JP2008235374A - Organic field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のいくつかの態様は、有機電界効果トランジスタに関する。 Some embodiments of the present invention relate to organic field effect transistors.
近年、有機半導体材料を用いた活性層（以下、有機半導体層という。）を備えた有機半導体素子に関する研究が盛んに行なわれている（例えば、特許文献１参照）。このような有機半導体素子に用いられる半導体材料は、低環境負荷、低生産性コスト、簡便な製造プロセス及び機械的柔軟性などの特徴を有している。したがって、このような有機半導体素子は、シリコン等の無機半導体材料を用いた活性層（以下、無機半導体層という。）を備えた従来の無機半導体素子と比較して、低温プロセスによる製造が可能であること、大面積素子の大量生産が可能であること、フレキシブルな半導体素子を製造することができること等の特徴を有する。
しかしながら、現状では、有機半導体素子の性能は無機半導体に及ばず、ディスプレイにおいて画像表示素子としての利用などに応用が限定されると考えられている。有機半導体内をより高速でキャリアが移動できる高移動度の素子や、少ない入力で高い応答性を実現することによって、論理回路素子応用などの幅広い応用に道を拓くことが望まれている。 However, at present, the performance of organic semiconductor elements does not reach that of inorganic semiconductors, and its application is considered to be limited to use as an image display element in a display. It is desired to open the way to a wide range of applications such as logic circuit element applications by realizing a high mobility element capable of moving carriers at a higher speed in an organic semiconductor, and realizing high responsiveness with fewer inputs.
本発明のいくつかの態様は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、デバイス特性を向上させることができる有機電界効果トランジスタを提供することにある。 Some aspects of the present invention have been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an organic field effect transistor capable of improving device characteristics.
本発明に係る有機電界効果トランジスタは、有機半導体層と、前記有機半導体層の一方の面上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機半導体層の一方の面上であって、少なくとも前記ソース電極および前記ドレイン電極間の領域に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上であって、前記有機半導体層の反対側に形成されたゲート電極と、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜の間、又は前記有機半導体層の他方の面上に形成され、前記有機半導体層中にキャリアを補充するキャリア補充層と、を有する。 An organic field effect transistor according to the present invention includes an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode formed on one surface of the organic semiconductor layer, and on one surface of the organic semiconductor layer, A gate insulating film formed in a region between the source electrode and the drain electrode; a gate electrode formed on the gate insulating film opposite to the organic semiconductor layer; and the organic semiconductor layer and the gate insulating film A carrier replenishment layer that is formed between the films or on the other surface of the organic semiconductor layer and replenishes carriers in the organic semiconductor layer.
このような構成によれば、キャリア補充層により、通常のキャパシタンスモデルよりも多いキャリアが有機半導体層に供給され、この結果、ドレイン電流および伝導度を増大させることができる。したがって、従来と同じゲート電圧に対する応答性が向上する。 According to such a configuration, more carriers than the normal capacitance model are supplied to the organic semiconductor layer by the carrier supplement layer, and as a result, the drain current and the conductivity can be increased. Therefore, the response to the same gate voltage as the conventional one is improved.
前記有機半導体層は、１ｃｍ2／Ｖｓ以上のキャリア移動度をもつ材料からなることが好ましい。あるいは、前記有機半導体層は、有機半導体単結晶からなることが好ましい。これにより、キャリア移動度の高い有機電界効果トランジスタを実現できる。 The organic semiconductor layer is preferably made of a material having a carrier mobility of 1 cm 2 / Vs or higher. Alternatively, the organic semiconductor layer is preferably made of an organic semiconductor single crystal. Thereby, an organic field effect transistor with high carrier mobility can be realized.
例えば、前記キャリア補充層は、極性単分子膜からなる。そして、前記極性単分子膜は、分極率０．５以上の分子から形成されていることが好ましい。これにより、極性単分子膜からの優れたキャリア補充効果が得られる。このような分極率を得るため、好適には、前記極性単分子膜は、フッ素を含む。 For example, the carrier supplement layer is made of a polar monomolecular film. The polar monomolecular film is preferably formed of molecules having a polarizability of 0.5 or more. Thereby, an excellent carrier replenishment effect from the polar monomolecular film can be obtained. In order to obtain such a polarizability, the polar monomolecular film preferably contains fluorine.
また、前記有機半導体層がｐ型の場合、前記キャリア補充層は、前記有機半導体層に対してアクセプター性を有する材料からなる。このような構成では、キャリア補充層により有機半導体層中から電子が吸引され、その結果、有機半導体層中にキャリア（ホール）が供給される。 When the organic semiconductor layer is p-type, the carrier supplementary layer is made of a material having acceptor properties with respect to the organic semiconductor layer. In such a configuration, electrons are attracted from the organic semiconductor layer by the carrier supplement layer, and as a result, carriers (holes) are supplied into the organic semiconductor layer.
また、前記有機半導体層がｎ型の場合、前記キャリア補充層は、前記有機半導体層に対してドナー性を有する材料からなる。このような構成では、キャリア補充層により有機半導体層中にキャリアとなる電子が供給される。 When the organic semiconductor layer is n-type, the carrier supplement layer is made of a material having a donor property with respect to the organic semiconductor layer. In such a configuration, electrons serving as carriers are supplied into the organic semiconductor layer by the carrier supplement layer.
さらに、上記の目的を達成するため、本発明に係る有機電界効果トランジスタは、有機半導体層と、前記有機半導体層の一方の面上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機半導体層の一方の面上であって、少なくとも前記ソース電極および前記ドレイン電極間の領域に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上であって、前記有機半導体層の反対側に形成されたゲート電極と、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜の間に介在し、単官能シラン化合物を用いて形成された単分子膜と、を有する。 Furthermore, in order to achieve the above object, an organic field effect transistor according to the present invention includes an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode formed on one surface of the organic semiconductor layer, and the organic semiconductor layer. A gate insulating film formed on at least one region between the source electrode and the drain electrode; and a gate electrode formed on the gate insulating film on the opposite side of the organic semiconductor layer. And a monomolecular film interposed between the organic semiconductor layer and the gate insulating film and formed using a monofunctional silane compound.
このような構成によれば、有機半導体層とゲート絶縁膜の間に、単官能シラン化合物を用いて形成された単分子膜を設けることにより、ソース電極およびドレイン電極表面へ単分子膜が付着することを防止でき、ゲート絶縁膜上にのみ単分子膜を形成することができる。この結果、単分子膜により閾値電圧を制御しつつ、ピンチオフ領域が形成されやすく、より飽和特性が得られやすい有機電界効果トランジスタを実現できる。 According to such a configuration, the monomolecular film adheres to the surface of the source electrode and the drain electrode by providing the monomolecular film formed using the monofunctional silane compound between the organic semiconductor layer and the gate insulating film. This can be prevented, and a monomolecular film can be formed only on the gate insulating film. As a result, it is possible to realize an organic field effect transistor in which a pinch-off region is easily formed and a saturation characteristic is easily obtained while controlling a threshold voltage with a monomolecular film.
前記単官能シラン化合物は、一般式Ｒ1ＳｉＲ2 2Ｘ（式中、Ｒ1はアルキル基またはその誘導体、Ｒ2は不活性基、Ｘは加水分解する基である）により表される。 The monofunctional silane compound is represented by the general formula R 1 SiR 2 2 X (wherein R 1 is an alkyl group or a derivative thereof, R 2 is an inert group, and X is a hydrolyzing group).
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る有機電界効果トランジスタの断面図である。
有機電界効果トランジスタ１は、ゲート電極１１と、ゲート電極１１上に形成されたゲート絶縁膜１２と、ゲート絶縁膜１２上に形成されたソース電極１３およびドレイン電極１４と、ゲート絶縁膜１２上に形成された有機半導体層１５と、有機半導体層１５およびゲート絶縁膜１２の間に形成されたキャリア補充層１６とを有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the organic field effect transistor according to the first embodiment.
The organic
本実施形態に係る電界効果トランジスタ１は、図示しない基板上に形成されている。基板を構成する材料としては、特に限定されないが、樹脂シート、ガラス、セラミック、金属、合金などを適宜用いることができる。
The
上記の基板にゲート電極１１が形成されている。本実施形態では、例えば、ゲート電極１１は、図示しないシリコンウェハに不純物を導入することにより形成された導電性領域からなる。
A
ゲート絶縁膜１２は、例えばポリスチレン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などのポリマー；酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛などの酸化物；ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3などの強誘電性酸化物；窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などを用いることができる。
The
ソース電極１３およびドレイン電極１４は、例えば、金、白金、銅、チタン、クロム、ニッケル、コバルトなどの金属膜からなる。
The
有機半導体層１５は、好ましくは、有機分子が周期的に配列した有機半導体単結晶、またはキャリア移動度が少なくとも１ｃｍ2／Ｖｓ以上と高い有機半導体材料からなることが好ましい。このような化合物としては、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、などオリゴアセン分子、（２）ルブレン、テトラメチルペンタセン、テトラクロロペンタセン、ジフェニルペンタセンなどのオリゴアセン誘導体分子、（３）セクシチオフェンなどオリゴチオフェン分子及びその誘導体分子、（４）ＴＣＮＱ（７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン）及びその誘導体分子、（５）ＴＴＦ（１，４，５，８−テトラチアフルバレン）及びその誘導体分子、（６）ペリレン及びその誘導体分子、（７）ピレン及びその誘導体分子、（８）Ｃ６０などフラーレン分子及びその誘導体分子、（９）フタロシアニン及び銅フタロシアニンなどのメタルフタロシアニン分子及びその誘導体分子、（１０）ポルフィリン及び亜鉛ポルフィリンや鉄ポルフィリンなどのメタルポルフィリン分子及びその誘導体分子、（１１）ＢＥＤＴ−ＴＴＦ（ビスエチレンジチオテトラチオフルバレン）及びその誘導体分子などが挙げられ、特にルブレン、ペンタセンが好ましい。
The
キャリア補充層１６は、ゲート電極１１に印加される電圧に応じて通常誘起されるキャリアに加えて追加のキャリアを供給するものである。このような作用を奏するためには、ｐ型の有機半導体層１５に対しては、キャリア補充層１６は高い電子受容性（アクセプター性）を有することが好ましい。また、ｎ型の有機半導体層１５に対しては、キャリア補充層１６は高い電子供与性（ドナー性）を有することが好ましい。
The
本実施形態では、キャリア補充層１６として、極性単分子膜を使用する。極性単分子膜のアクセプター性またはドナー性は、分極率によって評価できる。なお、分極率の代わりに、電気陰性度または電子親和力によりアクセプター性またはドナー性を評価することもできる。
In this embodiment, a polar monomolecular film is used as the
分極率で評価する場合には、極性単分子膜は、好ましくは０．５以上の分極率を有し、さらに好ましくは２．０以上の分極率を有することが好ましい。０．５以上の分極率を有する極性単分子膜としては、パーフルオロアルキルシラン化合物から形成されることが好ましい。 When evaluating by the polarizability, the polar monomolecular film preferably has a polarizability of 0.5 or more, more preferably 2.0 or more. The polar monomolecular film having a polarizability of 0.5 or more is preferably formed from a perfluoroalkylsilane compound.
ｐ型の有機半導体層１５の場合には、極性単分子膜は、高い電気陰性度をもつ元素や置換基を含むことが好ましい。電気陰性度は、分子内の原子が電子を引き寄せる能力を規定するものであり、この値が高ければそれだけキャリア補充層１６のアクセプター性が高まるからである。このような元素や置換基として、メトキシ基、アルコキシ基、ハロゲン、１４族元素、１５族元素が挙げられる。
In the case of the p-type
次に、上記の本実施形態に係る有機電界効果トランジスタの製造方法の一例について、図２〜図５を参照して説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the organic field effect transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
＜有機半導体単結晶の作製＞
まず、有機半導体層１５の形成方法について説明する。例えば、ルブレン、ペンタセン、テトラセンなどの昇華性有機化合物の単結晶は、フィジカルベーパートランスポートと呼ばれる手法で作製することができる。以下では、ルブレン単結晶を用いた電界効果トランジスタの作製方法について説明する。
<Preparation of organic semiconductor single crystal>
First, a method for forming the
図２は、フィジカルベーパートランスポート法を説明するための図である。この方法は、まず、図２に示すように、温度勾配がつけられる管状電気炉９にアルゴンなどの不活性ガスを流し、管状電気炉９の上流側がより高温となるようにする。次に、この高温部に粉末状の有機半導体原料７、例えばルブレンを載置し、高温部が２２０℃となるように温度設定し、ゆっくり昇華させて下流の低温部で結晶化させる。さらに、得られた結晶８を再度上流部に載置し、結晶化を数回（例えば３回）繰り返すことで、純度の高い有機半導体結晶を得ることができる。このようにして、表面が平坦で正常なルブレン単結晶（典型的な大きさは０．５ｍｍ角程度、厚みが５μｍ以下）が得られる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the physical vapor transport method. In this method, first, as shown in FIG. 2, an inert gas such as argon is allowed to flow through a tubular
＜基板の作製＞
図３に示すように、導電性シリコンウェハをゲート電極１１とし、当該導電性シリコンウェハの表面を酸化処理することにより酸化シリコンからなる５００ｎｍ程度のゲート絶縁膜１２を形成する。続いて、ゲート絶縁膜１２上に、金を１０ｎｍ程度の厚さで真空蒸着し、リソグラフィおよびエッチングによりパターニングして、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。ソース電極１３およびドレイン電極１４間の距離は、例えば５μｍ程度とする。
<Production of substrate>
As shown in FIG. 3, a conductive silicon wafer is used as the
図４に示すように、ゲート絶縁膜１２上にキャリア補充層１６を形成する。キャリア補充層１６の形成方法としては、ＣＶＤ法等の薄膜形成方法が用いられる。例えば、パーフルオロデシルシラン化合物を用いて、極性単分子膜を形成する。
As shown in FIG. 4, a
図５に示すように、図２に示す工程で得られた単結晶からなる有機半導体層１５を、キャリア補充層１６上に自然な静電引力によって貼り合わせることによって、有機電界効果トランジスタ１が作製される。この方法によると、結晶の粒界がなく、ゲート絶縁膜１２との接触面が分子スケールで平坦なトランジスタが構成される。
As shown in FIG. 5, the organic
次に、上記の本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１について、伝達特性とホール効果を測定した。測定対象となる有機電界効果トランジスタ１は、キャリア補充層１６としてパーフルオロデシルシラン化合物からなる極性単分子膜（F-SAMs）を備え、有機半導体層１５としてルブレン単結晶を備えたものを使用した。
Next, the transfer characteristics and the Hall effect were measured for the organic
図６は、有機電界効果トランジスタ１の伝達特性（ゲート電圧ＶGに対するドレイン電流ＩDおよび伝導度σの変化）を示す図である。図６に示すように、閾値（ドレイン電流ＩD−ゲート電圧ＶG曲線の直線部の延長線と横軸の交点であり、本例では約１Ｖ）を越えるとドレイン電流ＩDおよび伝導度σが急激に増大していることがわかる。
FIG. 6 is a diagram showing transfer characteristics (changes in drain current ID and conductivity σ with respect to gate voltage V G ) of organic
図７は、本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１のホール効果の測定結果を示す図である。ホール効果測定では、磁場を伝導面と垂直にかけ、横電圧成分を計測して、ホール係数を求めた。図７の上図にホール係数ＲHの逆数のゲート電圧ＶG（Ｖ）に対する変化の結果を示し、図７の下図にホール移動度μHのゲート電圧に対する変化の図を示す。図７の上図には、通常のキャパシタンスモデルにより得られる値を併記している。
FIG. 7 is a diagram showing the measurement results of the Hall effect of the organic
ホール係数ＲHの逆数は、キャリア密度に対応している。このため、図７の上図に示す結果から、電界印加に従って、キャリア密度が１０倍に増大していることがわかる。図７の下図に示す結果から、ホール移動度は５〜２５ｃｍ2／Ｖｓ程度で、電界を加えるに従って小さくなっている。 The reciprocal of the Hall coefficient R H corresponds to the carrier density. For this reason, it can be seen from the results shown in the upper diagram of FIG. 7 that the carrier density increases 10 times as the electric field is applied. From the results shown in the lower diagram of FIG. 7, the hole mobility is about 5 to 25 cm 2 / Vs, and decreases as the electric field is applied.
図６および図７に示す結果から、キャリア補充層１６として極性単分子膜を設けることにより、通常のキャパシタンスモデルよりも多いキャリアが有機半導体層１５に供給され、この結果、ドレイン電流および伝導度を増大させることができる。以下に、単分子膜の極性による伝導度の増幅効果について調べた結果を示す。
From the results shown in FIG. 6 and FIG. 7, by providing a polar monomolecular film as the
図８に、キャリア補充層１６として極性の弱いメチル基終端単分子膜（with Me-SAMs）と極性の強いフッ素終端単分子膜（with F-SAMs）をそれぞれ用いた場合における、有機電界効果トランジスタ１の伝達特性（ゲート電圧ＶGに対するドレイン電流ＩDの変化）を示し、図９にこのときのホール効果の測定結果を示す。
FIG. 8 shows organic field effect transistors in the case where weakly polar methyl-terminated monolayers (with Me-SAMs) and strong polar fluorine-terminated monolayers (with F-SAMs) are used as the
図８および図９に示す結果から、単分子膜の極性が大きければそれだけ、キャリア注入効果が大きいことがわかる。 From the results shown in FIGS. 8 and 9, it can be seen that the greater the polarity of the monomolecular film, the greater the carrier injection effect.
以上説明したように、本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１によれば、有機半導体層１５のゲート絶縁膜１２側にキャリア補充層１６を設けることにより、通常のキャパシタンスモデルよりも多いキャリアが有機半導体層１５に供給され、この結果、ドレイン電流および伝導度を増大させることができる。したがって、従来と同じゲート電圧に対する応答性が向上する。このため、有機半導体層１５としてキャリア移動度が高いものを選定することにより、高移動度と高応答性を両立させることができる。本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１は、論理回路素子などの低電力素子応用に望ましい特徴を備える。
As described above, according to the organic
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態に係る有機電界効果トランジスタの断面図である。
有機電界効果トランジスタ１は、ゲート電極１１と、ゲート電極１１上に形成されたゲート絶縁膜１２と、ゲート絶縁膜１２上に形成されたソース電極１３およびドレイン電極１４と、ゲート絶縁膜１２上に形成された有機半導体層１５と、有機半導体層１５上に形成されたキャリア補充層１７とを有する。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view of an organic field effect transistor according to the second embodiment.
The organic
本実施形態に係る電界効果トランジスタ１では、キャリア補充層１７が、ゲート絶縁膜１２とは反対側における有機半導体層１５上に形成されている点が第１実施形態と異なる。ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、ソース電極１３、ドレイン電極１４、有機半導体層１５の構成については、第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
The
キャリア補充層１７は、ゲート電極１１に印加される電圧に応じて通常誘起されるキャリアに加えて追加のキャリアを供給するものである。このような作用を奏するためには、ｐ型の有機半導体層１５に対しては、キャリア補充層１７は電子受容性（アクセプター性）が高いことが好ましい。また、ｎ型の有機半導体層１５に対しては、キャリア補充層１７は電子供与性（ドナー性）が高いことが好ましい。
The
アクセプター性のキャリア補充層１７として、Ｆ4−ＴＣＮＱ、ＴＣＮＱなどを用いることができる。また、ドナー性のキャリア補充層１７として、ＴＴＦ、ＢＥＤＴ−ＴＴＦ、ＢＥＴＳ、ＭＤＴ−ＴＴＦ、ＤＭＥＴ、ＯＭＴＴＦ、ＯＭＴＳＦ、ＨＭＴＴＦ、ＨＭＴＳＦ、ＴＭＴＴＦ、ＴＭＴＳＦなどのＴＴＦ系分子、ＴＭＰＤ、ＤＡＰ，ＴＤＡＰ、ＴＤＡＥなどのアミン系ドナー分子などを用いることができる。なお、キャリア補充層１７として、第１実施形態と同様に、極性単分子膜を使用してもよい。
As the acceptor
次に、上記の本実施形態に係る有機電界効果トランジスタの製造方法の一例について、図１１〜図１３を参照して説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the organic field effect transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
＜有機半導体単結晶の作製＞
まず、第１実施形態と同様にして、フィジカルベーパートランスポート法により、単結晶の有機半導体層１５を形成する（図２参照）。
<Preparation of organic semiconductor single crystal>
First, similarly to the first embodiment, a single crystal
＜基板の作製＞
図１１に示すように、導電性シリコンウェハをゲート電極１１とし、当該導電性シリコンウェハの表面を酸化処理することにより酸化シリコンからなる５００ｎｍ程度のゲート絶縁膜１２を形成する。続いて、ゲート絶縁膜１２上に、金を１０ｎｍ程度の厚さで真空蒸着し、リソグラフィおよびエッチングによりパターニングして、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。ソース電極１３およびドレイン電極１４間の距離は、例えば５μｍ程度とする。
<Production of substrate>
As shown in FIG. 11, a conductive silicon wafer is used as the
図１２に示すように、先の工程で得られた単結晶からなる有機半導体層１５を、ゲート絶縁膜１２上に自然な静電引力によって貼り合わせる。この方法によると、結晶の粒界がなく、ゲート絶縁膜１２との接触面が分子スケールで平坦なものとなる。
As shown in FIG. 12, the
図１３に示すように、有機半導体層１５上にキャリア補充層１７を形成する。キャリア補充層１７として、例えば真空蒸着により、Ｆ4−ＴＣＮＱ膜を形成する。
As shown in FIG. 13, a
次に、上記の本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１について、伝達特性とホール効果を測定した。測定対象となる有機電界効果トランジスタ１は、キャリア補充層１７としてＦ4−ＴＣＮＱ膜を備え、有機半導体層１５としてルブレン単結晶を備えたものを使用した。
Next, the transfer characteristics and the Hall effect were measured for the organic
図１４は、第２実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１の伝達特性（ゲート電圧ＶGに対するドレイン電流ＩDおよび伝導度σの変化）を示す。図１４に示すように、閾値（ドレイン電流ＩD−ゲート電圧ＶG曲線の直線部の延長線と横軸の交点であり、本例では約１Ｖ）を越えると、ドレイン電流ＩDおよび伝導度σが急激に増大していることがわかる。
FIG. 14 shows transfer characteristics (changes in drain current ID and conductivity σ with respect to gate voltage V G ) of the organic
図１５は、本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１のホール効果の測定結果を示す図である。ホール効果測定では、磁場を伝導面と垂直にかけ、横電圧成分を計測して、ホール係数を求めた。図１５の上図にホール係数ＲHの逆数のゲート電圧ＶG（Ｖ）に対する変化の結果を示し、図１５の下図にホール移動度μHのゲート電圧に対する変化の図を示す。図１５の上図には、通常のキャパシタンスモデルにより得られる値を併記している。
FIG. 15 is a diagram showing a measurement result of the Hall effect of the organic
ホール係数ＲHの逆数は、キャリア密度に対応している。このため、図１５の上図に示す結果から、電界印加に従って、キャリア密度が２〜３倍に増大していることがわかる。図１５の下図に示す結果から、ホール移動度は２ｃｍ2／Ｖｓに維持されている。また、第１実施形態と比べて、−２０Ｖ程度と高いゲート電圧（負）の領域にまでキャリア増大効果が持続していることも特徴的である。 The reciprocal of the Hall coefficient R H corresponds to the carrier density. For this reason, it can be seen from the results shown in the upper diagram of FIG. 15 that the carrier density increases 2 to 3 times as the electric field is applied. From the results shown in the lower diagram of FIG. 15, the hole mobility is maintained at 2 cm 2 / Vs. Further, as compared with the first embodiment, it is also characteristic that the carrier increasing effect is sustained even in a region of a high gate voltage (negative) of about −20V.
以上の図１４および図１５に示す結果から、ｐ型の有機半導体層１５を用いる場合に、キャリア補充層１７としてＦ4−ＴＣＮＱ膜等のアクセプター性の膜を設けることにより、通常のキャパシタンスモデルよりも多いキャリアが有機半導体層１５に供給され、この結果、ドレイン電流および伝導度を増大させることができる。なお、ｎ型の有機半導体層１５については、ドナー性のキャリア補充層１７を設けることにより、同様の効果が期待できる。
From the results shown in FIG. 14 and FIG. 15, when the p-type
以上説明したように、本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１によれば、ゲート絶縁膜１２とは反対側における有機半導体層１５上にキャリア補充層１７を設けることにより、通常のキャパシタンスモデルよりも多いキャリアが有機半導体層１５に供給され、この結果、ドレイン電流および伝導度を増大させることができる。したがって、従来と同じゲート電圧に対する応答性が向上する。このため、有機半導体層１５としてキャリア移動度が高いものを選定することにより、高移動度と高応答性を両立させることができる。本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１は、論理回路素子などの低電力素子応用に望ましい特徴を備える。
As described above, according to the organic
（第３実施形態）
図１６は、本実施形態に係る有機電界効果トランジスタの断面図である。
有機電界効果トランジスタ１は、ゲート電極１１と、ゲート電極１１上に形成されたゲート絶縁膜１２と、ゲート絶縁膜１２上に形成されたソース電極１３およびドレイン電極１４と、ゲート絶縁膜１２上に形成された有機半導体層１５と、有機半導体層１５およびゲート絶縁膜１２の間に形成された単分子膜１８とを有する。
(Third embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view of the organic field effect transistor according to the present embodiment.
The organic
本実施形態に係る電界効果トランジスタ１は、有機半導体層１５とゲート絶縁膜１２の間に単分子膜１８が形成されているものである。ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、ソース電極１３、ドレイン電極１４、有機半導体層１５の構成については、第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
In the
単分子膜１８は、有機半導体層１５の閾値電圧（Ｖth）を所望の値に制御するものである。本実施形態では、単分子膜１８は、単官能シラン化合物を用いて形成される。ゲート絶縁膜１２上に吸着した状態において、単分子膜１８は、単官能シラン化合物の単官能基が加水分解された構造となっている。
The
具体的には、単官能シラン化合物として、Ｒ1ＳｉＲ2 2Ｘの一般式で表される単官能シラン化合物を利用できる。Ｒ1を変えることにより、有機半導体層１５の閾値電圧特性を制御することができる。Ｒ1は、例えば、トリフルオロメチル基（−ＣＦ3）、アミノ基（−ＮＨ2）等を含むアルキル基である。Ｒ2は、アルキル基等の不活性基である。ここで不活性基とは、単分子膜を形成する反応において基板表面または分子間で結合を形成ししないものをいう。単官能シラン化合物の立体障害を少なくして、多くの単分子膜１８をゲート絶縁膜１２上に吸着させる観点からは、Ｒ2はメチル基などの小さい基であることが好ましい。また、シリコン原子に結合する二つのＲ2は、異なったものでも良い。Ｘは、ゲート絶縁膜１２上への化学吸着に寄与する基であり、ハロゲン、アルコキシ基等の加水分解性の基からなる。Ｘが加水分解することにより、単分子膜１８がゲート絶縁膜１２上に吸着する。
Specifically, a monofunctional silane compound represented by the general formula of R 1 SiR 2 2 X can be used as the monofunctional silane compound. By changing R 1 , the threshold voltage characteristics of the
単官能シラン化合物は、２官能シラン化合物（Ｒ1ＳｉＲ2Ｘ2）や３官能シラン化合物（Ｒ1ＳｉＸ3）に比べて吸着性が低くなる。このため、単分子膜１８が、ソース電極１３およびドレイン電極１４に吸着するのを抑制することができ、ゲート絶縁膜１２上にのみ単分子膜１８を吸着させることができる。
The monofunctional silane compound has a lower adsorptivity than the bifunctional silane compound (R 1 SiR 2 X 2 ) or the trifunctional silane compound (R 1 SiX 3 ). For this reason, the
次に、上記の本実施形態に係る有機電界効果トランジスタの製造方法の一例について、図１７〜図１９を参照して説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the organic field effect transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
＜有機半導体単結晶の作製＞
まず、第１実施形態と同様にして、フィジカルベーパートランスポート法により、単結晶の有機半導体層１５を形成する（図２参照）。
<Preparation of organic semiconductor single crystal>
First, similarly to the first embodiment, a single crystal
＜基板の作製＞
図１７に示すように、導電性シリコンウェハをゲート電極１１とし、当該導電性シリコンウェハの表面を酸化処理することにより酸化シリコンからなる５００ｎｍ程度のゲート絶縁膜１２を形成する。続いて、ゲート絶縁膜１２上に、金を１０ｎｍ程度の厚さで真空蒸着し、リソグラフィおよびエッチングによりパターニングして、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。ソース電極１３およびドレイン電極１４間の距離は、例えば５μ程度とする。
<Production of substrate>
As shown in FIG. 17, a conductive silicon wafer is used as the
図１８に示すように、ゲート絶縁膜１２上に単分子膜１８を形成する。単分子膜１８の形成方法としては、ＣＶＤ法等の気相法や、スピンコート法やディッピング法などの液相を用いた方法によって形成してもよい。
As shown in FIG. 18, a
図１９に示すように、先の工程で得られた単結晶からなる有機半導体層１５を、単分子膜１８上に自然な静電引力によって貼り合わせることによって、有機電界効果トランジスタ１が作製される。この方法によると、結晶の粒界がなく、ゲート絶縁膜１２との接触面が分子スケールで平坦なトランジスタが構成される。
As shown in FIG. 19, the organic
次に、上記の本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１の効果について説明する。
Next, the effect of the organic
図２０に、本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１の電流―電圧特性（ドレイン電圧ＶDに対するドレイン電流ＩDの変化）を示す。本実施形態として、ゲート絶縁膜１２の表面に単官能シラン化合物ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｃｌを用いて単分子膜１８を形成した有機電界効果トランジスタ１を用いた。
FIG. 20 shows current-voltage characteristics (changes in drain current I D with respect to drain voltage V D ) of the organic
図２１に、比較例の有機電界効果トランジスタの電流―電圧特性を示す。比較例では、ゲート絶縁膜１２の表面に３官能シラン化合物ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3を用いて単分子膜１８を形成した有機電界効果トランジスタを用いた。
FIG. 21 shows current-voltage characteristics of the organic field effect transistor of the comparative example. In the comparative example, an organic field effect transistor in which a
図２０および図２１より、２種類のシラン化合物から形成した単分子膜上のデバイスの特性を比較すると、ドレイン電極１４上のシラン化合物の付着を排除した本実施形態に係る有機電界効果トランジスタ１において、よりピンチオフ領域が形成されやすく、その結果、より飽和特性が得られやすい傾向が現れた。
20 and 21, when comparing the characteristics of the device on the monomolecular film formed from two types of silane compounds, in the organic
以上説明したように、本実施形態に係る有機電界効果トランジスタによれば、有機半導体層１５とゲート絶縁膜１２の間に、単官能シラン化合物の単官能基が加水分解された状態にある単分子膜１８を設けることにより、ゲート絶縁膜１２上にのみ単分子膜１８を形成することができる。この結果、単分子膜１８により閾値電圧を制御しつつ、ピンチオフ領域が形成されやすく、より飽和特性が得られやすい有機電界効果トランジスタを実現することができる。
As described above, according to the organic field effect transistor according to the present embodiment, the monomolecule in which the monofunctional group of the monofunctional silane compound is hydrolyzed between the
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１…有機電界効果トランジスタ、１１…ゲート電極、１２…ゲート絶縁膜、１３…ソース電極、１４…ドレイン電極、１５…有機半導体層、１６…キャリア補充層、１７…キャリア補充層、１８…単分子膜
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記有機半導体層の一方の面上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記有機半導体層の一方の面上であって、少なくとも前記ソース電極および前記ドレイン電極間の領域に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上であって、前記有機半導体層の反対側に形成されたゲート電極と、
前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜の間、又は前記有機半導体層の他方の面上に形成され、前記有機半導体層中にキャリアを補充するキャリア補充層と、
を有する有機電界効果トランジスタ。 An organic semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on one surface of the organic semiconductor layer;
A gate insulating film formed on one surface of the organic semiconductor layer and at least in a region between the source electrode and the drain electrode;
A gate electrode formed on the gate insulating film and on the opposite side of the organic semiconductor layer;
A carrier replenishment layer formed between the organic semiconductor layer and the gate insulating film or on the other surface of the organic semiconductor layer and replenishing carriers in the organic semiconductor layer;
An organic field effect transistor.
請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。 The organic semiconductor layer is made of a material having a carrier mobility of 1 cm 2 / Vs or higher.
The organic field effect transistor according to claim 1.
請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。 The organic semiconductor layer is made of an organic semiconductor single crystal.
The organic field effect transistor according to claim 1.
請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。 The carrier supplement layer is made of a polar monomolecular film,
The organic field effect transistor according to claim 1.
請求項４記載の有機電界効果トランジスタ。 The polar monomolecular film is formed from molecules having a polarizability of 0.5 or more.
The organic field effect transistor according to claim 4.
請求項４記載の有機電界効果トランジスタ。 The polar monomolecular film contains fluorine,
The organic field effect transistor according to claim 4.
請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。 The organic semiconductor layer is p-type, and the carrier supplementation layer is made of a material having acceptor properties with respect to the organic semiconductor layer.
The organic field effect transistor according to claim 1.
請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。 The organic semiconductor layer is n-type, and the carrier supplementary layer is made of a material having a donor property with respect to the organic semiconductor layer.
The organic field effect transistor according to claim 1.
前記有機半導体層の一方の面上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記有機半導体層の一方の面上であって、少なくとも前記ソース電極および前記ドレイン電極間の領域に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上であって、前記有機半導体層の反対側に形成されたゲート電極と、
前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜の間に介在し、単官能シラン化合物を用いて形成された単分子膜と、
を有する有機電界効果トランジスタ。 An organic semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on one surface of the organic semiconductor layer;
A gate insulating film formed on one surface of the organic semiconductor layer and at least in a region between the source electrode and the drain electrode;
A gate electrode formed on the gate insulating film and on the opposite side of the organic semiconductor layer;
A monomolecular film interposed between the organic semiconductor layer and the gate insulating film and formed using a monofunctional silane compound;
An organic field effect transistor.
請求項９記載の有機電界効果トランジスタ。 The monofunctional silane compound is represented by the general formula R 1 SiR 2 2 X (wherein R 1 is an alkyl group or a derivative thereof, R 2 is an inert group, and X is a hydrolyzing group).
The organic field effect transistor according to claim 9.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011060828A (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-24 | Kyushu Institute Of Technology | Field effect organic transistor and method of manufacturing the same |
| JP2011198848A (en) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Mitsubishi Electric Corp | Photoelectric converter and method of manufacturing the same |
| EP3182462A4 (en) * | 2014-08-12 | 2018-04-25 | Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems | Back gate field-effect transistor based on friction and contact electrification effects |
| CN110854268A (en) * | 2019-11-13 | 2020-02-28 | 中国科学院化学研究所 | Method for eliminating photoresponse of organic field effect transistor |
| JP2020038133A (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 国立大学法人 東京大学 | Organic semiconductor device, strain sensor, vibration sensor and manufacturing method of organic semiconductor |
| CN115132923A (en) * | 2021-08-23 | 2022-09-30 | 天津大学 | Photostable organic field effect transistor |
-
2007
- 2007-03-16 JP JP2007069485A patent/JP2008235374A/en active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011060828A (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-24 | Kyushu Institute Of Technology | Field effect organic transistor and method of manufacturing the same |
| JP2011198848A (en) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Mitsubishi Electric Corp | Photoelectric converter and method of manufacturing the same |
| EP3182462A4 (en) * | 2014-08-12 | 2018-04-25 | Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems | Back gate field-effect transistor based on friction and contact electrification effects |
| JP2020038133A (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 国立大学法人 東京大学 | Organic semiconductor device, strain sensor, vibration sensor and manufacturing method of organic semiconductor |
| WO2020050288A1 (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 国立大学法人東京大学 | Organic semiconductor element, strain sensor, vibration sensor, and manufacturing method for organic semiconductor element |
| CN112997332A (en) * | 2018-09-04 | 2021-06-18 | 国立大学法人东京大学 | Organic semiconductor element, strain sensor, vibration sensor, and method for manufacturing organic semiconductor element |
| EP3848987A4 (en) * | 2018-09-04 | 2022-05-25 | The University of Tokyo | Organic semiconductor element, strain sensor, vibration sensor, and manufacturing method for organic semiconductor element |
| JP7249001B2 (en) | 2018-09-04 | 2023-03-30 | 国立大学法人 東京大学 | Organic semiconductor element, strain sensor, vibration sensor, and method for manufacturing organic semiconductor element |
| CN110854268A (en) * | 2019-11-13 | 2020-02-28 | 中国科学院化学研究所 | Method for eliminating photoresponse of organic field effect transistor |
| CN110854268B (en) * | 2019-11-13 | 2021-06-22 | 中国科学院化学研究所 | Method for eliminating photoresponse of organic field effect transistor |
| CN115132923A (en) * | 2021-08-23 | 2022-09-30 | 天津大学 | Photostable organic field effect transistor |
| CN115132923B (en) * | 2021-08-23 | 2023-10-17 | 天津大学 | Light stable organic field effect transistor |
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