第１の部分と第３の部分、又は第２の部分と第３の部分に存在する有機薄膜トランジスタである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層の一部に対してドーピングが行われている有機薄膜トランジスタ、並びに、かかる有機薄膜トランジスタを備える有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ及び液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体薄膜を備える半導体素子としては、有機半導体材料からなる有機薄膜を備える有機薄膜トランジスタが注目されている。有機薄膜トランジスタは、その製造において、有機半導体材料を含む液の塗布によって有機薄膜を容易に形成することが可能であるため、大面積のデバイスを安価に生産できるという利点がある。
【０００３】
有機薄膜トランジスタの特性は、有機薄膜のキャリア輸送性に大きく依存し、キャリア輸送性が高いほど、有機薄膜トランジスタとして優れた特性を発揮することができる。例えば、有機薄膜からなる有機半導体層を備える電界効果型有機薄膜トランジスタの場合、有機薄膜のキャリア輸送性が高いほど多くの電流を流すことができ、調節可能な電流量の幅を広くとることができるなど、トランジスタとして優れた特性が得られる。そのため、高いキャリア輸送性を有する有機薄膜トランジスタが盛んに検討されている。
【０００４】
高いキャリア輸送性を有する有機薄膜トランジスタとしては、例えば、電子受容性の化合物によりドーピングされた有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタが提案されている。
【０００５】
例えば、非特許文献１には、有機薄膜トランジスタの製造に使用する有機半導体材料として、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）をドープしたポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン−アルト−ビチオフェン）（Ｆ８Ｔ２）が記載されている。この有機半導体材料は、ｏ−ジクロロベンゼンに溶解され、得られる溶液を塗布及び乾燥させることによって有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタが製造される。ここで製造されている有機薄膜トランジスタは、基材の上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む有機半導体層が順次積層されており、該有機半導体層が該ゲート絶縁膜、該ソース電極及び該ドレイン電極と接触する構造を有している。
【０００６】
非特許文献２には、イオン化されたドーパントがマトリックスを破壊させたり、キャリアを補足し、又は散乱させる問題を解決するために、リモートドーピングというコンセプトが記載されている。このコンセプトは、ドーパント分子によって占有されている領域から空間的に分離された活性領域に対して、提供される空孔又は電子を移動させるというものである。
【０００７】
非特許文献２の有機薄膜トランジスタは、電荷が流れるチャネルと、ドープ層とを分離して形成することによって、電子受容性分子によるキャリアの捕獲や散乱が起こらないようにし、キャリア輸送性を高めたことを特徴とする。
【０００８】
しかしながら、上述の有機薄膜トランジスタには、オフ電流が著しく増大し、オン／オフ比が低下するといった問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ジャーナル オブ マテリアル ケミストリー（ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ）、２００７年、第１７巻、第１４１６〜１４２０頁
【非特許文献２】アプライド フィジックス レターズ（ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ）、２０１０年、第９７巻、第１２３３０５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記従来の問題を解決するためになされたものであり、電界効果移動度が高く、オン／オフ比が大きい有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
本発明はまた、かかる有機薄膜トランジスタを備える有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ及び液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明は、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む有機半導体層とを備える有機薄膜トランジスタであって、
該有機半導体層が、該ゲート絶縁膜、該ソース電極及び該ドレイン電極と接触しており、
該有機半導体層は、該有機半導体層の膜厚方向において該ソース電極の真上に位置する部分又は該ソース電極の真下に位置する部分からなる第１の部分と、該ドレイン電極の真上に位置する部分又は該ドレイン電極の真下に位置する部分からなる第２の部分と、第１の部分及び第２の部分とは異なる第３の部分を有し、
該有機半導体層は、
該有機半導体材料のみからなる非ドーピング領域と、
該有機半導体材料と電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物とを含むドーピング領域からなり、
該ドーピング領域の少なくとも一部が該第３の部分に含まれ、
該ドーピング領域は、該ソース電極と接触しておらず、
該第１の部分と該第３の部分との境界の一部又は全部と該第２の部分と該第３の部分との境界の一部又は全部が、同時に該ドーピング領域に含まれることはない有機薄膜トランジスタ。
【００１２】
ある一形態においては、前記ドーピング領域は、有機半導体層の面であってゲート絶縁膜に接触している面と対向する面の一部に接触している。
【００１３】
ある一形態においては、前記ドーピング領域は、電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を溶媒に溶解させた液を用い、印刷法により形成された領域である。
【００１４】
ある一形態においては、前記有機半導体層に含まれる有機半導体材料が、２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を有する高分子化合物である。
【００１５】
ある一形態においては、前記ドーピング領域に含まれる電子受容性の化合物が、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン、ヘキサデカフルオロ亜鉛フタロシアニン、モリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレン、テトラシアノキノジメタン誘導体又はｐ−ベンゾキノン誘導体である。
【００１６】
ある一形態においては、前記ドーピング領域に含まれる電子供与性の化合物が、テトラチアフルバレン誘導体である。
【００１７】
本発明はまた、本発明の有機薄膜トランジスタを備える、有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ、又は液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電界効果移動度が高く、オン／オフ比が大きく、閾値電圧のシフトが小さい有機薄膜トランジスタ及び、かかる有機薄膜トランジスタを備える有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ及び液晶表示素子を提供することができるため、本発明は極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２】第２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３】第３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図４】第４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図５】第５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図６】第６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図７】第７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図８】第８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図９】第９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１０】第１０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１１】第１１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１２】第１２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１３】第１３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１４】第１４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１５】第１５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１６】第１６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１７】第１７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１８】第１８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１９】第１９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２０】第２０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２１】第２１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２２】第２２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２３】第２３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２４】第２４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２５】第２５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２６】第２６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２７】第２７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２８】第２８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２９】第２９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３０】第３０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３１】第３１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３２】第３２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３３】第３３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３４】第３４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３５】第３５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３６】第３６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付すこととし、重複する説明については省略する。
【００２１】
＜有機薄膜トランジスタ＞
本発明の有機薄膜トランジスタの代表例としては、電界効果型有機薄膜トランジスタが挙げられる。電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となる有機半導体層、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極、並びに、有機半導体層とゲート電極との間に配置される絶縁層を備えることが好ましく、ソース電極及びドレイン電極が有機半導体層に接触して設けられており、有機半導体層に接触した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが特に好ましい。
【００２２】
以下、本発明の有機薄膜トランジスタの代表例である電界効果型有機薄膜トランジスタについて、図面を参照しつつ、具体的に説明する。
【００２３】
図１は、第１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。該電界効果型有機薄膜トランジスタは、有機半導体材料を有機半導体層に用いた電界効果型有機薄膜トランジスタの中でも一般的な構造を有する。
図１の電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体材料を含む有機半導体層２とを備える。有機半導体層２内には、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分との間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも接触せず、有機半導体層２の絶縁層３と接触する面（即ち、絶縁層３の上面又は有機半導体層２の下面）にも接触せず、かつ有機半導体層２の絶縁層３と接触する面に対向する面（即ち、有機半導体層２の上面）の一部に接触する領域に形成された電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を含むドーピング領域７を有する。なお、有機半導体材料としては、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料が挙げられる。なお、図の説明において紙面の上の方を上、下の方を下、断面図で表される図の左右の境界線を側面と便宜上称する。
【００２４】
電界効果型有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層２は、ソース電極５とドレイン電極６との間の電流通路（チャネル）となる。ゲート電極４は、電圧を印加することにより有機半導体層２における電流経路（チャネル）を通る電流量を制御する。有機半導体層２にｐ型半導体材料を使用した場合、ゲート電極４に負の電圧を印加すると、有機半導体層２の絶縁層３との界面近傍に正孔が誘起され、電流が流れる。逆に正の電圧を印加すると、有機半導体層２は空乏化し、電流が流れない。
【００２５】
有機半導体素子中の有機薄膜のキャリア輸送性を高める手法として、電子受容性の化合物や電子供与性の化合物を有機半導体材料に混合することによりドーピングし、キャリア密度を高める方法がある。しかしながら、有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層全体を電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物によりドーピングすると、ゲート電圧を変化させてもキャリア量を良好に調節することができず、スイッチング素子として機能しない場合や、閾値電圧が大きく変化して、低電圧駆動できなくなる場合がある。
【００２６】
この問題を解決するため、本発明では、有機半導体層の内部のうち、特定の一部の領域にドーピングを行う。ドーピングを行う領域、即ち、ドーピング領域は、例えば、図１のような、有機薄膜トランジスタをその長さ方向に対して垂直な面で切った断面図を参照して、次の配置に関する条件を充足する。
【００２７】
まず、有機半導体層の内部のうち、ソース電極の真上又は真下に位置する部分を第１の部分とし、ドレイン電極の真上又は真下に位置する部分を第２の部分とし、第１の部分と第２の部分とは異なる部分、例えば、第１の部分と第２の部分に挟まれた中間に位置する部分を第３の部分とした場合に、ドーピング領域は少なくとも第３の部分に存在する。次に、ドーピング領域はソース電極に接触してはならない。加えて、ドーピング領域は、第３の部分から第１の部分又は第２の部分に伸長して存在してよい。しかしながら、ドーピング領域は、第３の部分から第１の部分及び第２の部分の両方に伸長して存在してはならない。また、ドーピング領域は、第１の部分と該第３の部分との境界及び該第２の部分と該第３の部分との境界に同時に接触してはならず、両境界を同時に含んではならない。
【００２８】
ここで、電極の真上又は真下とは、有機半導体層の平面に対して垂直な方向から有機薄膜トランジスタを透視した場合に、有機半導体層の内部において、電極と重複することになる部分をいう。有機半導体層の内部において、電極の上面又は下面に接触する部分も電極の真上又は真下の意味に含まれる。
【００２９】
また、ドーピング領域は、有機半導体層の内部において、ソース電極の真上又は真下に位置する部分に存在しないことが好ましい。より具体的には、有機薄膜トランジスタの長さ方向に対して垂直な面で切った有機半導体層の断面を参照して、ソース電極の真上に位置する部分又は該ソース電極の真下に位置する部分及び該ソース電極の側面に接触する部分からなる領域を第４の部分とし、第４の部分とは異なる部分を第５の部分とした場合、ドーピング領域は第５の部分の少なくとも一部に設けられる。そうすることで、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度が向上し、オフ電流が低下する。
【００３０】
更に、ドーピング領域は、有機半導体層の内部において、ドレイン電極の真上又は真下に位置する部分に存在しないことがより好ましい。より具体的には、有機薄膜トランジスタの長さ方向に対して垂直な面で切った有機半導体層の断面を参照して、ソース電極の真上に位置する部分又は該ソース電極の真下に位置する部分、ソース電極の側面に接触する部分、及びドレイン電極の真上に位置する部分又はドレイン電極の真下に位置する部分からなる領域を第６の部分とし、第６の部分とは異なる部分を第７の部分とした場合、ドーピング領域は第７の部分の少なくとも一部に設けられる。そうすることで、オフ電流がより低下し、閾値電圧のシフトが低下することがある。
【００３１】
電子受容性の化合物としては、例えば、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン、ヘキサデカフルオロ亜鉛フタロシアニン、モリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレン、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テトラシアノキノジメタン誘導体、ｐ−ベンゾキノン、ｐ−ベンゾキノン誘導体、１，４−ナフトキン誘導体、ジフェノキノン誘導体及びフルオレン誘導体が挙げられ、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テトラシアノキノジメタン誘導体、ｐ−ベンゾキノン、ｐ−ベンゾキノン誘導体、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン及びモリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレンが好ましい。
【００３２】
前記テトラシアノキノジメタン誘導体としては、例えば、５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ4ＴＣＮＱ）、トリフルオロメチル−テトラシアノキノジメタン（ＣＦ3ＴＣＮＱ）、２，５−ジフルオロ−テトラシアノキノジメタン（Ｆ2ＴＣＮＱ）、モノフルオロ−テトラシアノキノジメタン（ＦＴＣＮＱ）、テトラシアノエチレン（ＴＣＮＥ）及び１１，１１，１２，１２−テトラシアノナフト−２，６−キノジメタン（ＴＮＡＰ）が挙げられる。
【００３３】
前記ｐ−ベンゾキノン誘導体としては、例えば、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＤＱ）、２，３−ジブロモ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＢＤＱ）、２，３−ジヨード−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＩＤＱ）及び２，３−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（Ｑ（ＣＮ）2）が挙げられる。
【００３４】
前記１，４−ナフトキノン誘導体としては、例えば、２，３−ジシアノ−５−ニトロ−１，４−ナフトキノン（ＤＣＮＮＱ）及び２，３−ジシアノ−１，４−ナフトキノン（ＤＣＮＱ）が挙げられる。
【００３５】
前記ジフェノキノン誘導体としては、例えば、３，３’，５，５’−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン、３，５−ジメチル−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン、４，４’−ジフェノキノン、３，３’，５，５’−テトラメチル−１，４ジフェノキノン、３，３’，５，５’−テトラエチル−１，４ジフェノキノン、３，３’，５，５’−テトラブチル−１，４ジフェノキノン、３，３’，５，５’−テトラフェニル−１，４ジフェノキノンが挙げられる。
【００３６】
前記フルオレン誘導体としては、例えば、９−ジシアノメチレン−２，４，５，７−テトラニトロ−フルオレン（ＤＴＥＮＦ）が挙げられる。
【００３７】
電子受容性の化合物の中でも、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度を向上させる観点からは、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン、ヘキサデカフルオロ亜鉛フタロシアニン、モリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレン、テトラシアノキノジメタン誘導体及びｐ−ベンゾキノン誘導体が好ましい。
【００３８】
前記電子供与性の化合物としては、例えば、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）及びテトラチアフルバレン誘導体が挙げられる。
【００３９】
前記テトラチアフルバレン誘導体としては、例えば、ビスエチレンジチオテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴ−ＴＴＦ）、ビス（メチレンジチオ）テトラチアフルバレン（ＢＭＤＴ−ＴＴＦ）、ビス（トリメチレンジチオ）テトラチアフルバレン（ＢＰＤＴ−ＴＴＦ）及びテトラメチルテトラチアフルバレン（ＴＭＴＴＦ）が挙げられる。
【００４０】
ドーピング領域に含まれる電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物としては、電子受容性が高いほど微量の混合で効果を発揮できるため、テトラシアノキノジメタン、５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンが好ましく、５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンがより好ましい。
【００４１】
前記電子受容性の化合物又は前記電子供与性の化合物が有機溶媒に可溶である場合、有機半導体層の一部として、塗布法によりドーピング領域を形成することができる。
【００４２】
電子受容性化合物又は前記電子供与性化合物を含むドーピング領域７の厚みは、好ましくは有機半導体層２の厚みの半分以下である。
【００４３】
電子受容性化合物又は前記電子供与性化合物を含むドーピング領域７の長さは、好ましくはソース電極５とドレイン電極６との間の長さ以下であり、より好ましくはソース電極５とドレイン電極６の間の長さの半分以下である。
【００４４】
有機半導体層２やドーピング領域７に用いられる有機半導体材料について説明する。
【００４５】
有機半導体層に用いられる有機半導体材料は、キャリア輸送性を有している。ここで、キャリア輸送性とは、膜等の構造体を形成した場合に電子やホール等のキャリアを当該構造体内で移動させることができる特性である。有機半導体材料の一態様であるキャリア輸送性有機半導体化合物は、このようなキャリア輸送性を発現し得る構造や電子状態を有する有機化合物である。
【００４６】
キャリア輸送性有機半導体化合物としては、キャリア輸送性高分子化合物及びキャリア輸送性低分子化合物が好ましい。
【００４７】
次に、有機半導体層やドーピング領域に用いられるキャリア輸送性低分子化合物について説明する。
【００４８】
好適なキャリア輸送性低分子化合物としては、π共役構造を有する低分子化合物及び多環芳香族化合物が挙げられる。π共役構造を有する低分子化合物としては、例えば、後述するキャリア輸送性高分子化合物が有する構造を含み、ポリスチレン換算の数平均分子量が８０００未満である化合物が挙げられる。
【００４９】
多環芳香族化合物としては、例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペンタセン、ベンゾペンタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ナフトペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ナノアセン、フルオレン、フルオランテン、フェナントレン、クリセン、トリフェニレン、テトラフェン、ピセン、フルミレン、テトラフェン、ピレン、アンタンスレン、ペロピレン、コロネン、ベンゾコロネン、ジベンゾコロネン、ヘキサベンゾコロネン、ベンゾジコロネン、ペリレン、テリレン、ジペリレン、クオテリレン、トリナフチレン、ヘプタフェン、オバレン、ルビセン、ビオラントロン、イソビオラントロン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランス、ケクレン、トラキセン、フラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ６０−ＰＣＢＭ、Ｃ７０−ＰＣＢＭ等）及びこれらの化合物の誘導体が挙げられる。
【００５０】
多環芳香族化合物は、ヘテロ原子を含む化合物であってもよい。ヘテロ原子を含む多環芳香族化合物としては、例えば、ベンゾジチオフェン、ナフトジチオフェン、アントラジチオフェン、テトラジチオフェン、ペンタジチオフェン、ヘキサジチオフェン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾチエノジベンゾチオフェン、チエノチオフェン、ジチチエノチオフェン、テトラチエノアセン、ペンタチエノアセン、ジベンゾフラン、カルバゾール、ジベンゾシロール、ベンゾジチアアゾール、ナフトジチアアゾール、アントラジチアアゾール、テトラジチアアゾール、ペンタジチアアゾール、ヘキサジチアアゾール、チアゾロチアゾール、テトラチアフルバレン、ジベンゾチアフルバレン、ジチオフェンチアフルバレン、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノナフトキノジメタン、ナフタレンテトラカルボキシリックジイミド、ペリレンテトラカルボキシリックジイミド及びこれらの化合物の誘導体が挙げられる。また、フタロシアニン、ポルフィリン、テトラベンゾポルフィリンなどの金属を含む化合物、トリフェニルアミン及びこれらの化合物の誘導体もヘテロ原子を含む多環芳香族化合物に含まれる。
【００５１】
化合物の誘導体としては、例えば、ハロゲン原子又は１価の基を有する化合物、及び、化合物のキノン誘導体が挙げられる。ハロゲン原子及び１価の基の具体例は、後述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。例えば、テトラセンの誘導体としては、ルブレンが挙げられる。また、化合物のキノン誘導体も化合物の誘導体に含まれる。例えば、ペンタセンの誘導体として、ペンタセンジオンが挙げられる。
【００５２】
キャリア輸送性低分子化合物としては、高い電界効果移動度が期待できるため、多環芳香族化合物が好ましく、式（１）で表される化合物がより好ましい。
【００５３】
【化１】
【００５４】
式（１）中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、ハロゲン原子又は１価の基を表す。ｓ及びｔは、それぞれ独立に、０〜４の整数である。Ｒ１が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ２が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
【００５５】
Ｒ１及びＲ２で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
【００５６】
Ｒ１及びＲ２で表される１価の基としては、例えば、飽和炭化水素基、脂肪族不飽和炭化水素基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アミノ基、カルボニル基、ニトロ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アリールアルキル基、ヘテロアリールアルキル基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルシリル基が挙げられる。これらの１価の基は置換基によって置換されていてもよい。該置換基としては、Ｒ１やＲ２で表される飽和炭化水素基、脂肪族不飽和炭化水素基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アミノ基、カルボニル基、ニトロ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アリールアルキル基、ヘテロアリールアルキル基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルシリル基が挙げられる。
【００５７】
飽和炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、その炭素数は、１〜２０が好ましく、１〜１６がより好ましい。飽和炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−ノナニル基、ｎ−デシル基、ｎ−ウンデシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−トリデシル基、ｎ−テトラデシル基、ｎ−ペンタデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、ｎ−ヘプタデシル基、ｎ−オクタデシル基、ｎ−ノナデシル基及びｎ−エイコサニル基が挙げられる。
【００５８】
脂肪族不飽和炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、その炭素数は１〜２０が好ましく、１〜１６がより好ましい。脂肪族不飽和炭化水素基としては、例えば、ビニル基、１−プロペニル基、アリル基、プロパルギル基、イソプロペニル基、１−ブテニル基及び２−ブテニル基が挙げられる。式（１）で表される化合物の化学的安定性の観点からは、脂肪族不飽和炭化水素基として、その鎖中に、２重結合又は３重結合を１個有する化合物が好ましい。
【００５９】
アルコキシ基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、その炭素数は１〜２０が好ましく、１〜１６がより好ましい。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基及びブトキシ基が挙げられる。
【００６０】
アリール基は芳香族炭素環から水素原子１個を除いた基を表す。アリール基の炭素数は、６〜６０が好ましく６〜２０がより好ましい。芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、フルオレン、ナフタレン及びアントラセンが挙げられる。
【００６１】
ヘテロアリール基は、芳香族複素環から水素原子１個を除いた基を表す。ヘテロアリール基の炭素数は、４〜６０が好ましく、４〜２０がより好ましい。ここで、芳香族複素環とは、炭素環が有する少なくとも１つの炭素原子を、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子、ケイ素原子等のヘテロ原子により置換し、且つ、芳香族性を有している環を意味する。芳香族複素環としては、例えば、チオフェン環、セレノフェン環およびフラン環が挙げられる。
【００６２】
アリールアルキル基は、アリール部分の炭素数が６〜６０であることが好ましく、６〜２０であることがより好ましい。また、アリールアルキル基におけるアルキル部分は、炭素数が１〜２０であることが好ましく、１〜１０であることがより好ましい。
【００６３】
アリールオキシ基は、アリール部分の炭素数が６〜６０であることが好ましく、６〜２０であることがより好ましい。
【００６４】
ヘテロアリールアルキル基は、ヘテロアリール部分の炭素数が４〜６０であることが好ましく、４〜２０であることがより好ましい。また、ヘテロアリールアルキル基におけるアルキル部分は、炭素数が１〜２０であることが好ましく、１〜１０であることがより好ましい。
【００６５】
ヘテロアリールオキシ基は、ヘテロアリール部分の炭素数が４〜６０であることが好ましく、４〜２０であることがより好ましい。
【００６６】
式（１）中、Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ環を表し、Ａ及びＢと、Ａ及びＣとは、それぞれ互いに縮環している。ここで、「互いに縮環している」とは、一方の環を形成している一部の結合が、他方の環の一部も形成している状態にあること意味する。Ａ、Ｂ及びＣで表される環としては、それぞれ独立に、ベンゼン環、６員の複素環、５員の複素環、シクロペンタジエン環等が挙げられる。これらの環は、置換基を有していてもよい。
【００６７】
また、Ａで表される環の繰り返し数を示すｎは、キャリア輸送性の観点から、２〜８の整数であり、２〜６の整数が好ましく、２〜４の整数がより好ましい。
【００６８】
ここで、Ａ、Ｂ及びＣを構成する環のうち、５員の複素環とは、炭素原子からなる５員環のうちの少なくとも一つの原子が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子、ケイ素原子等のヘテロ原子によって置き換えられた構造を有するものをいう。
【００６９】
Ａを構成する環としては、置換基を有していてもよいベンゼン環、置換基を有していてもよいチオフェン環、置換基を有していてもよいセレノフェン環及び置換基を有していてもよいシクロペンタジエン環が好ましく、置換基を有していてもよいベンゼン環及び置換基を有していてもよいチオフェン環がより好ましい。複数のＡは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。複数のＡのうちの少なくとも１つは、５員の複素環であることが好ましく、置換基を有していてもよいチオフェン環及び置換基を有していてもよいセレノフェン環がより好ましく、置換基を有していてもよいチオフェン環がさらに好ましい。チオフェン環を少なくとも１つ有すると、高いキャリア輸送性を発揮し得る多環芳香族化合物が得られるようになる。Ｂ及びＣで表される環は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいベンゼン環が好ましい。
【００７０】
Ａ〜Ｃで表される環が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子及び１価の基が挙げられる。ハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。
【００７１】
式（１）で表される化合物としては、高い電界効果移動度が得られるため、式（２）で表される化合物、式（３）で表される化合物、式（４）で表される化合物、式（５）で表される化合物、式（６）で表される化合物及び式（７）で表される化合物が好ましい。
【００７２】
【化２】
【００７３】
式（２）〜式（７）中、Ｒ１、Ｒ２、ｓ及びｔは、前述と同じ意味を表す。Ｒ５及びＲ６は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は１価の基を表す。Ｒ５が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ６が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ５及びＲ６で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。Ｘは、ヘテロ原子、式（ｃ）で表される基又は式（ｄ）で表される基を表す。Ｘが複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。式（２）〜（７）で表される化合物の製造を簡便化する観点からは、Ｘは全て同一であることが好ましい。
【００７４】
【化３】
【００７５】
式（ｃ）及び式（ｄ）中、Ｒ７及びＲ８は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子若しくは１価の基を表す。Ｒ７とＲ８は、結合して環を形成してもよい。Ｒ５及びＲ６で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。Ｒ７とＲ８とが形成する環は、単環でも縮合環でもよく、炭素環でも複素環でもよいが、単環の炭化水素環及びヘテロ原子として酸素原子又は硫黄原子を含む単環の複素環が好ましい。これらの環は置換基を有していてもよい。該置換基としては、ハロゲン原子及び１価の基が挙げられる。ハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。
【００７６】
式（２）〜式（７）で表される化合物としては、式（８ａ）〜式（８ｉ）で表される化合物が好ましい。
【００７７】
【化４】
【００７８】
式（８ａ）〜式（８ｉ）中、Ｒ２０及びＲ２１は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１６の飽和炭化水素基、トリイソプロピルシリルエチニル基、フェニル基又は炭素数１〜１６の飽和炭化水素基で置換されたフェニル基を表し、飽和炭化水素基及びトリイソプロピルシリルエチニル基が好ましい。式（８ａ）〜式（８ｉ）で表される化合物の仲でも、式（８ｃ）で表される化合物（以下、「ＢＴＢＴ」と呼ぶことがある。）が、高いキャリア輸送性を発揮し得ることから好ましい。ＢＴＢＴの融点を高める観点からは、Ｒ２０及び／又はＲ２１が、フェニル基又は炭素数１〜１６の飽和炭化水素基で置換されたフェニル基であることが好ましい。
【００７９】
次に、有機半導体層やドーピング領域に用いられるキャリア輸送性高分子化合物について説明する。
【００８０】
キャリア輸送性高分子化合物としては、共役不飽和構造を有する高分子化合物が好ましい。該共役不飽和構造を有する高分子化合物は、例えば、二重結合を含む構造、三重結合を含む構造、芳香環を含む構造及び３級アリールアミン構造からなる群から選ばれる構造を、単独で含む又は複数組み合わせて含む構造単位を繰り返し単位として有し、高分子化合物全体として共役が延びた状態である単独重合体や共重合体が挙げられる。なお、キャリア輸送性高分子化合物が共重合体である場合、ランダム共重合体であってもブロック共重合体であってもよい。
【００８１】
二重結合を含む構造としては、エチレン構造が挙げられる。ここでいう「エチレン構造」とは、他の構造単位との結合に供される２つの結合手を水素原子に置き換えた場合にエチレンとなる構造をいう。なお、以下の各「構造」の説明においても同様の定義が適用される。また、三重結合を含む構造としては、アセチレン構造が挙げられる。
【００８２】
芳香族構造としては、単核又は多核の芳香族炭化水素構造、及び、単核又は多核の複素環構造が挙げられる。単核又は多核の芳香族炭化水素構造としては、フェニレン、ナフチレン、フルオレン構造、アセナフテン構造、フェナントレン構造、アントラセン構造、フルオランテン構造、ピレン構造、ペリレン構造、ルブレン構造、クリセン構造、及びこれらの構造を構成している環が縮環した多核縮環化合物構造が挙げられる。
【００８３】
単核又は多核の芳香族炭化水素構造としては、具体的には、式（９ａ）〜式（９ｆ）で表される構造が挙げられる。なかでも、フルオレン構造を有する式（９ａ）で表される構造及び式（９ｂ）で表される構造、ピレン構造を有する式（９ｅ）であらわれる構造が特に好ましい。なお、式（９ａ）〜式（９ｆ）において、置換基が付されていない結合は、他の構造単位との結合を形成している結合手であることを意味している。
【００８４】
【化５】
【００８５】
式（９ａ）〜（９ｆ）中、Ｒ１１、Ｒ１２及びＲ１４は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は１価の基を表し、Ｒ１３は、ハロゲン原子又は１価の基を表す。ｕは、０以上の整数を表す。Ｒ１１が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ１３が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びＲ１４で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びＲ１４のうちの２個、２個のＲ１１又は２個のＲ１３が、同じ炭素原子又は隣接する炭素原子に結合している場合、結合して環を形成していてもよい。該環としては、単環でも縮合環でもよく、炭素環でも複素環でもよいが、単環の炭素環及びヘテロ原子として酸素原子又は硫黄原子を含む単環の複素環が好ましい。これらの環は置換基を有していてもよい。該置換基としては、ハロゲン原子及び１価の基が挙げられる。ハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。
【００８６】
単核又は多核の複素環構造のうち、単核の複素環構造としては、例えば、５員の複素環構造であるフラン構造、チオフェン構造、ピロール構造、シロール構造、オキサゾール構造、イソオキサゾール構造、チアゾール構造、イソチアゾール構造、イミダゾール構造、オキサジアゾール構造、チアジアゾール構造及びピラゾール構造、並びに、６員の複素環構造であるピリジン構造、ピリダジン構造、ピリミジン構造、ピラジン構造、トリアジン構造及びテトラゼン構造が挙げられる。
【００８７】
多核の複素環構造としては、ベンゾオキサゾール構造、ベンゾチアゾール構造、ベンズイミダゾール構造、キノリン構造、イソキノリン構造、シンノリン構造、キナゾリン構造、フタラジン構造、ベンゾチアジアゾール構造、ベンゾトリアジン構造等のベンゾ縮環構造、及び、フェナジン構造、フェナントリジン構造、アクリジン構造、カルバゾール構造、ジベンゾフラン構造、ジベンゾチオフェン構造、ジベンゾシロール構造、ジフェニレンオキシド構造、チエノチオフェン構造、チアゾロチアゾール構造、ジチエノチオフェン構造、ベンゾビスチオフェン構造、ベンゾビスチアゾール構造等の多核縮環構造が挙げられる。上述したような単核や多核の複素環構造が複数結合してなる縮合構造も好適である。
【００８８】
単核又は多核の複素環構造としては、例えば、式（１０ａ）〜式（１０ｐ）で表される構造及び式（１０ａ）〜式（１０ｐ）で表される構造が複数結合した縮合構造が挙げられる。単核又は多核の複素環構造の中でも、高い移動度が得られるという観点からは、式（１０ａ）で表される構造、式（１０ａ）で表される構造が複数結合した縮合構造、及び、二つ以上の式（１０ａ）で表される構造のそれぞれが、少なくとも他の一つの式（１０ａ）で表される構造と相互に二箇所で連結された構造が好ましく、Ｚが硫黄原子である式（１０ａ）で表される構造、Ｚが硫黄原子である式（１０ａ）で表される構造が複数結合した縮合構造、及び、二つ以上の、Ｚが硫黄原子である式（１０ａ）で表される構造のそれぞれが、少なくとも他の一つのＺが硫黄原子である式（１０ａ）で表される構造と相互に二箇所で連結された構造が特に好ましい。式（１０ａ）で表される構造が複数結合した縮合構造としては、例えば、式（１０ｆ）で表される構造が挙げられる。二つ以上の式（１０ａ）で表される構造のそれぞれが、少なくとも他の一つの式（１０ａ）で表される構造と相互に二箇所で連結された構造としては、例えば、式（１０ｃ）で表される構造及び式（１０ｎ）で表される構造が挙げられる。なお、下記の式において、置換基が付されていない結合は、他の構造単位との結合を形成している結合手であることを意味している。
【００８９】
【化６】
【００９０】
式（１０ａ）〜式（１０ｐ）中、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４及びｕは、前記と同じ意味を表す。また、Ｚは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子、ケイ素原子等のヘテロ原子を表す。Ｒ１４が複数ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
【００９１】
３級アリールアミン構造としては、例えば、トリフェニルアミン構造、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン構造、Ｎ，Ｎ’−１，４−フェニレンジアミン構造、ジフェニルナフチルアミン構造及びこれらの構造中のフェニル部分の２個の炭素原子が直接又はヘテロ原子を介して結合した構造が挙げられる。これらの構造中のフェニル部分の２個の炭素原子が直接又はヘテロ原子を介して結合した構造としては、例えば、Ｎ−フェニルフェノキサジン構造及びＮ−フェニルフェノチアジン構造が挙げられる。
【００９２】
キャリア輸送性高分子化合物は、上述した構造を含む繰り返し単位を、単独で又は複数種組み合わせて有する重合体であることが好ましい。該繰り返し単位を複数種組み合わせて有する場合は、１つの繰り返し単位が連続した構造が含まれていてもよい。
【００９３】
キャリア輸送性高分子化合物が有する繰り返し単位が、単核又は多核の芳香族炭化水素構造、単核又は多核の複素環構造、又は、３級アリールアミン構造のみからなるものであり、該繰り返し単位に隣接する構造がエチレン構造でもアセチレン構造でも場合、該繰り返し単位において、隣接している構造単位との結合手が形成されている炭素原子の隣の炭素原子は、無置換である（すなわち水素原子と結合している）か、ハロゲン原子によって置換されていることが好ましい。特に、キャリア輸送性高分子化合物が有する前記繰り返し単位が単核又は多核の芳香族炭化水素構造からなり、該繰り返し単位に隣接する構造がエチレン構造でもアセチレン構造でもない場合は、該繰り返し単位において、隣接している構造単位との結合手が形成されている炭素原子の隣の炭素原子は、無置換である（すなわち水素原子と結合している）か、ハロゲン原子によって置換されていることが好ましい。
【００９４】
キャリア輸送性高分子化合物の好ましい一態様は、該キャリア輸送性高分子化合物が有する繰り返し単位において、隣接する繰り返し単位と結合している原子が、５員環を含む構造中の５員環上の原子である高分子化合物である。即ち、単核の芳香族炭化水素構造又は単核の複素環構造のみによって形成される繰り返し単位は、５員環を含む構造であることが好ましい。キャリア輸送性高分子化合物の好ましい他の態様は、２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を有する高分子化合物である。２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を繰り返し単位として含むことが好ましい。
【００９５】
キャリア輸送性高分子化合物が有する繰り返し単位は、上述した条件の少なくとも１個を満たすと高分子化合物中の共役不飽和構造が良好に形成され、キャリア輸送性高分子化合物のキャリア輸送性が更に良好となる傾向がある。
【００９６】
キャリア輸送性高分子化合物としては、表１又は表２に示す繰り返し単位の組み合わせ（式（１１ａ）〜式（１１ｍ））で有するものが特に好適である。なお、表１は、同じ行に並んだ繰り返し単位を組み合わせることを意味しており、「−」で表される欄は、組み合わせる繰り返し単位がないことを意味している。また、表中の一般式における符号は全て上述したものと同義である。なお、表中の化合物において、分子中にＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びＲ１４が、それぞれ複数ある場合は、それらはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
【００９７】
【表１】
【００９８】
【表２】
【００９９】
表１及び表２中の（１１ａ）〜（１１ｍ）の組み合わせを有するキャリア輸送性高分子化合物としては、表３又は表４中に記載した重合体が好ましい。表３及び表４中のｍは、それぞれ１以上の整数を表す。ｍの範囲としては、重合体のポリスチレン換算値の数平均分子量が８，０００以上となる範囲が好ましく、１０，０００〜１，０００，０００となる範囲がより好ましく、１０，０００〜５００，０００となる範囲がさらに好ましい。
【０１００】
【表３】
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
上記表３又は表４中に記載した重合体の中でも、（１１ｅ）、（１１ｆ）及び（１１ｇ）欄に記載した２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を有する高分子化合物が有機半導体層及びドーピング領域に特に好適に用いられる。
【０１０３】
キャリア輸送性高分子化合物の末端構造は、有機薄膜トランジスタの有機半導体層に用いた際の有機薄膜トランジスタの特性や耐久性を十分に得る観点からは、安定な構造であることが好ましい。上述した重合体が不安定な末端基を有している場合は、この不安定な基を安定な末端基で置き換えたり、末端を保護することが好ましい。
【０１０４】
安定な末端基としては、例えば、水素原子やフッ素原子のほか、飽和炭化水素基、脂肪族不飽和炭化水素基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アミノ基、カルボニル基、ニトロ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アリールアルキル基、ヘテロアリールアルキル基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルシリル基等の１価の基が挙げられる。これらの１価の基は、更に任意の置換基を有していてもよく、置換基としては、上記の末端基として例示した基が挙げられる。
【０１０５】
キャリア輸送性高分子化合物の有機溶媒等への溶解性を高め、有機半導体材料の塗布等をより簡便化する観点からは、末端基は、フッ素置換されていてもよい飽和炭化水素基、フッ素置換されていてもよい脂肪族不飽和炭化水素基、フッ素置換されていてもよいアリール基及びフッ素置換されていてもよいアルコキシ基が好ましい。また、末端基は、例えば、キャリア輸送性高分子化合物の共役構造を形成している主鎖と連続する共役構造を有する基も好ましい。このような末端基としては、例えば、主鎖と炭素−炭素結合を介して結合したアリール基やヘテロアリール基（芳香族複素環基）を含むものが挙げられる。なお、高分子化合物に複数の末端基が存在する場合、それらはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
【０１０６】
本発明の有機薄膜トランジスタに含まれる有機半導体層及びドーピング領域の形成方法としては、真空蒸着法の他に、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法、マイクロコンタクトプリント法等の塗布法、及び、これらの方法を組み合わせた塗布法が挙げられる。これらの方法を組み合わせた塗布法としては、例えば、グラビアコート法とオフセット印刷法を組み合わせた、グラビア・オフセット印刷法が挙げられる。これら塗布法を用いると、高いキャリア輸送性を有する薄膜を得られるのみならず、大面積のデバイスを形成することが容易となる。
塗布法の中でも、スピンコート法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリント法、グラビアコート法、オフセット印刷法及びグラビア・オフセット印刷法が好ましい。
【０１０７】
前記塗布法に用いる溶液の作製においては、有機半導体層やドーピング領域を形成する化合物を溶媒に溶解又は分散させる方法などが用いられる。該溶媒としては、用いる化合物を良好に溶解又は分散できるものであれば特に制限されない。例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類溶媒等を適宜選択して適用できる。良好に薄膜形成を行う観点からは、塗布溶液における溶媒以外の成分の含有量は、０．１〜５質量％程度とすることが好ましい。用いる化合物の溶解が不十分である場合は、後述するような加熱を施してもよい。
【０１０８】
有機薄膜の形成においては、このような塗布液を所定の基板上に塗布することで、薄膜を形成する。この際、塗布液が溶媒を含む場合は、塗布と同時又は塗布後に溶媒を除去することが好ましい。
【０１０９】
なお、かかる塗布は、加熱した状態で行ってもよい。これにより、高濃度の塗布液を塗布することが可能となり、より均質な薄膜を形成できるほか、室温での塗布が困難であった材料等を選択して用いることも可能となる。加熱した状態での塗布は、例えば、予め加熱した塗布液を用いるか、又は、基板を加熱しながら塗布することによって行うことができる。
【０１１０】
有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層やドーピング領域のキャリア輸送性を更に高める観点からは、このようにして形成された有機半導体層やドーピング領域に対し、所定の配向を付与する工程を更に実施してもよい。配向された有機半導体層やドーピング領域においては、これを構成している分子が一方向に並ぶため、キャリア輸送性が一層高められる傾向にある。
【０１１１】
配向方法としては、例えば、液晶の配向手法として知られている方法を用いることができる。なかでも、ラビング法、光配向法、シェアリング法（ずり応力印加法）、引き上げ塗布法等が配向方法として簡便であるため利用し易く、特に、ラビング法及びシェアリング法が好ましい。
【０１１２】
本発明の有機半導体層２は、一部に製造時に用いた溶媒やその他の不可避成分が含まれていてもよい。有機半導体層２の厚さは、良好なキャリア輸送性を有する観点及び十分な強度の有機薄膜を容易に形成する観点からは、好ましくは１ｎｍ〜１００μｍであり、より好ましくは２ｎｍ〜１０００ｎｍであり、さらに好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、特に好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【０１１３】
絶縁層３には、無機絶縁体又は有機絶縁体からなる絶縁膜を用いることができる。無機絶縁体としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタンが挙げられる。有機絶縁体としては、ポリエチレン、ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、有機ガラス、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリルが挙げられる。なお、無機絶縁体及び有機絶縁体は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。絶縁層３の厚さは、好ましくは５０〜１０００ｎｍである。
【０１１４】
ゲート電極４には、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属や錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の材料を用いることができる。これらの材料は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。また、ゲート電極４としては、高濃度にドープされたシリコン基板を用いてもよい。高濃度にドープされたシリコン基板は、ゲート電極としての性質と、基板としての性質とを併有する。従って、高濃度にドープされたシリコン基板を用いる場合には、基板１とゲート電極４とが接触している有機薄膜トランジスタにおいて、以下の図中の基板１の表記を省略してもよい。ゲート電極４の厚さは、好ましくは０．０２〜１００μｍである。
【０１１５】
ソース電極５及びドレイン電極６は、低抵抗の材料から構成されることが好ましく、例えば、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデンから構成されることが特に好ましい。これらの材料は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。ソース電極５及びドレイン電極６の厚さは、各々、好ましくは０．０２〜１０００μｍである。
【０１１６】
基板１としては、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板等が挙げられる。基板１の厚さは、好ましくは１０〜２０００μｍである。
【０１１７】
本発明の有機薄膜トランジスタは、ソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２との間に、有機半導体層２に含まれる有機半導体材料とは異なる化合物からなる層を介在させてもよい。このような層を介在させることにより、ソース電極５及びドレイン電極６と有機半導体層２との間の接触抵抗が低減され、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度を更に高めることができる場合がある。
【０１１８】
前記有機半導体層２に含まれる有機半導体材料とは異なる化合物からなる層としては、電子又はホール輸送性を有する低分子化合物、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、これらの金属と有機化合物との錯体；ヨウ素、臭素、塩素、塩化ヨウ素等のハロゲン；硫酸、無水硫酸、二酸化硫黄、硫酸塩等の酸化硫黄化合物；硝酸、二酸化窒素、硝酸塩等の酸化窒素化合物；過塩素酸、次亜塩素酸等のハロゲン化化合物；アルキルチオール化合物、芳香族チオール類、フッ素化アルキル芳香族チオール類等の芳香族チオール化合物等からなる層が挙げられる。
【０１１９】
次に、第１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタ以外の電界効果型有機薄膜トランジスタの代表例について、図面を参照しつつ、説明する。
【０１２０】
図２以下に示す実施形態は、第１実施形態の各部の配置を変えたもので、各構成要素は第１実施形態と同じである。有機半導体層の内部におけるドーピング領域の位置は、例えば、図２〜３６に示すように、素子構造や、塗布方法に合わせて変えることができる。
【０１２１】
図２は第２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２を取り囲むいずれの面にも接触しない部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２２】
図３は第３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２３】
図４は第４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図４に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分との間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２４】
図５は第５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図５に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５とドレイン電極６の間にあり、ソース電極５に接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及びドレイン電極６の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２５】
図６は第６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図６に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の側面の一部、及びドレイン電極６の真上に位置する部分の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２６】
図７は第７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図７に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の側面の一部、ドレイン電極６の真上に位置する部分、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２７】
図８は第８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図８に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、ドレイン電極６の側面、ドレイン電極６の真上に位置する部分、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２８】
図９は第９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図９に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の上面、及びドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２９】
図１０は第１０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１０に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、ドレイン電極６の上面にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３０】
図１１は第１１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１１に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、ドレイン電極６の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３１】
図１２は第１２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１２に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分に接触せず、かつドレイン電極６の上面、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３２】
図１３は第１３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１３に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する第１の部分と、ドレイン電極６の真下に位置する第２の部分の間にあり、上記第１の部分及び第２の部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつ有機半導体層２の上面に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３３】
図１４は第１４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１４に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する第１の部分と、ドレイン電極６の真下に位置する第２の部分の間にあり、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２を取り囲むいずれの面にも接触しない部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３４】
図１５は第１５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１５に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する第１の部分と、ドレイン電極６の真下に位置する第２の部分の間にあり、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３５】
図１６は第１６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１６に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する第１の部分と、ドレイン電極６の真下に位置する第２の部分の間にあり、上記第１の部分及び第２の部分にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３６】
図１７は第１７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１７に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真下に位置する部分の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３７】
図１８は第１８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１８に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真下に位置する部分の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３８】
図１９は第１９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１９に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及びドレイン電極６の真下に位置する部分の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３９】
図２０は第２０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２０に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分に接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、ドレイン電極６の真下に位置する部分、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４０】
図２１は第２１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２１に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及びドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４１】
図２２は第２２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２２に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４２】
図２３は第２３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２３に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４３】
図２４は第２４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２４に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分に接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４４】
図２５は第２５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２５に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、基材１の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の下面の一部と接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４５】
図２６は第２６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２６に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２を取り囲むいずれの面にも接触しない部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４６】
図２７は第２７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２７に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、絶縁層３の下面にも接触せず、かつ基板１の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４７】
図２８は第２８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２８に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも接触せず、かつ基板１の上面の一部及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４８】
図２９は第２９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２９に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５とドレイン電極６の間にあり、ソース電極５に接触せず、かつ基板１の上面の一部、及びドレイン電極６の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４９】
図３０は第３０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３０に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも、基板１の上面にも、絶縁層３の下面にも接触せず、かつドレイン電極６の側面の一部、及びドレイン電極６の真上に位置する部分の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５０】
図３１は第３１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３１に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも、基板１の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の側面の一部、ドレイン電極６の真上に位置する部分、及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５１】
図３２は第３２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３２に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも接触せず、かつ基板１の上面の一部、ドレイン電極６の側面、ドレイン電極６の真上に位置する部分、及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５２】
図３３は第３３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３３に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、ドレイン電極６の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部、及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５３】
図３４は第３４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３４に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、ドレイン電極６の上面にも、絶縁層３の下面にも接触せず、かつドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５４】
図３５は第３５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３５に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、絶縁層３の下面の一部にも接触せず、かつドレイン電極６の上面、及びドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５５】
図３６は第３６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３６に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分に接触せず、かつドレイン電極６の上面、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面、及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５６】
＜有機薄膜トランジスタの製造方法＞
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極、絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を備える有機薄膜トランジスタの製造方法であって、前記有機半導体層の一部に、ドーピング領域を形成する工程を有する、有機薄膜トランジスタの製造方法である。以下、図１に示される第１実施形態の有機薄膜トランジスタを一例として、その製造方法を説明する。
【０１５７】
まず、基板１上にゲート電極４を、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ法等により形成する。なお、ゲート電極４として、高濃度にドープされたｎ−型シリコン基板を用いてもよい。
【０１５８】
次に、ゲート電極４上に絶縁層３を、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法、熱蒸着法、熱酸化法、陽極酸化法、クラスタイオンビーム蒸着法、ＬＢ法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等により形成する。なお、ゲート電極４として、高濃度にドープされたｎ−型シリコン基板を用いる場合には、その表面を熱酸化することにより酸化シリコンの膜を形成することができ、この酸化シリコンの膜を絶縁層３として用いてもよい。
【０１５９】
次に、ソース電極５及びドレイン電極６を絶縁層３上に形成する。図１には図示していないが、その後、ソース電極５及びドレイン電極６と有機半導体層２との間に、電荷注入を促進する層を設けてもよい。
【０１６０】
そして、絶縁層３上に有機半導体層２のうち非ドーピング領域を形成する際には、有機半導体材料として有機溶媒に可溶な化合物を用いることが製造上好ましい。本発明の有機薄膜トランジスタは、当該化合物を有機溶剤に溶解した溶液を用いて、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、マイクロコンタクトプリント法、グラビア・オフセット印刷法等により製造することができる。
【０１６１】
次に、有機半導体層２の内部うち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分との間にあり、上記いずれの電極にも、上記いずれの部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつ有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に、ドーピング領域７を形成する。ドーピング領域７の形成には、有機半導体材料と電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を含むインクを用い、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、マイクロコンタクトプリント法等により製造することができる。
【０１６２】
有機薄膜トランジスタを作製後、素子を保護するために有機薄膜トランジスタ上に保護膜を形成することが好ましい。この保護膜により、有機薄膜トランジスタが、大気から遮断され、有機薄膜トランジスタの特性の低下を抑えることができる。また、保護膜により有機薄膜トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成するときの影響を低減することができる。
【０１６３】
保護膜を形成する方法としては、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のＳｉＯＮｘ膜等でカバーする方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うために、有機薄膜トランジスタを作製後、保護膜を形成するまでの工程を大気に曝すことなく（例えば、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等）行うことが好ましい。
【０１６４】
＜有機薄膜トランジスタのキャリア輸送性の向上方法＞
本発明のキャリア輸送性の向上方法は、本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を含むドーピング領域の厚さ、長さ、及び、ドーパント濃度を変化させることを含む、有機薄膜トランジスタのキャリア輸送性の向上方法である。この方法を用いると、有機薄膜トランジスタの閾値電圧やオン／オフ比を大きく劣化させることなく、キャリア輸送性を向上できる点で有用である。また、電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物の濃度や、ドーピング領域の厚さや長さを変化させることにより、キャリア輸送性を制御することも可能である。
【０１６５】
電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を含むドーピング領域の厚さや長さは、塗布条件により調整でき、例えば、溶液の濃度により調整する方法（溶液濃度が高いほどドーピング領域の厚さを厚くすることができる。）により調整できるし、インクジェット法の場合には吐出量により調整できる。溶媒の種類により調整することもできる。
【０１６６】
本発明の有機薄膜トランジスタは、有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ、液晶表示素子に好適に用いることができる。「電子タグ」とは、データを蓄えるＩＣと、データを無線で送受信するアンテナとから構成されるデバイスである。リーダライタと呼ばれる装置によって、電子タグに書き込まれた情報を非接触で読み取ったり、電子タグに情報を非接触で書き込んだりすることができる。
【０１６７】
＜効果の確認方法＞
本発明の有利な効果は実施例として示した実験結果によって裏付けられる。但し、実験結果が示されていない実施形態については、本発明の有利な効果は、確立したシュミレーション方法を用いることにより、計算結果として確認される。
【０１６８】
例えば、シルバコ社のデバイスシミュレーションソフトウェアＡＴＬＡＳを用いて計算を行う場合、素子の形状、電極の仕事関数、半導体層のキャリア移動度、ドーピング位置および濃度、トラップ密度、誘電率、有効状態密度、並びに、温度等の条件を決定し、ポアソン方程式と輸送方程式を自己無撞着に解くことにより、有機薄膜トランジスタの電気特性を計算することができ、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度、オン電流、オフ電流及び閾値電圧等の物性値を計算することが可能である。
【実施例】
【０１６９】
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１７０】
実施例１
図１に示した構造を有する有機薄膜トランジスタを作製した。ゲート電極４となる高濃度にドーピングされたｎ−型シリコン基板の表面を熱酸化し、絶縁層３として膜厚が３００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。次に、フォトリソグラフィー工程によりシリコン酸化膜上にチャネル長１００μｍ、チャネル幅１ｍｍのソース電極５及びドレイン電極６を作製した。ソース電極及びドレイン電極は、シリコン酸化膜側から、クロム及び金をこの順に積層して形成した。ソース電極及びドレイン電極まで形成した基板をアセトンで１０分間超音波洗浄した後、紫外線−オゾン洗浄装置を用いて紫外線を３０分間照射した。その後、フェニルエチルトリクロロシランのトルエン希釈液に該基板を２分間浸漬することにより、該基板の表面をシラン処理した。
【０１７１】
有機半導体材料である前記表３中の式（１１ｇ）で示される化合物を溶媒であるｏ−ジクロロベンゼンに溶解させ、化合物の濃度が０．５重量％である溶液を作製し、該溶液をメンブランフィルターで濾過して塗布液を調製した。
【０１７２】
その後、得られた塗布液を、前記基板のソース電極５及びドレイン電極６を形成した側にスピンコート法により塗布することにより、有機半導体層２として約３６ｎｍの厚さを有する式（１１ｇ）で示される化合物の薄膜を形成した。
【０１７３】
次に、表３中の（１１ｇ）に示される化合物をシクロヘキシルベンゼンに溶解して、化合物の濃度が０．５重量％である第１の溶液と、５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ4ＴＣＮＱ）をｏ−ジクロロベンゼンに溶解させ、Ｆ4ＴＣＮＱの濃度が０．１重量％である第２の溶液を調整し、第１の溶液と第２の溶液とを重量比で１：１となるように混合した混合溶液を作製した。
【０１７４】
その後、前記混合溶液をインクジェット印刷法により、ソース電極５とドレイン電極６との間の領域に形成された式（１１ｇ）で示される化合物の薄膜上に塗布し、Ｆ４ＴＣＮＱが式（１１ｇ）で示される化合物にドープされたドーピング領域７を形成した。
【０１７５】
上述のようにして作製した有機薄膜トランジスタ素子において、ソース・ドレイン間電圧Ｖｓｄを−４０Ｖに設定し、ゲート電圧Ｖｇを４０〜−４０Ｖに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。かかる測定により得られた伝達特性から算出した、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表５に示す。
【０１７６】
比較例１
ドーピング領域を形成する工程を省略した以外は実施例１と同様の操作を行い、電界効果型有機薄膜トランジスタＣ１を作製し、トランジスタ特性を測定した。かかる測定により得られた伝達特性から算出した、電界効果型有機薄膜トランジスタＣ１の電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表５に示す。
【０１７７】
比較例２
式（１１ｇ）で示される化合物とｏ−ジクロロベンゼンからなる溶液にかえて、式（１１ｇ）に示される化合物とＦ4ＴＣＮＱとを１００：１．３の重量比で混合させた混合物を、該混合物の濃度が０．５１重量％となるようにｏ−ジクロロベンゼンに溶解させた溶液を用いて有機半導体層を形成した以外は、比較例１と同様の操作を行い、有機半導体層全体がドーピングされた電界効果型有機薄膜トランジスタＣ２を作製し、トランジスタ特性を測定した。かかる測定により得られた伝達特性から算出した、電界効果型有機薄膜トランジスタＣ２の電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表５に示す。
【０１７８】
【表５】
【０１７９】
実施例２
図１、図２、図３、図５、図６、図９、図１０、及び、図１１に示す構造の有機薄膜トランジスタが、良好なトランジスタのオン・オフ比および閾値電圧を維持しつつ、電界効果移動度を向上させられることを、２次元デバイスシミュレーションにより説明する。シミュレーションにはシルバコ社のＡＴＬＡＳを用いた。ここで温度は３００Ｋ、有機半導体層の膜厚は１００ｎｍ、有機半導体の比誘電率は３、有機半導体の電子親和力は２．８ｅＶ、有機半導体のバンドギャップは２．２ｅＶ、有機半導体の正孔キャリア移動度は０．１５ｃｍ２／Ｖｓ、チャネル長は１０μｍ、チャネル幅は１００μｍ、絶縁膜の膜厚は３００ｎｍ、絶縁膜の比誘電率は３．９、価電子帯および伝導帯の有効状態密度は１０２０ｃｍ−３、電極の仕事関数は５．０ｅＶとしてシミュレーションを実施した。ドーピング領域はｐ型ドープであり、ドープ密度は２×１０２０ｃｍ−３とした。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表６に示す。
【０１８０】
【表６】
【０１８１】
比較例３
図１に示す構造の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層２中にドーピング領域７を含まない構造の有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を、実施例２と同様に計算した。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表７に示す。
【０１８２】
【表７】
【０１８３】
実施例３
図１３、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２１、図２２、及び、図２３に示す構造の有機薄膜トランジスタが、良好なトランジスタのオン・オフ比および閾値電圧を維持しつつ、電界効果移動度を向上させられることを、２次元デバイスシミュレーションにより説明する。シミュレーションにはシルバコ社のＡＴＬＡＳを用いた。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表８に示す。
【０１８４】
【表８】
【０１８５】
比較例４
図１３に示す構造の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層２中にドーピング領域７を含まない構造の有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を、実施例２と同様に計算した。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した、電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表９に示す。
【０１８６】
【表９】
【０１８７】
実施例４
図２５、図２７、図２８、図２９、図３３、図３４、及び、図３５に示す構造の有機薄膜トランジスタが、良好なトランジスタのオン・オフ比および閾値電圧を維持しつつ、電界効果移動度を向上させられることを、２次元デバイスシミュレーションにより説明する。シミュレーションにはシルバコ社のＡＴＬＡＳを用いた。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表１０に示す。
【０１８８】
【表１０】
【０１８９】
比較例５
図２５に示す構造の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層２中にドーピング領域７を含まない構造の有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を、実施例２と同様に計算した。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した、電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表１１に示す。
【０１９０】
【表１１】
【符号の説明】
【０１９１】
１…基板、
２…有機半導体層、
３…絶縁層、
４…ゲート電極、
５…ソース電極、
６…ドレイン電極、
７…電子受容性化合物又は電子供与性化合物を含むドーピング領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層の一部に対してドーピングが行われている有機薄膜トランジスタ、並びに、かかる有機薄膜トランジスタを備える有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ及び液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体薄膜を備える半導体素子としては、有機半導体材料からなる有機薄膜を備える有機薄膜トランジスタが注目されている。有機薄膜トランジスタは、その製造において、有機半導体材料を含む液の塗布によって有機薄膜を容易に形成することが可能であるため、大面積のデバイスを安価に生産できるという利点がある。
【０００３】
有機薄膜トランジスタの特性は、有機薄膜のキャリア輸送性に大きく依存し、キャリア輸送性が高いほど、有機薄膜トランジスタとして優れた特性を発揮することができる。例えば、有機薄膜からなる有機半導体層を備える電界効果型有機薄膜トランジスタの場合、有機薄膜のキャリア輸送性が高いほど多くの電流を流すことができ、調節可能な電流量の幅を広くとることができるなど、トランジスタとして優れた特性が得られる。そのため、高いキャリア輸送性を有する有機薄膜トランジスタが盛んに検討されている。
【０００４】
高いキャリア輸送性を有する有機薄膜トランジスタとしては、例えば、電子受容性の化合物によりドーピングされた有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタが提案されている。
【０００５】
例えば、非特許文献１には、有機薄膜トランジスタの製造に使用する有機半導体材料として、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）をドープしたポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン−アルト−ビチオフェン）（Ｆ８Ｔ２）が記載されている。この有機半導体材料は、ｏ−ジクロロベンゼンに溶解され、得られる溶液を塗布及び乾燥させることによって有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタが製造される。ここで製造されている有機薄膜トランジスタは、基材の上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む有機半導体層が順次積層されており、該有機半導体層が該ゲート絶縁膜、該ソース電極及び該ドレイン電極と接触する構造を有している。
【０００６】
非特許文献２には、イオン化されたドーパントがマトリックスを破壊させたり、キャリアを補足し、又は散乱させる問題を解決するために、リモートドーピングというコンセプトが記載されている。このコンセプトは、ドーパント分子によって占有されている領域から空間的に分離された活性領域に対して、提供される空孔又は電子を移動させるというものである。
【０００７】
非特許文献２の有機薄膜トランジスタは、電荷が流れるチャネルと、ドープ層とを分離して形成することによって、電子受容性分子によるキャリアの捕獲や散乱が起こらないようにし、キャリア輸送性を高めたことを特徴とする。
【０００８】
しかしながら、上述の有機薄膜トランジスタには、オフ電流が著しく増大し、オン／オフ比が低下するといった問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ジャーナル オブ マテリアル ケミストリー（ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ）、２００７年、第１７巻、第１４１６〜１４２０頁
【非特許文献２】アプライド フィジックス レターズ（ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ）、２０１０年、第９７巻、第１２３３０５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記従来の問題を解決するためになされたものであり、電界効果移動度が高く、オン／オフ比が大きい有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
本発明はまた、かかる有機薄膜トランジスタを備える有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ及び液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明は、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む有機半導体層とを備える有機薄膜トランジスタであって、
該有機半導体層が、該ゲート絶縁膜、該ソース電極及び該ドレイン電極と接触しており、
該有機半導体層は、該有機半導体層の膜厚方向において該ソース電極の真上に位置する部分又は該ソース電極の真下に位置する部分からなる第１の部分と、該ドレイン電極の真上に位置する部分又は該ドレイン電極の真下に位置する部分からなる第２の部分と、第１の部分及び第２の部分とは異なる第３の部分を有し、
該有機半導体層は、
該有機半導体材料のみからなる非ドーピング領域と、
該有機半導体材料と電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物とを含むドーピング領域からなり、
該ドーピング領域の少なくとも一部が該第３の部分に含まれ、
該ドーピング領域は、該ソース電極と接触しておらず、
該第１の部分と該第３の部分との境界の一部又は全部と該第２の部分と該第３の部分との境界の一部又は全部が、同時に該ドーピング領域に含まれることはない有機薄膜トランジスタ。
【００１２】
ある一形態においては、前記ドーピング領域は、有機半導体層の面であってゲート絶縁膜に接触している面と対向する面の一部に接触している。
【００１３】
ある一形態においては、前記ドーピング領域は、電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を溶媒に溶解させた液を用い、印刷法により形成された領域である。
【００１４】
ある一形態においては、前記有機半導体層に含まれる有機半導体材料が、２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を有する高分子化合物である。
【００１５】
ある一形態においては、前記ドーピング領域に含まれる電子受容性の化合物が、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン、ヘキサデカフルオロ亜鉛フタロシアニン、モリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレン、テトラシアノキノジメタン誘導体又はｐ−ベンゾキノン誘導体である。
【００１６】
ある一形態においては、前記ドーピング領域に含まれる電子供与性の化合物が、テトラチアフルバレン誘導体である。
【００１７】
本発明はまた、本発明の有機薄膜トランジスタを備える、有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ、又は液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電界効果移動度が高く、オン／オフ比が大きく、閾値電圧のシフトが小さい有機薄膜トランジスタ及び、かかる有機薄膜トランジスタを備える有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ及び液晶表示素子を提供することができるため、本発明は極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２】第２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３】第３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図４】第４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図５】第５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図６】第６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図７】第７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図８】第８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図９】第９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１０】第１０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１１】第１１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１２】第１２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１３】第１３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１４】第１４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１５】第１５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１６】第１６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１７】第１７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１８】第１８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図１９】第１９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２０】第２０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２１】第２１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２２】第２２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２３】第２３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２４】第２４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２５】第２５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２６】第２６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２７】第２７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２８】第２８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図２９】第２９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３０】第３０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３１】第３１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３２】第３２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３３】第３３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３４】第３４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３５】第３５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【図３６】第３６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの構造を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付すこととし、重複する説明については省略する。
【００２１】
＜有機薄膜トランジスタ＞
本発明の有機薄膜トランジスタの代表例としては、電界効果型有機薄膜トランジスタが挙げられる。電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となる有機半導体層、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極、並びに、有機半導体層とゲート電極との間に配置される絶縁層を備えることが好ましく、ソース電極及びドレイン電極が有機半導体層に接触して設けられており、有機半導体層に接触した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが特に好ましい。
【００２２】
以下、本発明の有機薄膜トランジスタの代表例である電界効果型有機薄膜トランジスタについて、図面を参照しつつ、具体的に説明する。
【００２３】
図１は、第１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。該電界効果型有機薄膜トランジスタは、有機半導体材料を有機半導体層に用いた電界効果型有機薄膜トランジスタの中でも一般的な構造を有する。
図１の電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体材料を含む有機半導体層２とを備える。有機半導体層２内には、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分との間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも接触せず、有機半導体層２の絶縁層３と接触する面（即ち、絶縁層３の上面又は有機半導体層２の下面）にも接触せず、かつ有機半導体層２の絶縁層３と接触する面に対向する面（即ち、有機半導体層２の上面）の一部に接触する領域に形成された電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を含むドーピング領域７を有する。なお、有機半導体材料としては、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料が挙げられる。なお、図の説明において紙面の上の方を上、下の方を下、断面図で表される図の左右の境界線を側面と便宜上称する。
【００２４】
電界効果型有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層２は、ソース電極５とドレイン電極６との間の電流通路（チャネル）となる。ゲート電極４は、電圧を印加することにより有機半導体層２における電流経路（チャネル）を通る電流量を制御する。有機半導体層２にｐ型半導体材料を使用した場合、ゲート電極４に負の電圧を印加すると、有機半導体層２の絶縁層３との界面近傍に正孔が誘起され、電流が流れる。逆に正の電圧を印加すると、有機半導体層２は空乏化し、電流が流れない。
【００２５】
有機半導体素子中の有機薄膜のキャリア輸送性を高める手法として、電子受容性の化合物や電子供与性の化合物を有機半導体材料に混合することによりドーピングし、キャリア密度を高める方法がある。しかしながら、有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層全体を電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物によりドーピングすると、ゲート電圧を変化させてもキャリア量を良好に調節することができず、スイッチング素子として機能しない場合や、閾値電圧が大きく変化して、低電圧駆動できなくなる場合がある。
【００２６】
この問題を解決するため、本発明では、有機半導体層の内部のうち、特定の一部の領域にドーピングを行う。ドーピングを行う領域、即ち、ドーピング領域は、例えば、図１のような、有機薄膜トランジスタをその長さ方向に対して垂直な面で切った断面図を参照して、次の配置に関する条件を充足する。
【００２７】
まず、有機半導体層の内部のうち、ソース電極の真上又は真下に位置する部分を第１の部分とし、ドレイン電極の真上又は真下に位置する部分を第２の部分とし、第１の部分と第２の部分とは異なる部分、例えば、第１の部分と第２の部分に挟まれた中間に位置する部分を第３の部分とした場合に、ドーピング領域は少なくとも第３の部分に存在する。次に、ドーピング領域はソース電極に接触してはならない。加えて、ドーピング領域は、第３の部分から第１の部分又は第２の部分に伸長して存在してよい。しかしながら、ドーピング領域は、第３の部分から第１の部分及び第２の部分の両方に伸長して存在してはならない。また、ドーピング領域は、第１の部分と該第３の部分との境界及び該第２の部分と該第３の部分との境界に同時に接触してはならず、両境界を同時に含んではならない。
【００２８】
ここで、電極の真上又は真下とは、有機半導体層の平面に対して垂直な方向から有機薄膜トランジスタを透視した場合に、有機半導体層の内部において、電極と重複することになる部分をいう。有機半導体層の内部において、電極の上面又は下面に接触する部分も電極の真上又は真下の意味に含まれる。
【００２９】
また、ドーピング領域は、有機半導体層の内部において、ソース電極の真上又は真下に位置する部分に存在しないことが好ましい。より具体的には、有機薄膜トランジスタの長さ方向に対して垂直な面で切った有機半導体層の断面を参照して、ソース電極の真上に位置する部分又は該ソース電極の真下に位置する部分及び該ソース電極の側面に接触する部分からなる領域を第４の部分とし、第４の部分とは異なる部分を第５の部分とした場合、ドーピング領域は第５の部分の少なくとも一部に設けられる。そうすることで、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度が向上し、オフ電流が低下する。
【００３０】
更に、ドーピング領域は、有機半導体層の内部において、ドレイン電極の真上又は真下に位置する部分に存在しないことがより好ましい。より具体的には、有機薄膜トランジスタの長さ方向に対して垂直な面で切った有機半導体層の断面を参照して、ソース電極の真上に位置する部分又は該ソース電極の真下に位置する部分、ソース電極の側面に接触する部分、及びドレイン電極の真上に位置する部分又はドレイン電極の真下に位置する部分からなる領域を第６の部分とし、第６の部分とは異なる部分を第７の部分とした場合、ドーピング領域は第７の部分の少なくとも一部に設けられる。そうすることで、オフ電流がより低下し、閾値電圧のシフトが低下することがある。
【００３１】
電子受容性の化合物としては、例えば、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン、ヘキサデカフルオロ亜鉛フタロシアニン、モリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレン、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テトラシアノキノジメタン誘導体、ｐ−ベンゾキノン、ｐ−ベンゾキノン誘導体、１，４−ナフトキン誘導体、ジフェノキノン誘導体及びフルオレン誘導体が挙げられ、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テトラシアノキノジメタン誘導体、ｐ−ベンゾキノン、ｐ−ベンゾキノン誘導体、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン及びモリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレンが好ましい。
【００３２】
前記テトラシアノキノジメタン誘導体としては、例えば、５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ4ＴＣＮＱ）、トリフルオロメチル−テトラシアノキノジメタン（ＣＦ3ＴＣＮＱ）、２，５−ジフルオロ−テトラシアノキノジメタン（Ｆ2ＴＣＮＱ）、モノフルオロ−テトラシアノキノジメタン（ＦＴＣＮＱ）、テトラシアノエチレン（ＴＣＮＥ）及び１１，１１，１２，１２−テトラシアノナフト−２，６−キノジメタン（ＴＮＡＰ）が挙げられる。
【００３３】
前記ｐ−ベンゾキノン誘導体としては、例えば、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＤＱ）、２，３−ジブロモ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＢＤＱ）、２，３−ジヨード−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＩＤＱ）及び２，３−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（Ｑ（ＣＮ）2）が挙げられる。
【００３４】
前記１，４−ナフトキノン誘導体としては、例えば、２，３−ジシアノ−５−ニトロ−１，４−ナフトキノン（ＤＣＮＮＱ）及び２，３−ジシアノ−１，４−ナフトキノン（ＤＣＮＱ）が挙げられる。
【００３５】
前記ジフェノキノン誘導体としては、例えば、３，３’，５，５’−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン、３，５−ジメチル−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン、４，４’−ジフェノキノン、３，３’，５，５’−テトラメチル−１，４ジフェノキノン、３，３’，５，５’−テトラエチル−１，４ジフェノキノン、３，３’，５，５’−テトラブチル−１，４ジフェノキノン、３，３’，５，５’−テトラフェニル−１，４ジフェノキノンが挙げられる。
【００３６】
前記フルオレン誘導体としては、例えば、９−ジシアノメチレン−２，４，５，７−テトラニトロ−フルオレン（ＤＴＥＮＦ）が挙げられる。
【００３７】
電子受容性の化合物の中でも、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度を向上させる観点からは、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン、ヘキサデカフルオロ亜鉛フタロシアニン、モリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレン、テトラシアノキノジメタン誘導体及びｐ−ベンゾキノン誘導体が好ましい。
【００３８】
前記電子供与性の化合物としては、例えば、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）及びテトラチアフルバレン誘導体が挙げられる。
【００３９】
前記テトラチアフルバレン誘導体としては、例えば、ビスエチレンジチオテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴ−ＴＴＦ）、ビス（メチレンジチオ）テトラチアフルバレン（ＢＭＤＴ−ＴＴＦ）、ビス（トリメチレンジチオ）テトラチアフルバレン（ＢＰＤＴ−ＴＴＦ）及びテトラメチルテトラチアフルバレン（ＴＭＴＴＦ）が挙げられる。
【００４０】
ドーピング領域に含まれる電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物としては、電子受容性が高いほど微量の混合で効果を発揮できるため、テトラシアノキノジメタン、５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンが好ましく、５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンがより好ましい。
【００４１】
前記電子受容性の化合物又は前記電子供与性の化合物が有機溶媒に可溶である場合、有機半導体層の一部として、塗布法によりドーピング領域を形成することができる。
【００４２】
電子受容性化合物又は前記電子供与性化合物を含むドーピング領域７の厚みは、好ましくは有機半導体層２の厚みの半分以下である。
【００４３】
電子受容性化合物又は前記電子供与性化合物を含むドーピング領域７の長さは、好ましくはソース電極５とドレイン電極６との間の長さ以下であり、より好ましくはソース電極５とドレイン電極６の間の長さの半分以下である。
【００４４】
有機半導体層２やドーピング領域７に用いられる有機半導体材料について説明する。
【００４５】
有機半導体層に用いられる有機半導体材料は、キャリア輸送性を有している。ここで、キャリア輸送性とは、膜等の構造体を形成した場合に電子やホール等のキャリアを当該構造体内で移動させることができる特性である。有機半導体材料の一態様であるキャリア輸送性有機半導体化合物は、このようなキャリア輸送性を発現し得る構造や電子状態を有する有機化合物である。
【００４６】
キャリア輸送性有機半導体化合物としては、キャリア輸送性高分子化合物及びキャリア輸送性低分子化合物が好ましい。
【００４７】
次に、有機半導体層やドーピング領域に用いられるキャリア輸送性低分子化合物について説明する。
【００４８】
好適なキャリア輸送性低分子化合物としては、π共役構造を有する低分子化合物及び多環芳香族化合物が挙げられる。π共役構造を有する低分子化合物としては、例えば、後述するキャリア輸送性高分子化合物が有する構造を含み、ポリスチレン換算の数平均分子量が８０００未満である化合物が挙げられる。
【００４９】
多環芳香族化合物としては、例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペンタセン、ベンゾペンタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ナフトペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ナノアセン、フルオレン、フルオランテン、フェナントレン、クリセン、トリフェニレン、テトラフェン、ピセン、フルミレン、テトラフェン、ピレン、アンタンスレン、ペロピレン、コロネン、ベンゾコロネン、ジベンゾコロネン、ヘキサベンゾコロネン、ベンゾジコロネン、ペリレン、テリレン、ジペリレン、クオテリレン、トリナフチレン、ヘプタフェン、オバレン、ルビセン、ビオラントロン、イソビオラントロン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランス、ケクレン、トラキセン、フラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ６０−ＰＣＢＭ、Ｃ７０−ＰＣＢＭ等）及びこれらの化合物の誘導体が挙げられる。
【００５０】
多環芳香族化合物は、ヘテロ原子を含む化合物であってもよい。ヘテロ原子を含む多環芳香族化合物としては、例えば、ベンゾジチオフェン、ナフトジチオフェン、アントラジチオフェン、テトラジチオフェン、ペンタジチオフェン、ヘキサジチオフェン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾチエノジベンゾチオフェン、チエノチオフェン、ジチチエノチオフェン、テトラチエノアセン、ペンタチエノアセン、ジベンゾフラン、カルバゾール、ジベンゾシロール、ベンゾジチアアゾール、ナフトジチアアゾール、アントラジチアアゾール、テトラジチアアゾール、ペンタジチアアゾール、ヘキサジチアアゾール、チアゾロチアゾール、テトラチアフルバレン、ジベンゾチアフルバレン、ジチオフェンチアフルバレン、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノナフトキノジメタン、ナフタレンテトラカルボキシリックジイミド、ペリレンテトラカルボキシリックジイミド及びこれらの化合物の誘導体が挙げられる。また、フタロシアニン、ポルフィリン、テトラベンゾポルフィリンなどの金属を含む化合物、トリフェニルアミン及びこれらの化合物の誘導体もヘテロ原子を含む多環芳香族化合物に含まれる。
【００５１】
化合物の誘導体としては、例えば、ハロゲン原子又は１価の基を有する化合物、及び、化合物のキノン誘導体が挙げられる。ハロゲン原子及び１価の基の具体例は、後述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。例えば、テトラセンの誘導体としては、ルブレンが挙げられる。また、化合物のキノン誘導体も化合物の誘導体に含まれる。例えば、ペンタセンの誘導体として、ペンタセンジオンが挙げられる。
【００５２】
キャリア輸送性低分子化合物としては、高い電界効果移動度が期待できるため、多環芳香族化合物が好ましく、式（１）で表される化合物がより好ましい。
【００５３】
【化１】
【００５４】
式（１）中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、ハロゲン原子又は１価の基を表す。ｓ及びｔは、それぞれ独立に、０〜４の整数である。Ｒ１が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ２が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
【００５５】
Ｒ１及びＲ２で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
【００５６】
Ｒ１及びＲ２で表される１価の基としては、例えば、飽和炭化水素基、脂肪族不飽和炭化水素基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アミノ基、カルボニル基、ニトロ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アリールアルキル基、ヘテロアリールアルキル基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルシリル基が挙げられる。これらの１価の基は置換基によって置換されていてもよい。該置換基としては、Ｒ１やＲ２で表される飽和炭化水素基、脂肪族不飽和炭化水素基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アミノ基、カルボニル基、ニトロ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アリールアルキル基、ヘテロアリールアルキル基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルシリル基が挙げられる。
【００５７】
飽和炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、その炭素数は、１〜２０が好ましく、１〜１６がより好ましい。飽和炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−ノナニル基、ｎ−デシル基、ｎ−ウンデシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−トリデシル基、ｎ−テトラデシル基、ｎ−ペンタデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、ｎ−ヘプタデシル基、ｎ−オクタデシル基、ｎ−ノナデシル基及びｎ−エイコサニル基が挙げられる。
【００５８】
脂肪族不飽和炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、その炭素数は１〜２０が好ましく、１〜１６がより好ましい。脂肪族不飽和炭化水素基としては、例えば、ビニル基、１−プロペニル基、アリル基、プロパルギル基、イソプロペニル基、１−ブテニル基及び２−ブテニル基が挙げられる。式（１）で表される化合物の化学的安定性の観点からは、脂肪族不飽和炭化水素基として、その鎖中に、２重結合又は３重結合を１個有する化合物が好ましい。
【００５９】
アルコキシ基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、その炭素数は１〜２０が好ましく、１〜１６がより好ましい。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基及びブトキシ基が挙げられる。
【００６０】
アリール基は芳香族炭素環から水素原子１個を除いた基を表す。アリール基の炭素数は、６〜６０が好ましく６〜２０がより好ましい。芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、フルオレン、ナフタレン及びアントラセンが挙げられる。
【００６１】
ヘテロアリール基は、芳香族複素環から水素原子１個を除いた基を表す。ヘテロアリール基の炭素数は、４〜６０が好ましく、４〜２０がより好ましい。ここで、芳香族複素環とは、炭素環が有する少なくとも１つの炭素原子を、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子、ケイ素原子等のヘテロ原子により置換し、且つ、芳香族性を有している環を意味する。芳香族複素環としては、例えば、チオフェン環、セレノフェン環およびフラン環が挙げられる。
【００６２】
アリールアルキル基は、アリール部分の炭素数が６〜６０であることが好ましく、６〜２０であることがより好ましい。また、アリールアルキル基におけるアルキル部分は、炭素数が１〜２０であることが好ましく、１〜１０であることがより好ましい。
【００６３】
アリールオキシ基は、アリール部分の炭素数が６〜６０であることが好ましく、６〜２０であることがより好ましい。
【００６４】
ヘテロアリールアルキル基は、ヘテロアリール部分の炭素数が４〜６０であることが好ましく、４〜２０であることがより好ましい。また、ヘテロアリールアルキル基におけるアルキル部分は、炭素数が１〜２０であることが好ましく、１〜１０であることがより好ましい。
【００６５】
ヘテロアリールオキシ基は、ヘテロアリール部分の炭素数が４〜６０であることが好ましく、４〜２０であることがより好ましい。
【００６６】
式（１）中、Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ環を表し、Ａ及びＢと、Ａ及びＣとは、それぞれ互いに縮環している。ここで、「互いに縮環している」とは、一方の環を形成している一部の結合が、他方の環の一部も形成している状態にあること意味する。Ａ、Ｂ及びＣで表される環としては、それぞれ独立に、ベンゼン環、６員の複素環、５員の複素環、シクロペンタジエン環等が挙げられる。これらの環は、置換基を有していてもよい。
【００６７】
また、Ａで表される環の繰り返し数を示すｎは、キャリア輸送性の観点から、２〜８の整数であり、２〜６の整数が好ましく、２〜４の整数がより好ましい。
【００６８】
ここで、Ａ、Ｂ及びＣを構成する環のうち、５員の複素環とは、炭素原子からなる５員環のうちの少なくとも一つの原子が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子、ケイ素原子等のヘテロ原子によって置き換えられた構造を有するものをいう。
【００６９】
Ａを構成する環としては、置換基を有していてもよいベンゼン環、置換基を有していてもよいチオフェン環、置換基を有していてもよいセレノフェン環及び置換基を有していてもよいシクロペンタジエン環が好ましく、置換基を有していてもよいベンゼン環及び置換基を有していてもよいチオフェン環がより好ましい。複数のＡは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。複数のＡのうちの少なくとも１つは、５員の複素環であることが好ましく、置換基を有していてもよいチオフェン環及び置換基を有していてもよいセレノフェン環がより好ましく、置換基を有していてもよいチオフェン環がさらに好ましい。チオフェン環を少なくとも１つ有すると、高いキャリア輸送性を発揮し得る多環芳香族化合物が得られるようになる。Ｂ及びＣで表される環は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいベンゼン環が好ましい。
【００７０】
Ａ〜Ｃで表される環が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子及び１価の基が挙げられる。ハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。
【００７１】
式（１）で表される化合物としては、高い電界効果移動度が得られるため、式（２）で表される化合物、式（３）で表される化合物、式（４）で表される化合物、式（５）で表される化合物、式（６）で表される化合物及び式（７）で表される化合物が好ましい。
【００７２】
【化２】
【００７３】
式（２）〜式（７）中、Ｒ１、Ｒ２、ｓ及びｔは、前述と同じ意味を表す。Ｒ５及びＲ６は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は１価の基を表す。Ｒ５が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ６が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ５及びＲ６で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。Ｘは、ヘテロ原子、式（ｃ）で表される基又は式（ｄ）で表される基を表す。Ｘが複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。式（２）〜（７）で表される化合物の製造を簡便化する観点からは、Ｘは全て同一であることが好ましい。
【００７４】
【化３】
【００７５】
式（ｃ）及び式（ｄ）中、Ｒ７及びＲ８は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子若しくは１価の基を表す。Ｒ７とＲ８は、結合して環を形成してもよい。Ｒ５及びＲ６で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。Ｒ７とＲ８とが形成する環は、単環でも縮合環でもよく、炭素環でも複素環でもよいが、単環の炭化水素環及びヘテロ原子として酸素原子又は硫黄原子を含む単環の複素環が好ましい。これらの環は置換基を有していてもよい。該置換基としては、ハロゲン原子及び１価の基が挙げられる。ハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。
【００７６】
式（２）〜式（７）で表される化合物としては、式（８ａ）〜式（８ｉ）で表される化合物が好ましい。
【００７７】
【化４】
【００７８】
式（８ａ）〜式（８ｉ）中、Ｒ２０及びＲ２１は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１６の飽和炭化水素基、トリイソプロピルシリルエチニル基、フェニル基又は炭素数１〜１６の飽和炭化水素基で置換されたフェニル基を表し、飽和炭化水素基及びトリイソプロピルシリルエチニル基が好ましい。式（８ａ）〜式（８ｉ）で表される化合物の仲でも、式（８ｃ）で表される化合物（以下、「ＢＴＢＴ」と呼ぶことがある。）が、高いキャリア輸送性を発揮し得ることから好ましい。ＢＴＢＴの融点を高める観点からは、Ｒ２０及び／又はＲ２１が、フェニル基又は炭素数１〜１６の飽和炭化水素基で置換されたフェニル基であることが好ましい。
【００７９】
次に、有機半導体層やドーピング領域に用いられるキャリア輸送性高分子化合物について説明する。
【００８０】
キャリア輸送性高分子化合物としては、共役不飽和構造を有する高分子化合物が好ましい。該共役不飽和構造を有する高分子化合物は、例えば、二重結合を含む構造、三重結合を含む構造、芳香環を含む構造及び３級アリールアミン構造からなる群から選ばれる構造を、単独で含む又は複数組み合わせて含む構造単位を繰り返し単位として有し、高分子化合物全体として共役が延びた状態である単独重合体や共重合体が挙げられる。なお、キャリア輸送性高分子化合物が共重合体である場合、ランダム共重合体であってもブロック共重合体であってもよい。
【００８１】
二重結合を含む構造としては、エチレン構造が挙げられる。ここでいう「エチレン構造」とは、他の構造単位との結合に供される２つの結合手を水素原子に置き換えた場合にエチレンとなる構造をいう。なお、以下の各「構造」の説明においても同様の定義が適用される。また、三重結合を含む構造としては、アセチレン構造が挙げられる。
【００８２】
芳香族構造としては、単核又は多核の芳香族炭化水素構造、及び、単核又は多核の複素環構造が挙げられる。単核又は多核の芳香族炭化水素構造としては、フェニレン、ナフチレン、フルオレン構造、アセナフテン構造、フェナントレン構造、アントラセン構造、フルオランテン構造、ピレン構造、ペリレン構造、ルブレン構造、クリセン構造、及びこれらの構造を構成している環が縮環した多核縮環化合物構造が挙げられる。
【００８３】
単核又は多核の芳香族炭化水素構造としては、具体的には、式（９ａ）〜式（９ｆ）で表される構造が挙げられる。なかでも、フルオレン構造を有する式（９ａ）で表される構造及び式（９ｂ）で表される構造、ピレン構造を有する式（９ｅ）であらわれる構造が特に好ましい。なお、式（９ａ）〜式（９ｆ）において、置換基が付されていない結合は、他の構造単位との結合を形成している結合手であることを意味している。
【００８４】
【化５】
【００８５】
式（９ａ）〜（９ｆ）中、Ｒ１１、Ｒ１２及びＲ１４は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は１価の基を表し、Ｒ１３は、ハロゲン原子又は１価の基を表す。ｕは、０以上の整数を表す。Ｒ１１が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ１３が複数個ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びＲ１４で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びＲ１４のうちの２個、２個のＲ１１又は２個のＲ１３が、同じ炭素原子又は隣接する炭素原子に結合している場合、結合して環を形成していてもよい。該環としては、単環でも縮合環でもよく、炭素環でも複素環でもよいが、単環の炭素環及びヘテロ原子として酸素原子又は硫黄原子を含む単環の複素環が好ましい。これらの環は置換基を有していてもよい。該置換基としては、ハロゲン原子及び１価の基が挙げられる。ハロゲン原子及び１価の基の具体例は、前述のＲ１及びＲ２で表されるハロゲン原子及び１価の基の具体例と同じである。
【００８６】
単核又は多核の複素環構造のうち、単核の複素環構造としては、例えば、５員の複素環構造であるフラン構造、チオフェン構造、ピロール構造、シロール構造、オキサゾール構造、イソオキサゾール構造、チアゾール構造、イソチアゾール構造、イミダゾール構造、オキサジアゾール構造、チアジアゾール構造及びピラゾール構造、並びに、６員の複素環構造であるピリジン構造、ピリダジン構造、ピリミジン構造、ピラジン構造、トリアジン構造及びテトラゼン構造が挙げられる。
【００８７】
多核の複素環構造としては、ベンゾオキサゾール構造、ベンゾチアゾール構造、ベンズイミダゾール構造、キノリン構造、イソキノリン構造、シンノリン構造、キナゾリン構造、フタラジン構造、ベンゾチアジアゾール構造、ベンゾトリアジン構造等のベンゾ縮環構造、及び、フェナジン構造、フェナントリジン構造、アクリジン構造、カルバゾール構造、ジベンゾフラン構造、ジベンゾチオフェン構造、ジベンゾシロール構造、ジフェニレンオキシド構造、チエノチオフェン構造、チアゾロチアゾール構造、ジチエノチオフェン構造、ベンゾビスチオフェン構造、ベンゾビスチアゾール構造等の多核縮環構造が挙げられる。上述したような単核や多核の複素環構造が複数結合してなる縮合構造も好適である。
【００８８】
単核又は多核の複素環構造としては、例えば、式（１０ａ）〜式（１０ｐ）で表される構造及び式（１０ａ）〜式（１０ｐ）で表される構造が複数結合した縮合構造が挙げられる。単核又は多核の複素環構造の中でも、高い移動度が得られるという観点からは、式（１０ａ）で表される構造、式（１０ａ）で表される構造が複数結合した縮合構造、及び、二つ以上の式（１０ａ）で表される構造のそれぞれが、少なくとも他の一つの式（１０ａ）で表される構造と相互に二箇所で連結された構造が好ましく、Ｚが硫黄原子である式（１０ａ）で表される構造、Ｚが硫黄原子である式（１０ａ）で表される構造が複数結合した縮合構造、及び、二つ以上の、Ｚが硫黄原子である式（１０ａ）で表される構造のそれぞれが、少なくとも他の一つのＺが硫黄原子である式（１０ａ）で表される構造と相互に二箇所で連結された構造が特に好ましい。式（１０ａ）で表される構造が複数結合した縮合構造としては、例えば、式（１０ｆ）で表される構造が挙げられる。二つ以上の式（１０ａ）で表される構造のそれぞれが、少なくとも他の一つの式（１０ａ）で表される構造と相互に二箇所で連結された構造としては、例えば、式（１０ｃ）で表される構造及び式（１０ｎ）で表される構造が挙げられる。なお、下記の式において、置換基が付されていない結合は、他の構造単位との結合を形成している結合手であることを意味している。
【００８９】
【化６】
【００９０】
式（１０ａ）〜式（１０ｐ）中、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４及びｕは、前記と同じ意味を表す。また、Ｚは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子、ケイ素原子等のヘテロ原子を表す。Ｒ１４が複数ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
【００９１】
３級アリールアミン構造としては、例えば、トリフェニルアミン構造、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン構造、Ｎ，Ｎ’−１，４−フェニレンジアミン構造、ジフェニルナフチルアミン構造及びこれらの構造中のフェニル部分の２個の炭素原子が直接又はヘテロ原子を介して結合した構造が挙げられる。これらの構造中のフェニル部分の２個の炭素原子が直接又はヘテロ原子を介して結合した構造としては、例えば、Ｎ−フェニルフェノキサジン構造及びＮ−フェニルフェノチアジン構造が挙げられる。
【００９２】
キャリア輸送性高分子化合物は、上述した構造を含む繰り返し単位を、単独で又は複数種組み合わせて有する重合体であることが好ましい。該繰り返し単位を複数種組み合わせて有する場合は、１つの繰り返し単位が連続した構造が含まれていてもよい。
【００９３】
キャリア輸送性高分子化合物が有する繰り返し単位が、単核又は多核の芳香族炭化水素構造、単核又は多核の複素環構造、又は、３級アリールアミン構造のみからなるものであり、該繰り返し単位に隣接する構造がエチレン構造でもアセチレン構造でも場合、該繰り返し単位において、隣接している構造単位との結合手が形成されている炭素原子の隣の炭素原子は、無置換である（すなわち水素原子と結合している）か、ハロゲン原子によって置換されていることが好ましい。特に、キャリア輸送性高分子化合物が有する前記繰り返し単位が単核又は多核の芳香族炭化水素構造からなり、該繰り返し単位に隣接する構造がエチレン構造でもアセチレン構造でもない場合は、該繰り返し単位において、隣接している構造単位との結合手が形成されている炭素原子の隣の炭素原子は、無置換である（すなわち水素原子と結合している）か、ハロゲン原子によって置換されていることが好ましい。
【００９４】
キャリア輸送性高分子化合物の好ましい一態様は、該キャリア輸送性高分子化合物が有する繰り返し単位において、隣接する繰り返し単位と結合している原子が、５員環を含む構造中の５員環上の原子である高分子化合物である。即ち、単核の芳香族炭化水素構造又は単核の複素環構造のみによって形成される繰り返し単位は、５員環を含む構造であることが好ましい。キャリア輸送性高分子化合物の好ましい他の態様は、２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を有する高分子化合物である。２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を繰り返し単位として含むことが好ましい。
【００９５】
キャリア輸送性高分子化合物が有する繰り返し単位は、上述した条件の少なくとも１個を満たすと高分子化合物中の共役不飽和構造が良好に形成され、キャリア輸送性高分子化合物のキャリア輸送性が更に良好となる傾向がある。
【００９６】
キャリア輸送性高分子化合物としては、表１又は表２に示す繰り返し単位の組み合わせ（式（１１ａ）〜式（１１ｍ））で有するものが特に好適である。なお、表１は、同じ行に並んだ繰り返し単位を組み合わせることを意味しており、「−」で表される欄は、組み合わせる繰り返し単位がないことを意味している。また、表中の一般式における符号は全て上述したものと同義である。なお、表中の化合物において、分子中にＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びＲ１４が、それぞれ複数ある場合は、それらはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
【００９７】
【表１】
【００９８】
【表２】
【００９９】
表１及び表２中の（１１ａ）〜（１１ｍ）の組み合わせを有するキャリア輸送性高分子化合物としては、表３又は表４中に記載した重合体が好ましい。表３及び表４中のｍは、それぞれ１以上の整数を表す。ｍの範囲としては、重合体のポリスチレン換算値の数平均分子量が８，０００以上となる範囲が好ましく、１０，０００〜１，０００，０００となる範囲がより好ましく、１０，０００〜５００，０００となる範囲がさらに好ましい。
【０１００】
【表３】
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
上記表３又は表４中に記載した重合体の中でも、（１１ｅ）、（１１ｆ）及び（１１ｇ）欄に記載した２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を有する高分子化合物が有機半導体層及びドーピング領域に特に好適に用いられる。
【０１０３】
キャリア輸送性高分子化合物の末端構造は、有機薄膜トランジスタの有機半導体層に用いた際の有機薄膜トランジスタの特性や耐久性を十分に得る観点からは、安定な構造であることが好ましい。上述した重合体が不安定な末端基を有している場合は、この不安定な基を安定な末端基で置き換えたり、末端を保護することが好ましい。
【０１０４】
安定な末端基としては、例えば、水素原子やフッ素原子のほか、飽和炭化水素基、脂肪族不飽和炭化水素基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アミノ基、カルボニル基、ニトロ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アリールアルキル基、ヘテロアリールアルキル基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルシリル基等の１価の基が挙げられる。これらの１価の基は、更に任意の置換基を有していてもよく、置換基としては、上記の末端基として例示した基が挙げられる。
【０１０５】
キャリア輸送性高分子化合物の有機溶媒等への溶解性を高め、有機半導体材料の塗布等をより簡便化する観点からは、末端基は、フッ素置換されていてもよい飽和炭化水素基、フッ素置換されていてもよい脂肪族不飽和炭化水素基、フッ素置換されていてもよいアリール基及びフッ素置換されていてもよいアルコキシ基が好ましい。また、末端基は、例えば、キャリア輸送性高分子化合物の共役構造を形成している主鎖と連続する共役構造を有する基も好ましい。このような末端基としては、例えば、主鎖と炭素−炭素結合を介して結合したアリール基やヘテロアリール基（芳香族複素環基）を含むものが挙げられる。なお、高分子化合物に複数の末端基が存在する場合、それらはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
【０１０６】
本発明の有機薄膜トランジスタに含まれる有機半導体層及びドーピング領域の形成方法としては、真空蒸着法の他に、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法、マイクロコンタクトプリント法等の塗布法、及び、これらの方法を組み合わせた塗布法が挙げられる。これらの方法を組み合わせた塗布法としては、例えば、グラビアコート法とオフセット印刷法を組み合わせた、グラビア・オフセット印刷法が挙げられる。これら塗布法を用いると、高いキャリア輸送性を有する薄膜を得られるのみならず、大面積のデバイスを形成することが容易となる。
塗布法の中でも、スピンコート法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリント法、グラビアコート法、オフセット印刷法及びグラビア・オフセット印刷法が好ましい。
【０１０７】
前記塗布法に用いる溶液の作製においては、有機半導体層やドーピング領域を形成する化合物を溶媒に溶解又は分散させる方法などが用いられる。該溶媒としては、用いる化合物を良好に溶解又は分散できるものであれば特に制限されない。例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類溶媒等を適宜選択して適用できる。良好に薄膜形成を行う観点からは、塗布溶液における溶媒以外の成分の含有量は、０．１〜５質量％程度とすることが好ましい。用いる化合物の溶解が不十分である場合は、後述するような加熱を施してもよい。
【０１０８】
有機薄膜の形成においては、このような塗布液を所定の基板上に塗布することで、薄膜を形成する。この際、塗布液が溶媒を含む場合は、塗布と同時又は塗布後に溶媒を除去することが好ましい。
【０１０９】
なお、かかる塗布は、加熱した状態で行ってもよい。これにより、高濃度の塗布液を塗布することが可能となり、より均質な薄膜を形成できるほか、室温での塗布が困難であった材料等を選択して用いることも可能となる。加熱した状態での塗布は、例えば、予め加熱した塗布液を用いるか、又は、基板を加熱しながら塗布することによって行うことができる。
【０１１０】
有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層やドーピング領域のキャリア輸送性を更に高める観点からは、このようにして形成された有機半導体層やドーピング領域に対し、所定の配向を付与する工程を更に実施してもよい。配向された有機半導体層やドーピング領域においては、これを構成している分子が一方向に並ぶため、キャリア輸送性が一層高められる傾向にある。
【０１１１】
配向方法としては、例えば、液晶の配向手法として知られている方法を用いることができる。なかでも、ラビング法、光配向法、シェアリング法（ずり応力印加法）、引き上げ塗布法等が配向方法として簡便であるため利用し易く、特に、ラビング法及びシェアリング法が好ましい。
【０１１２】
本発明の有機半導体層２は、一部に製造時に用いた溶媒やその他の不可避成分が含まれていてもよい。有機半導体層２の厚さは、良好なキャリア輸送性を有する観点及び十分な強度の有機薄膜を容易に形成する観点からは、好ましくは１ｎｍ〜１００μｍであり、より好ましくは２ｎｍ〜１０００ｎｍであり、さらに好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、特に好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【０１１３】
絶縁層３には、無機絶縁体又は有機絶縁体からなる絶縁膜を用いることができる。無機絶縁体としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタンが挙げられる。有機絶縁体としては、ポリエチレン、ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、有機ガラス、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリルが挙げられる。なお、無機絶縁体及び有機絶縁体は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。絶縁層３の厚さは、好ましくは５０〜１０００ｎｍである。
【０１１４】
ゲート電極４には、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属や錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の材料を用いることができる。これらの材料は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。また、ゲート電極４としては、高濃度にドープされたシリコン基板を用いてもよい。高濃度にドープされたシリコン基板は、ゲート電極としての性質と、基板としての性質とを併有する。従って、高濃度にドープされたシリコン基板を用いる場合には、基板１とゲート電極４とが接触している有機薄膜トランジスタにおいて、以下の図中の基板１の表記を省略してもよい。ゲート電極４の厚さは、好ましくは０．０２〜１００μｍである。
【０１１５】
ソース電極５及びドレイン電極６は、低抵抗の材料から構成されることが好ましく、例えば、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデンから構成されることが特に好ましい。これらの材料は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。ソース電極５及びドレイン電極６の厚さは、各々、好ましくは０．０２〜１０００μｍである。
【０１１６】
基板１としては、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板等が挙げられる。基板１の厚さは、好ましくは１０〜２０００μｍである。
【０１１７】
本発明の有機薄膜トランジスタは、ソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２との間に、有機半導体層２に含まれる有機半導体材料とは異なる化合物からなる層を介在させてもよい。このような層を介在させることにより、ソース電極５及びドレイン電極６と有機半導体層２との間の接触抵抗が低減され、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度を更に高めることができる場合がある。
【０１１８】
前記有機半導体層２に含まれる有機半導体材料とは異なる化合物からなる層としては、電子又はホール輸送性を有する低分子化合物、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、これらの金属と有機化合物との錯体；ヨウ素、臭素、塩素、塩化ヨウ素等のハロゲン；硫酸、無水硫酸、二酸化硫黄、硫酸塩等の酸化硫黄化合物；硝酸、二酸化窒素、硝酸塩等の酸化窒素化合物；過塩素酸、次亜塩素酸等のハロゲン化化合物；アルキルチオール化合物、芳香族チオール類、フッ素化アルキル芳香族チオール類等の芳香族チオール化合物等からなる層が挙げられる。
【０１１９】
次に、第１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタ以外の電界効果型有機薄膜トランジスタの代表例について、図面を参照しつつ、説明する。
【０１２０】
図２以下に示す実施形態は、第１実施形態の各部の配置を変えたもので、各構成要素は第１実施形態と同じである。有機半導体層の内部におけるドーピング領域の位置は、例えば、図２〜３６に示すように、素子構造や、塗布方法に合わせて変えることができる。
【０１２１】
図２は第２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２を取り囲むいずれの面にも接触しない部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２２】
図３は第３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２３】
図４は第４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図４に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分との間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２４】
図５は第５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図５に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５とドレイン電極６の間にあり、ソース電極５に接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及びドレイン電極６の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２５】
図６は第６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図６に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の側面の一部、及びドレイン電極６の真上に位置する部分の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２６】
図７は第７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図７に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の側面の一部、ドレイン電極６の真上に位置する部分、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２７】
図８は第８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図８に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、ドレイン電極６の側面、ドレイン電極６の真上に位置する部分、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２８】
図９は第９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図９に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の上面、及びドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１２９】
図１０は第１０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１０に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、ドレイン電極６の上面にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３０】
図１１は第１１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１１に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、ドレイン電極６の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３１】
図１２は第１２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１２に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分に接触せず、かつドレイン電極６の上面、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３２】
図１３は第１３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１３に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する第１の部分と、ドレイン電極６の真下に位置する第２の部分の間にあり、上記第１の部分及び第２の部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつ有機半導体層２の上面に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３３】
図１４は第１４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１４に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する第１の部分と、ドレイン電極６の真下に位置する第２の部分の間にあり、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２を取り囲むいずれの面にも接触しない部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３４】
図１５は第１５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１５に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する第１の部分と、ドレイン電極６の真下に位置する第２の部分の間にあり、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３５】
図１６は第１６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１６に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する第１の部分と、ドレイン電極６の真下に位置する第２の部分の間にあり、上記第１の部分及び第２の部分にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３６】
図１７は第１７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１７に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真下に位置する部分の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３７】
図１８は第１８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１８に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真下に位置する部分の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３８】
図１９は第１９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図１９に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及びドレイン電極６の真下に位置する部分の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１３９】
図２０は第２０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２０に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分に接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、ドレイン電極６の真下に位置する部分、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４０】
図２１は第２１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２１に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、及びドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４１】
図２２は第２２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２２に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも、有機半導体層２の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４２】
図２３は第２３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２３に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の一部、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４３】
図２４は第２４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２４に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の上に形成された有機半導体層２と、絶縁層３が下部に形成されている有機半導体層２の表面を一部覆うように有機半導体層２の上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真下に位置する部分と、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真下に位置する部分に接触せず、かつ絶縁層３の上面の一部、ドレイン電極６の真下に位置する部分の側面、及び有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４４】
図２５は第２５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２５に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、基材１の上面にも接触せず、かつ絶縁層３の下面の一部と接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４５】
図２６は第２６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２６に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、有機半導体層２を取り囲むいずれの面にも接触しない部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４６】
図２７は第２７実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２７に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも、絶縁層３の下面にも接触せず、かつ基板１の上面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４７】
図２８は第２８実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２８に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する第１の部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極の真上に位置する第２の部分の間にあり、上記いずれの電極にも、上記第１の部分及び第２の部分にも接触せず、かつ基板１の上面の一部及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４８】
図２９は第２９実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図２９に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５とドレイン電極６の間にあり、ソース電極５に接触せず、かつ基板１の上面の一部、及びドレイン電極６の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１４９】
図３０は第３０実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３０に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも、基板１の上面にも、絶縁層３の下面にも接触せず、かつドレイン電極６の側面の一部、及びドレイン電極６の真上に位置する部分の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５０】
図３１は第３１実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３１に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも、基板１の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の側面の一部、ドレイン電極６の真上に位置する部分、及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５１】
図３２は第３２実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３２に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分の間にあり、ソース電極５にも、ソース電極５の真上に位置する部分にも接触せず、かつ基板１の上面の一部、ドレイン電極６の側面、ドレイン電極６の真上に位置する部分、及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５２】
図３３は第３３実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３３に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、ドレイン電極６の上面にも接触せず、かつドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部、及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５３】
図３４は第３４実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３４に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、ドレイン電極６の上面にも、絶縁層３の下面にも接触せず、かつドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５４】
図３５は第３５実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３５に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分にも、絶縁層３の下面の一部にも接触せず、かつドレイン電極６の上面、及びドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５５】
図３６は第３６実施形態に係る電界効果型有機薄膜トランジスタの模式断面図である。図３６に示す電界効果型有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５の少なくとも一部及びドレイン電極６の少なくとも一部を覆うようにして形成された有機半導体層２と、有機半導体層２の上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、有機半導体層２の内部のうち、ソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面の間にあり、ソース電極５の真上に位置する部分に接触せず、かつドレイン電極６の上面、ドレイン電極６の真上に位置する部分の側面、及び絶縁層３の下面の一部に接触する部分に形成されたドーピング領域７と、を備えるものである。
【０１５６】
＜有機薄膜トランジスタの製造方法＞
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極、絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を備える有機薄膜トランジスタの製造方法であって、前記有機半導体層の一部に、ドーピング領域を形成する工程を有する、有機薄膜トランジスタの製造方法である。以下、図１に示される第１実施形態の有機薄膜トランジスタを一例として、その製造方法を説明する。
【０１５７】
まず、基板１上にゲート電極４を、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ法等により形成する。なお、ゲート電極４として、高濃度にドープされたｎ−型シリコン基板を用いてもよい。
【０１５８】
次に、ゲート電極４上に絶縁層３を、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法、熱蒸着法、熱酸化法、陽極酸化法、クラスタイオンビーム蒸着法、ＬＢ法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等により形成する。なお、ゲート電極４として、高濃度にドープされたｎ−型シリコン基板を用いる場合には、その表面を熱酸化することにより酸化シリコンの膜を形成することができ、この酸化シリコンの膜を絶縁層３として用いてもよい。
【０１５９】
次に、ソース電極５及びドレイン電極６を絶縁層３上に形成する。図１には図示していないが、その後、ソース電極５及びドレイン電極６と有機半導体層２との間に、電荷注入を促進する層を設けてもよい。
【０１６０】
そして、絶縁層３上に有機半導体層２のうち非ドーピング領域を形成する際には、有機半導体材料として有機溶媒に可溶な化合物を用いることが製造上好ましい。本発明の有機薄膜トランジスタは、当該化合物を有機溶剤に溶解した溶液を用いて、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、マイクロコンタクトプリント法、グラビア・オフセット印刷法等により製造することができる。
【０１６１】
次に、有機半導体層２の内部うち、ソース電極５及びソース電極５の真上に位置する部分と、ドレイン電極６及びドレイン電極６の真上に位置する部分との間にあり、上記いずれの電極にも、上記いずれの部分にも、絶縁層３の上面にも接触せず、かつ有機半導体層２の上面の一部に接触する部分に、ドーピング領域７を形成する。ドーピング領域７の形成には、有機半導体材料と電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を含むインクを用い、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、マイクロコンタクトプリント法等により製造することができる。
【０１６２】
有機薄膜トランジスタを作製後、素子を保護するために有機薄膜トランジスタ上に保護膜を形成することが好ましい。この保護膜により、有機薄膜トランジスタが、大気から遮断され、有機薄膜トランジスタの特性の低下を抑えることができる。また、保護膜により有機薄膜トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成するときの影響を低減することができる。
【０１６３】
保護膜を形成する方法としては、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のＳｉＯＮｘ膜等でカバーする方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うために、有機薄膜トランジスタを作製後、保護膜を形成するまでの工程を大気に曝すことなく（例えば、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等）行うことが好ましい。
【０１６４】
＜有機薄膜トランジスタのキャリア輸送性の向上方法＞
本発明のキャリア輸送性の向上方法は、本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を含むドーピング領域の厚さ、長さ、及び、ドーパント濃度を変化させることを含む、有機薄膜トランジスタのキャリア輸送性の向上方法である。この方法を用いると、有機薄膜トランジスタの閾値電圧やオン／オフ比を大きく劣化させることなく、キャリア輸送性を向上できる点で有用である。また、電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物の濃度や、ドーピング領域の厚さや長さを変化させることにより、キャリア輸送性を制御することも可能である。
【０１６５】
電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を含むドーピング領域の厚さや長さは、塗布条件により調整でき、例えば、溶液の濃度により調整する方法（溶液濃度が高いほどドーピング領域の厚さを厚くすることができる。）により調整できるし、インクジェット法の場合には吐出量により調整できる。溶媒の種類により調整することもできる。
【０１６６】
本発明の有機薄膜トランジスタは、有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ、液晶表示素子に好適に用いることができる。「電子タグ」とは、データを蓄えるＩＣと、データを無線で送受信するアンテナとから構成されるデバイスである。リーダライタと呼ばれる装置によって、電子タグに書き込まれた情報を非接触で読み取ったり、電子タグに情報を非接触で書き込んだりすることができる。
【０１６７】
＜効果の確認方法＞
本発明の有利な効果は実施例として示した実験結果によって裏付けられる。但し、実験結果が示されていない実施形態については、本発明の有利な効果は、確立したシュミレーション方法を用いることにより、計算結果として確認される。
【０１６８】
例えば、シルバコ社のデバイスシミュレーションソフトウェアＡＴＬＡＳを用いて計算を行う場合、素子の形状、電極の仕事関数、半導体層のキャリア移動度、ドーピング位置および濃度、トラップ密度、誘電率、有効状態密度、並びに、温度等の条件を決定し、ポアソン方程式と輸送方程式を自己無撞着に解くことにより、有機薄膜トランジスタの電気特性を計算することができ、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度、オン電流、オフ電流及び閾値電圧等の物性値を計算することが可能である。
【実施例】
【０１６９】
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１７０】
実施例１
図１に示した構造を有する有機薄膜トランジスタを作製した。ゲート電極４となる高濃度にドーピングされたｎ−型シリコン基板の表面を熱酸化し、絶縁層３として膜厚が３００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。次に、フォトリソグラフィー工程によりシリコン酸化膜上にチャネル長１００μｍ、チャネル幅１ｍｍのソース電極５及びドレイン電極６を作製した。ソース電極及びドレイン電極は、シリコン酸化膜側から、クロム及び金をこの順に積層して形成した。ソース電極及びドレイン電極まで形成した基板をアセトンで１０分間超音波洗浄した後、紫外線−オゾン洗浄装置を用いて紫外線を３０分間照射した。その後、フェニルエチルトリクロロシランのトルエン希釈液に該基板を２分間浸漬することにより、該基板の表面をシラン処理した。
【０１７１】
有機半導体材料である前記表３中の式（１１ｇ）で示される化合物を溶媒であるｏ−ジクロロベンゼンに溶解させ、化合物の濃度が０．５重量％である溶液を作製し、該溶液をメンブランフィルターで濾過して塗布液を調製した。
【０１７２】
その後、得られた塗布液を、前記基板のソース電極５及びドレイン電極６を形成した側にスピンコート法により塗布することにより、有機半導体層２として約３６ｎｍの厚さを有する式（１１ｇ）で示される化合物の薄膜を形成した。
【０１７３】
次に、表３中の（１１ｇ）に示される化合物をシクロヘキシルベンゼンに溶解して、化合物の濃度が０．５重量％である第１の溶液と、５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ4ＴＣＮＱ）をｏ−ジクロロベンゼンに溶解させ、Ｆ4ＴＣＮＱの濃度が０．１重量％である第２の溶液を調整し、第１の溶液と第２の溶液とを重量比で１：１となるように混合した混合溶液を作製した。
【０１７４】
その後、前記混合溶液をインクジェット印刷法により、ソース電極５とドレイン電極６との間の領域に形成された式（１１ｇ）で示される化合物の薄膜上に塗布し、Ｆ４ＴＣＮＱが式（１１ｇ）で示される化合物にドープされたドーピング領域７を形成した。
【０１７５】
上述のようにして作製した有機薄膜トランジスタ素子において、ソース・ドレイン間電圧Ｖｓｄを−４０Ｖに設定し、ゲート電圧Ｖｇを４０〜−４０Ｖに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。かかる測定により得られた伝達特性から算出した、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表５に示す。
【０１７６】
比較例１
ドーピング領域を形成する工程を省略した以外は実施例１と同様の操作を行い、電界効果型有機薄膜トランジスタＣ１を作製し、トランジスタ特性を測定した。かかる測定により得られた伝達特性から算出した、電界効果型有機薄膜トランジスタＣ１の電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表５に示す。
【０１７７】
比較例２
式（１１ｇ）で示される化合物とｏ−ジクロロベンゼンからなる溶液にかえて、式（１１ｇ）に示される化合物とＦ4ＴＣＮＱとを１００：１．３の重量比で混合させた混合物を、該混合物の濃度が０．５１重量％となるようにｏ−ジクロロベンゼンに溶解させた溶液を用いて有機半導体層を形成した以外は、比較例１と同様の操作を行い、有機半導体層全体がドーピングされた電界効果型有機薄膜トランジスタＣ２を作製し、トランジスタ特性を測定した。かかる測定により得られた伝達特性から算出した、電界効果型有機薄膜トランジスタＣ２の電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表５に示す。
【０１７８】
【表５】
【０１７９】
実施例２
図１、図２、図３、図５、図６、図９、図１０、及び、図１１に示す構造の有機薄膜トランジスタが、良好なトランジスタのオン・オフ比および閾値電圧を維持しつつ、電界効果移動度を向上させられることを、２次元デバイスシミュレーションにより説明する。シミュレーションにはシルバコ社のＡＴＬＡＳを用いた。ここで温度は３００Ｋ、有機半導体層の膜厚は１００ｎｍ、有機半導体の比誘電率は３、有機半導体の電子親和力は２．８ｅＶ、有機半導体のバンドギャップは２．２ｅＶ、有機半導体の正孔キャリア移動度は０．１５ｃｍ２／Ｖｓ、チャネル長は１０μｍ、チャネル幅は１００μｍ、絶縁膜の膜厚は３００ｎｍ、絶縁膜の比誘電率は３．９、価電子帯および伝導帯の有効状態密度は１０２０ｃｍ−３、電極の仕事関数は５．０ｅＶとしてシミュレーションを実施した。ドーピング領域はｐ型ドープであり、ドープ密度は２×１０２０ｃｍ−３とした。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表６に示す。
【０１８０】
【表６】
【０１８１】
比較例３
図１に示す構造の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層２中にドーピング領域７を含まない構造の有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を、実施例２と同様に計算した。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表７に示す。
【０１８２】
【表７】
【０１８３】
実施例３
図１３、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２１、図２２、及び、図２３に示す構造の有機薄膜トランジスタが、良好なトランジスタのオン・オフ比および閾値電圧を維持しつつ、電界効果移動度を向上させられることを、２次元デバイスシミュレーションにより説明する。シミュレーションにはシルバコ社のＡＴＬＡＳを用いた。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表８に示す。
【０１８４】
【表８】
【０１８５】
比較例４
図１３に示す構造の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層２中にドーピング領域７を含まない構造の有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を、実施例２と同様に計算した。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した、電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表９に示す。
【０１８６】
【表９】
【０１８７】
実施例４
図２５、図２７、図２８、図２９、図３３、図３４、及び、図３５に示す構造の有機薄膜トランジスタが、良好なトランジスタのオン・オフ比および閾値電圧を維持しつつ、電界効果移動度を向上させられることを、２次元デバイスシミュレーションにより説明する。シミュレーションにはシルバコ社のＡＴＬＡＳを用いた。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表１０に示す。
【０１８８】
【表１０】
【０１８９】
比較例５
図２５に示す構造の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層２中にドーピング領域７を含まない構造の有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を、実施例２と同様に計算した。シミュレーションにより得られたトランジスタの伝達特性より算出した、電界効果移動度（移動度）、オン／オフ比及び閾値電圧を表１１に示す。
【０１９０】
【表１１】
【符号の説明】
【０１９１】
１…基板、
２…有機半導体層、
３…絶縁層、
４…ゲート電極、
５…ソース電極、
６…ドレイン電極、
７…電子受容性化合物又は電子供与性化合物を含むドーピング領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む有機半導体層とを備える有機薄膜トランジスタであって、
該有機半導体層が、該ゲート絶縁膜、該ソース電極及び該ドレイン電極と接触しており、
該有機半導体層は、該有機半導体層の膜厚方向において、該ソース電極の真上に位置する部分又は該ソース電極の真下に位置する部分からなる第１の部分と、該ドレイン電極の真上に位置する部分又は該ドレイン電極の真下に位置する部分からなる第２の部分と、第１の部分及び第２の部分とは異なる第３の部分を有し、
該有機半導体層は、
該有機半導体材料のみからなる非ドーピング領域と、
該有機半導体材料と電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物とを含むドーピング領域からなり、
該ドーピング領域の少なくとも一部が該第３の部分に含まれ、
該ドーピング領域は、該ソース電極と接触しておらず、
該第１の部分と該第３の部分との境界の一部又は全部と該第２の部分と該第３の部分との境界の一部又は全部が、同時に該ドーピング領域に含まれることはない有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ドーピング領域は、有機半導体層の面であってゲート絶縁膜に接触している面と対向する面の一部に接触している請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ドーピング領域は、電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を溶媒に溶解させた液を用い、印刷法により形成された領域である請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記有機半導体層に含まれる有機半導体材料が、２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を有する高分子化合物である請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記ドーピング領域に含まれる電子受容性の化合物が、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン、ヘキサデカフルオロ亜鉛フタロシアニン、モリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレン、テトラシアノキノジメタン誘導体又はｐ−ベンゾキノン誘導体である請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記ドーピング領域に含まれる電子供与性の化合物が、テトラチアフルバレン誘導体である請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを備える有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを備える電子タグ。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを備える液晶表示素子。
【請求項１】
ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む有機半導体層とを備える有機薄膜トランジスタであって、
該有機半導体層が、該ゲート絶縁膜、該ソース電極及び該ドレイン電極と接触しており、
該有機半導体層は、該有機半導体層の膜厚方向において、該ソース電極の真上に位置する部分又は該ソース電極の真下に位置する部分からなる第１の部分と、該ドレイン電極の真上に位置する部分又は該ドレイン電極の真下に位置する部分からなる第２の部分と、第１の部分及び第２の部分とは異なる第３の部分を有し、
該有機半導体層は、
該有機半導体材料のみからなる非ドーピング領域と、
該有機半導体材料と電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物とを含むドーピング領域からなり、
該ドーピング領域の少なくとも一部が該第３の部分に含まれ、
該ドーピング領域は、該ソース電極と接触しておらず、
該第１の部分と該第３の部分との境界の一部又は全部と該第２の部分と該第３の部分との境界の一部又は全部が、同時に該ドーピング領域に含まれることはない有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ドーピング領域は、有機半導体層の面であってゲート絶縁膜に接触している面と対向する面の一部に接触している請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ドーピング領域は、電子受容性の化合物又は電子供与性の化合物を溶媒に溶解させた液を用い、印刷法により形成された領域である請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記有機半導体層に含まれる有機半導体材料が、２個の複素環が相互に２箇所で連結された構造単位を有する高分子化合物である請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記ドーピング領域に含まれる電子受容性の化合物が、ヘキサトリアコンタフルオロヘキサトリアコンタハイドロ[５，６]フラーレン、ヘキサデカフルオロ亜鉛フタロシアニン、モリブデントリス−[１，２−ビス（トリフルオロメチル）エタン−１，２−]ジチオレン、テトラシアノキノジメタン誘導体又はｐ−ベンゾキノン誘導体である請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記ドーピング領域に含まれる電子供与性の化合物が、テトラチアフルバレン誘導体である請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを備える有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを備える電子タグ。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを備える液晶表示素子。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１３−６２４９７（Ｐ２０１３−６２４９７Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８２１３０（Ｐ２０１２−１８２１３０）
【出願日】平成２４年８月２１日（２０１２．８．２１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２１日（２０１２．８．２１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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