JP4735129B2 - 電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4735129B2
JP4735129B2 JP2005242231A JP2005242231A JP4735129B2 JP 4735129 B2 JP4735129 B2 JP 4735129B2 JP 2005242231 A JP2005242231 A JP 2005242231A JP 2005242231 A JP2005242231 A JP 2005242231A JP 4735129 B2 JP4735129 B2 JP 4735129B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
organic semiconductor
functional organic
field effect
effect transistor
injection material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005242231A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006074038A (ja
Inventor
ラッセル デイビット
ニューサム クリストファー
クグラー トーマス
リー シュンプ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of JP2006074038A publication Critical patent/JP2006074038A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4735129B2 publication Critical patent/JP4735129B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40Organic transistors
    • H10K10/46Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/484Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40Organic transistors
    • H10K10/46Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/464Lateral top-gate IGFETs comprising only a single gate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40Organic transistors
    • H10K10/46Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/466Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/80Constructional details
    • H10K10/82Electrodes
    • H10K10/84Ohmic electrodes, e.g. source or drain electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/20Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning
    • H10K71/231Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning by etching of existing layers
    • H10K71/236Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning by etching of existing layers using printing techniques, e.g. applying the etch liquid using an ink jet printer
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10Organic polymers or oligomers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は、有機半導体層を含む電界効果トランジスタ、特に有機半導体層と該半導体層に関連した電極間の電荷キャリアーの移動が容易である該トランジスタに関する。
ポリフルオレン、ペンタセン、ポリチオフェンまたはフルオレンとチオフェンとのコポリマーなどの有機物質から形成される半導体を含む電界効果トランジスタを作ることは周知である。とりわけ、有機半導体層は、該半導体層に電流を供給するために配置されたソース電極と接触している。ソース電極は、金などの金属または炭素から形成されているので比較的高い伝導度を有するはずである。これは、表示装置で使用される電界効果トランジスタの大規模配列の場合に特に望ましい。
有機半導体と金属または炭素ソース電極の間の接触は、非特許文献1および非特許文献2に示されているように、しばしば非オーム的である。この非オーム的接触は、ソース電極から有機半導体層への電荷キャリアーの注入を妨げる接触抵抗を生じる結果になる。有機薄膜トランジスタにおけるこの非オーム的接触は、通常、メガオーム/mmの領域にあり(非特許文献3)、トランジスタのしきい値電圧が上方へシフトしてれば非オーム的接触がある。これによって、トランジスタを操作するのに必要な電圧が上がるという不利益がもたらされる。
ソース電極と有機半導体層の間の界面における高い接触抵抗の問題に取り組むためにいくつか提案がなされている。例えば、非特許文献4によると、ソース電極の上に自己集合した単層を積層することにより、該電極の化学的特性を変えることが提案されている。一方、非特許文献5によると、電極と半導体の界面の形状の変更が提案されている。最後に、非特許文献6によると、有機半導体の注入特性を高めて電極との接合点における接触抵抗を下げる有機半導体の電気化学的ドーピングが提案されている。
これら以前になされた提案の内、商業的に成功することが証明されたものはない。特に、これらの提案の方法は採用するには比較的高価であり、および/または結果として接触抵抗が十分下がらない。
本発明者らは、有機半導体層とソース電極の間の高い接触抵抗は、電荷キャリアーがソース電極から機能性有機半導体へ移動する間に越えねばならないエネルギー障壁の存在によるものであることに気づいた。このエネルギー障壁は、ソース電極を形成する物質のフェルミ・エネルギーと有機半導体の価電子帯端部エネルギーとの間のエネルギーの差によるものである。通常、このエネルギー障壁は、1.5〜2eVの範囲にある。例えば、ソース電極が金から形成され、機能性有機半導体がチオフェンから形成されている場合、該エネルギー障壁は1.7eVである。
本発明者らは、ソース電極と有機半導体層の間に注入物質の領域を設け、該電極と該半導体層との間の電荷キャリアーの移動を容易にすることによりこのエネルギー障壁の効果は下げられる可能性があると考えた。該注入物質により中間エネルギー段階が得られる。該段階では、ソース電極を形成する物質のフェルミ・エネルギーと有機半導体の価電子帯端部エネルギーとの間のエネルギーを、該電荷キャリアーが所有することができる。該段階は電荷キャリアーがこのように遷移するのを助長するので、電荷キャリアーはソース電極から有機半導体層へ移動する。
特許文献1および2には、ソース電極と、機能性有機半導体層と、電荷キャリアーを該電極から該半導体層に移動させる注入物質層とを含む電界効果トランジスタが記載されている。特許文献1では、注入物質は積層金属カルコゲナイドである。金属カルコゲナイドは、ソース電極とドレイン電極とを架橋する広がりのある層として積層され、次いで、パターン形成工程に供されねばならない。特許文献2では、注入物質はニトリルまたはイソニトリルの層である。この層は、電極形成物質に対して一定の親和力を持つように選択されている注入物質により、電極上にパターンとして積層される。
国際公開第2003/041184号公報 国際公開第2004/004022号公報 エヌ・コッホら(N.Koch et al)著,アプライド・フィジカル・レターズ(Appl.Phys.Letts.),第82巻,2003年 イー・ブランドンら(E.Brandon et al)著,アプライド・フィジカル・レターズ(Appl.Phys.Letts.),第83巻,2003年 イー・ジェー・マイガー(E.J.Meiger)著,アプライド・フィジカル・レターズ(Appl.Phys.Letts.),第82巻,2003年 エス・エッチ・キムら(S.H.Kim et al)著,ジャーナル・オブ・ザ・コリアン・フィジカル・ソサイアティ(J.Korean.Phys.Soc.)第42巻,2003年 アール・エー・ストリートら(R.A.Street et al)著,アプライド・フィジカル・レターズ(Appl.Phys.Letts.),第81巻,2002年 エル・エドマンら(L.Edman et al)著,アプライド・フィジカル・レターズ(Appl.Phys.Letts.),第84巻,2004年
本発明の目的は、電界効果トランジスタのソース電極と機能性有機半導体層との間に注入物質の領域を設け、上記の手段に代わるより単純な手段を提供することである。
上記に鑑み、本発明による電界効果トランジスタは、金属または炭素からなるソース電極、機能性有機半導体層および前記機能性有機半導体層を貫通して延在する円柱状の注入物質を含む電界効果トランジスタであって、前記円柱状の注入物質が前記ソース電極および前記機能性有機半導体層の両方と接触しており、前記円柱状の注入物質は、有機半導体ポリマー又は有機導体ポリマーから形成され、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体との界面において、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体とが互いに混合されていることを特徴とする。
前の段落および本明細書の各所で使用される用語「機能性有機半導体」は、有機分子から形成され、電界効果トランジスタの機能において能動的役割を果たす半導体を意味する。この文脈では、電界効果トランジスタは通常薄膜トランジスタである。
ソース電極および機能性有機半導体の両方に接触し、該半導体を貫通して延在している円柱状注入物質は、ソース電極から有機半導体への電荷キャリアーの移動を容易にし、このようにして接触抵抗を低減する機能を有する。該電極内の電荷のキャリアーエネルギー・レベルと有機半導体内の電荷キャリアーのエネルギー・レベルとの間の利用可能なエネルギー・レベルという形をした中間段階が、注入物質から得られる。利用可能なエネルギー・レベルは、電荷キャリアーがソース電極から該半導体に移動中に、該キャリアーにより越えられる。該電極中の電荷キャリアーのエネルギーは、該電極を形成している物質のフェルミ・エネルギーに相当する。該半導体中の電荷キャリアーのエネルギーは、機能性有機半導体の価電子帯端部エネルギーに相当する。注入物質は、価電子帯端部エネルギーが、該電極を形成している物質のフェルミ・エネルギーと機能性有機半導体の価電子帯端部エネルギーとの間にあるように選択される。
好ましい形態によると、注入物質の価電子帯端部エネルギーは、ソース電極を形成している物質のフェルミ・エネルギーと機能性有機半導体の価電子帯端部エネルギーとの間の中間にあるはずである。この点に留意すると、注入層を形成する物質は、
Figure 0004735129
より大きく、且つ
Figure 0004735129
より小さい、価電子帯端部エネルギーを有するのが好ましく、式中Sは機能性有機半導体の価電子帯端部エネルギーであり、Eはソース電極を形成する物質のフェルミ・エネルギーである。
機能性有機半導体の価電子帯端部エネルギーおよびソース電極を形成する物質のフェルミ・エネルギーは、(ジェー・ダブリュー・ラバレス(J.W.Rabalais)著,「紫外光電子分光法の原理」,1977年ウィリー(Wiley)社発行およびエッチ・シイ(H.Ishii)ら著,アドバンスト・マテリアルズ(Adv.Mater).,11,1999年)において教示されている紫外光電子分光法(UPS)の技法により測定することができる。物質の価電子帯端部エネルギーの値は、(ディ・エー・スクーグ(D.A.Skoog)ら著,「機器分析の原理」の第25章,サウンダース・カレッジ・パブリッシング(Saunders College Publishing),フィラデルフィア(Philadelphia))において教示された化学ドーピングの方法によっても測定することができる。
注入層を形成する物質の価電子帯端部エネルギーが、
Figure 0004735129
より大きく、且つ
Figure 0004735129
より小さくなる、ことはより好ましく、式中SおよびEは上で規定された通りである。
最も好ましいのは、注入層を形成する物質の価電子帯端部エネルギーが、
Figure 0004735129
より大きく、且つ
Figure 0004735129
より小さくなる、ことである。
ソース電極は、金などの金属から形成されるのが好ましい。機能性有機半導体は、ポリフルオレン、ペンタセン、ポリチオフェンまたはフルオレンとチオフェンとのコポリマーから形成されるのが好ましい。
(エッチ・イシイ(H.Ishii)らにより,アドバンスツ・マテリアルズ(Adv.Mater.),11,1999年)において論議されているように、有機物質と金属との界面よりも有機物質同士の界面の方が、優れた注入特性を与える。その結果、注入物質は、有機半導体ポリマーから形成されるのが好ましい。この種のポリマーには、例えば、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)およびポリアリールアミン(PAA)がある。一方、注入物質は、有機導体物質から形成されうる。この種の導体には、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリスチレンスルホン酸(PEDOT:PSS)およびポリアニリン(PANI)がある。
また、本発明の別の形態によると、円柱状の注入物質と機能性有機半導体との界面において、円柱状の注入物質と機能性有機半導体とが互いに混合されていることが好ましい。
別の形態によると、本発明は、
(i)前記電界効果トランジスタの金属または炭素からなるソース電極およびドレイン電極を基板上に積層する工程と、
(ii)機能性有機半導体の層を前記ソース電極および前記ドレイン電極の上に積層する工程と、
(iii)前記機能性有機半導体を貫通して前記ソース電極まで延びているバイアホールを形成する工程と、
(iv)前記バイアホール内に、前記ソース電極と接触する円柱状の注入物質を積層する工程と、
(v)前記機能性有機半導体層の上に絶縁層を積層する工程と、
(vi)前記電界効果トランジスタのゲート電極となる伝導物質を前記絶縁層上に積層する工程とを含み、
前記ソース電極とチャネルとの間に前記円柱状の注入物質が配置され、前記工程(iv)は、前記機能性有機半導体が少なくとも部分的に可溶である溶媒又は分散媒と前記注入物質とを含む溶液又は分散体を、前記バイアホールに配置する工程を含み、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体との界面において、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体とが互いに混合される電界効果トランジスタを形成する方法を提供する。
別の形態によると、本発明は、
(i)前記電界効果トランジスタのゲート電極となる伝導物質を基板上に積層する工程と、
(ii)前記ゲート電極の上に絶縁層を積層する工程と、
(iii)前記絶縁層の上に機能性有機半導体の層を積層する工程と、
(iv)前記機能性有機半導体中にバイアホールを形成する工程と、
(v)前記バイアホール内に円柱状の注入物質を積層する工程と、
(vi)前記円柱状の注入物質と接触するように、前記電界効果トランジスタの金属または炭素からなるソース電極を前記機能性有機半導体の上に積層する工程とを含み、
前記ソース電極とチャネルとの間に前記円柱状の注入物質が配置され、前記工程(v)は、前記機能性有機半導体が少なくとも部分的に可溶である溶媒又は分散媒と前記注入物質とを含む溶液又は分散体を、前記バイアホールに配置する工程を含み、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体との界面において、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体とが互いに混合される電界効果トランジスタを形成する方法を提供する。
本発明の特に好ましい形態では、注入物質はインクジェット印刷によりバイアホール内に積層される。
本発明は、電界効果トランジスタのソース電極と機能性有機半導体層との間に円柱状の注入物質の領域を設けることにより、トランジスタ装置のしきい値電圧を下げ、ソース・ドレイン電流を上げる効果がある。
ここで、具体的な実施形態および添付図面を参照して、本発明についてさらに詳細に説明する。
まず図1を見る。この図は、本発明の第1の実施形態であるトップゲートとボトム接点とからなる薄膜トランジスタ10の横断面を概略示している。トランジスタ10は、プラスチック、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN)、またはガラスなどの通常用いられている物質から形成される基板12を含む。ソース電極14およびドレイン電極16は、それぞれ、伝導性粒子分散体のホトリソグラフィまたはインクジェット印刷など普通の技法により基板上でパターン化される。これらの電極は、金、クロムまたは白金などの適切な金属、または炭素から形成される。これらの電極の厚さは、約100nmである。
次いで、約50nmの厚さを有する有機半導体層20が、スピン・コーティングにより積層される。有機半導体は、ポリフルオレン、ペンタセン、ポリチオフェン、フルオレンとチオフェンとのコポリマー、またはこれらの誘導体から形成することができる。
次いで、バイアホールが半導体層20を貫通して作られる。これは、例えば、(テイー・カワセ(T.Kawase)らにより、アドバンスツ・マテリアルズ(Advanced Materials),13,No.21,2001)において教示された溶媒穿孔法により行うことができる。溶媒穿孔は、有機半導体を溶解して所望の位置にバイアホールを残すために有機半導体用の溶媒を選択的にインクジェット印刷することにより行うことができる。溶媒の選択は当然有機半導体に依存し、ジクロロベンゼンのような高い沸点を有する有機溶媒が好ましい。溶媒穿孔により形成されたバイアホールの直径は、典型的には20〜60μm、より典型的には30〜50μmになる。一方、バイアホールはマイクロ・エンボス加工により形成することができ、該加工は、1μmまたはそれ以下の直径を有するもっと小さな孔も形成することができる。
図2に示されたように、次いで、インクジェット・プリンターヘッド42を用いて注入物質の溶液または分散体の液滴40をバイアホール内に積層し、注入物質38をバイアホールに積層する。注入物質は、導体または半導体である。例えば、注入物質としてのPEDOTおよびPSSの円柱は、約100nmの平均粒子直径を有するPEDOTおよびPSSのコロイド状粒子を水の中に分散させ、次いで、約30μmの平均サイズを有するこの分散体の液滴をインクジェット・プリントヘッドによりバイアホール内に発射することにより形成することができる。注入物質の円柱を形成して配置するため、注入物質がソース電極とドレイン電極とを短絡する可能性がないことが分かるであろう。
先に積層された有機半導体20が少なくとも部分的に可溶である溶媒または分散剤が注入物質に対して使われると、これによって、有機半導体と注入物質とがある程度混合した部分を生じさせることができる。このように、段階的な接合部を設けることによって、該溶媒または分散剤が電荷キャリアーの注入を高めるのに役立つので有利である。これを示したのが図1である。ここでは、混合した注入物質と有機半導体とのチューブ形状50により囲まれた注入物質のほぼ中央円筒48の形で注入領域が設けられているこの混合は、注入物質がPAAであり、有機半導体がポリフルオレンである場合に、PAAをトルエン溶液として積層することにより行うことができる。ポリフルオレンはトルエンに可溶であり、したがって、注入物質の円柱の周縁において、ポリフルオレンとPAAがある程度混合する。
次いで、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリイミドまたはポリビニルフェノールから形成された約400nmの厚さを有する絶縁層22が、半導体層上にスピン・コーティングにより積層され、最後に、ゲート電極パターン24が図1で示された絶縁層上に印刷される。
本発明では、注入物質は機能性有機半導体層の厚さ全体を貫通して延在する円柱として提供される。円柱は、その両端の1つにおいてソース電極14と接触している。該円柱はその他端で絶縁層22と接触している。
電流がソース電極14とドレイン電極16の間に印加され、電圧がゲート電極24に印加されると、チャネル28(蓄積層と呼ばれることもある)がゲート電極の下の機能性有機半導体20に形成される。矢印26により示された、ソース電極からチャネル28への電荷キャリアーの注入は、注入円柱48により容易になる。注入物質は、電荷キャリアーが越えねばならないエネルギー障壁を、該電極を形成する物質のフェルミ・エネルギーと注入物質および機能性有機半導体の価電子帯端部エネルギーの相対的エネルギーとに依存する2つの比較的小さな障壁に分割する。
本発明の薄膜トランジスタは、円柱状注入物質がソース電極14から直接ゲート電極24の下に形成されているチャネル28内へ電荷キャリアーの移動を容易にするので、特に有利である。このようにして、電荷キャリアーはチャネルに比較的近接した有機半導体の層に入ることができる。本発明の別の利点は、円柱状の注入物質48と機能性有機半導体層28の間に大きな接触面積があることで、このことはソース電極から有機半導体層内への電荷キャリアーの注入にとって特に有効である。
類似の薄膜トランジスタの別の実施形態が、図3の横断面に概略示されている。この図では、図1において使われている部品および要素と同じものを示すために同じ参照番号が使われている。図3は、ボトムにゲートがあり、トップに接点がある薄膜トランジスタを示している。また、図1および3に示したもの以外に当業者に周知のその他の電極配置、すなわち、トップにゲートと接点とがあるトランジスタおよびボトムにゲートと接点とがあるトランジスタも可能である。
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。
金のソース電極およびドレイン電極は、ホトリソグラフィによりガラス基板上に画定された。これらの電極の各々は、幅0.5mm、長さ3.0mmおよび厚さ0.1μmの長方形をしている。これらの電極は、約10μmの隙間により分離されている。次いで、電極パターンを荷うガラス基板は、最初にアセトン入りの超音波浴、第2にイソプロピルアルコール中で15分間、最後にUVおよびオゾンに10分間露出して浄化された。浄化済みのパターン化された基板は、窒素グローブボックスに移され、100℃で15分間焼成された。
次いで、該基板を窒素グローブボックスに保持しながら図1に示された基本的な型のトランジスタが、組み立てられた。第1に、機能性有機半導体としての厚さ40nmのポリフルオレン層が、ポリフルオレンの1重量%トルエン溶液から60秒間1,000rpmにおいてスピン・コートして積層された。次いで、この層は60℃で20分間ホットプレート上で乾燥された。
次いで、バイアホールが、ジクロロベンゼンを用いた溶媒穿孔により半導体層を貫通するようにして開けられた。ソース電極に対しホールの穴が整列するように、整列マーカーを用いた。マーカーは、半導体装置製造技術においては周知の基本技法である。バイアホールの直径は約40μmである。一方、約100nmの平均粒子直径を有するPEDOTとPSSとのコロイド状粒子の水性分散体が形成される。この分散体は、次いで、インクジェット・プリントヘッドにより約30μmの平均サイズを有する液滴の連続体として、バイアホール内にインクジェット印刷される。PEDOTとPSSとの分散体は、次いで、60℃で20分間ホットプレート上で乾燥され、円柱状のPEDOTとPSSとの注入物質を形成し、該円柱はポリフルオレン層の厚さを貫通して延在している。
次いで、500nmの厚さを有する絶縁層が、8%ポリビニルフェノールのイソプロピルアルコール溶液をスピン・コーティングすることにより形成される。スピン・コーティングは、3,000rpmにおいて60秒間行われ、その後絶縁層は60℃で20分間乾燥される。
該トランジスタ装置は、窒素環境から外され、次いで、H.C.Stackにより供給された1部のPEDOTとPSS(5:8の比で)を2部の脱イオン水で希釈した液からソースとドレインの隙間に沿ってゲート電極が印刷される。得られる薄膜トランジスタ装置は、次いで、50℃で10分間乾燥される。
比較のための薄膜トランジスタが、円柱状のポリアリールアミン注入物質の形成に関連した工程をすべて省略したことを除いて同一の様式で作られた。
円柱状の注入物質を包含させると、該装置のしきい値電圧を下げ、ソース・ドレイン電流を上げる効果がある。通常、しきい値電圧は10V下がり、30Vのゲート電圧の場合に得られたソース・ドレイン電流は3倍増加する。
円柱状の注入物質を組み込んでいる本発明による薄膜トランジスタの横断面の概略図である。 図1に示した薄膜トランジスタ製作中の円柱状注入物質の積層の横断面の概略図である。 円柱状の注入物質を組み込んでいる本発明による薄膜トランジスタの別の層配置の横断面の概略図である。
符号の説明
10 電界効果トランジスタ(薄膜トランジスタ)
12 基板
14 ソース電極
16 ドレイン電極
20 有機半導体層
22 絶縁層
24 ゲート電極
28 機能性有機半導体層(チャネル)
48 円柱状注入物質
50 チューブ形状

Claims (7)

  1. 金属または炭素からなるソース電極、機能性有機半導体層および前記機能性有機半導体層を貫通して延在する円柱状の注入物質を含む電界効果トランジスタであって、前記円柱状の注入物質が前記ソース電極および前記機能性有機半導体層の両方と接触しており、
    前記円柱状の注入物質は、有機半導体ポリマー又は有機導体ポリマーから形成され、
    前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体との界面において、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体とが互いに混合されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
  2. 請求項1に記載の電界効果トランジスタにおいて、前記円柱状の注入物質の価電子帯端部エネルギーが、
    Figure 0004735129

    より大きく、且つ
    Figure 0004735129

    より小さく、
    式中Sは前記機能性有機半導体の価電子帯端部エネルギーであり、Eは前記ソース電極を形成する物質のフェルミ・エネルギーであることを特徴とする電界効果トランジスタ。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電界効果トランジスタにおいて、前記ソース電極が金から形成されることを特徴とする電界効果トランジスタ。
  4. 請求項1から3までのいずれかの項に記載の電界効果トランジスタにおいて、前記機能性有機半導体が、ポリフルオレン、ペンタセン、ポリチオフェン、フルオレンとチオフェンとのコポリマーまたはこれらのいずれかの誘導体から形成されることを特徴とする電界効果トランジスタ。
  5. 電界効果トランジスタの製造方法であって、
    (i)前記電界効果トランジスタの金属または炭素からなるソース電極およびドレイン電極を基板上に積層する工程と、
    (ii)機能性有機半導体の層を前記ソース電極および前記ドレイン電極の上に積層する工程と、
    (iii)前記機能性有機半導体を貫通して前記ソース電極まで延びているバイアホールを形成する工程と、
    (iv)前記バイアホール内に、前記ソース電極と接触する円柱状の注入物質を積層する工程と、
    (v)前記機能性有機半導体層の上に絶縁層を積層する工程と、
    (vi)前記電界効果トランジスタのゲート電極となる伝導物質を前記絶縁層上に積層する工程とを含み、
    前記ソース電極とチャネルとの間に前記円柱状の注入物質が配置され
    前記工程(iv)は、前記機能性有機半導体が少なくとも部分的に可溶である溶媒又は分散媒と前記注入物質とを含む溶液又は分散体を、前記バイアホールに配置する工程を含み、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体との界面において、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体とが互いに混合されることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
  6. 電界効果トランジスタの製造方法であって、
    (i)前記電界効果トランジスタのゲート電極となる伝導物質を基板上に積層する工程と、
    (ii)前記ゲート電極の上に絶縁層を積層する工程と、
    (iii)前記絶縁層の上に機能性有機半導体の層を積層する工程と、
    (iv)前記機能性有機半導体中にバイアホールを形成する工程と、
    (v)前記バイアホール内に円柱状の注入物質を積層する工程と、
    (vi)前記円柱状の注入物質と接触するように、前記電界効果トランジスタの金属または炭素からなるソース電極を前記機能性有機半導体の上に積層する工程とを含み、
    前記ソース電極とチャネルとの間に前記円柱状の注入物質が配置され
    前記工程(v)は、前記機能性有機半導体が少なくとも部分的に可溶である溶媒又は分散媒と前記注入物質とを含む溶液又は分散体を、前記バイアホールに配置する工程を含み、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体との界面において、前記円柱状の注入物質と前記機能性有機半導体とが互いに混合されることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
  7. 請求項5または請求項6に記載の方法において、インクジェット印刷により前記バイアホール内に前記円柱状の注入物質を積層することを含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
JP2005242231A 2004-09-03 2005-08-24 電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法 Expired - Fee Related JP4735129B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0419600.2 2004-09-03
GB0419600A GB2418062A (en) 2004-09-03 2004-09-03 An organic Field-Effect Transistor with a charge transfer injection layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006074038A JP2006074038A (ja) 2006-03-16
JP4735129B2 true JP4735129B2 (ja) 2011-07-27

Family

ID=33155988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005242231A Expired - Fee Related JP4735129B2 (ja) 2004-09-03 2005-08-24 電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7579620B2 (ja)
JP (1) JP4735129B2 (ja)
KR (1) KR100780066B1 (ja)
CN (1) CN100454601C (ja)
GB (1) GB2418062A (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8138075B1 (en) 2006-02-06 2012-03-20 Eberlein Dietmar C Systems and methods for the manufacture of flat panel devices
US8981348B2 (en) 2006-12-07 2015-03-17 Samsung Display Co., Ltd. Semiconducting element, organic light emitting display including the same, and method of manufacturing the semiconducting element
EP1930963B1 (en) * 2006-12-07 2016-03-02 Samsung Display Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconducting device and semiconducting device
US7858513B2 (en) 2007-06-18 2010-12-28 Organicid, Inc. Fabrication of self-aligned via holes in polymer thin films
DE102007052522A1 (de) * 2007-11-01 2009-05-07 H.C. Starck Gmbh Verfahren zur Beschichtung von unpolaren Polyaromaten enthaltenden Schichten
JP5334039B2 (ja) * 2008-09-01 2013-11-06 国立大学法人大阪大学 有機電界効果トランジスター及びその製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04275436A (ja) * 1991-03-04 1992-10-01 Nec Corp Soimosトランジスタ
JP2003324202A (ja) * 2002-02-27 2003-11-14 Konica Minolta Holdings Inc 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法
JP2004103905A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Pioneer Electronic Corp 有機半導体素子

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19712233C2 (de) * 1996-03-26 2003-12-11 Lg Philips Lcd Co Flüssigkristallanzeige und Herstellungsverfahren dafür
KR20000038298A (ko) * 1998-12-05 2000-07-05 구본준 이미지소자, 센서박막트랜지스터와 그 제조방법.
JP2000269504A (ja) 1999-03-16 2000-09-29 Hitachi Ltd 半導体装置、その製造方法及び液晶表示装置
TW490997B (en) * 2000-03-31 2002-06-11 Seiko Epson Corp Method of manufacturing organic EL element, and organic EL element
US6734623B1 (en) * 2000-07-31 2004-05-11 Xerox Corporation Annealed organic light emitting devices and method of annealing organic light emitting devices
TW545080B (en) * 2000-12-28 2003-08-01 Semiconductor Energy Lab Light emitting device and method of manufacturing the same
KR100746140B1 (ko) * 2000-12-28 2007-08-03 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법
US6433359B1 (en) * 2001-09-06 2002-08-13 3M Innovative Properties Company Surface modifying layers for organic thin film transistors
GB0126757D0 (en) * 2001-11-07 2002-01-02 Univ Cambridge Tech Organic field effect transistors
JP2003229579A (ja) * 2001-11-28 2003-08-15 Konica Corp 電界効果トランジスタ及びその製造方法
ATE525757T1 (de) 2001-12-19 2011-10-15 Merck Patent Gmbh Organischer feldeffekttransistor mit organischem dielektrikum
JP4247377B2 (ja) * 2001-12-28 2009-04-02 独立行政法人産業技術総合研究所 薄膜トランジスタ及びその製造方法
US6740900B2 (en) * 2002-02-27 2004-05-25 Konica Corporation Organic thin-film transistor and manufacturing method for the same
JP4224578B2 (ja) * 2002-03-26 2009-02-18 独立行政法人産業技術総合研究所 有機薄膜トランジスタ
DE10228772A1 (de) * 2002-06-27 2004-01-15 Infineon Technologies Ag Verringerung des Kontaktwiderstandes in organischen Feldeffekttransistoren mit Palladiumkontakten durch Verwendung von Nitrilen und Isonitrilen
JP4618990B2 (ja) * 2002-08-02 2011-01-26 株式会社半導体エネルギー研究所 有機薄膜トランジスタ及びその作製方法、並びに有機薄膜トランジスタを有する半導体装置
GB0226010D0 (en) * 2002-11-08 2002-12-18 Cambridge Display Tech Ltd Polymers for use in organic electroluminescent devices
CN1282260C (zh) * 2003-01-30 2006-10-25 中国科学院长春应用化学研究所 含有栅绝缘层的异质结型有机半导体场效应晶体管及制作方法
JP4997688B2 (ja) 2003-08-19 2012-08-08 セイコーエプソン株式会社 電極、薄膜トランジスタ、電子回路、表示装置および電子機器
TWI265753B (en) 2004-05-11 2006-11-01 Lg Chemical Ltd Organic electronic device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04275436A (ja) * 1991-03-04 1992-10-01 Nec Corp Soimosトランジスタ
JP2003324202A (ja) * 2002-02-27 2003-11-14 Konica Minolta Holdings Inc 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法
JP2004103905A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Pioneer Electronic Corp 有機半導体素子

Also Published As

Publication number Publication date
US7579620B2 (en) 2009-08-25
CN1744342A (zh) 2006-03-08
KR20060066755A (ko) 2006-06-16
KR100780066B1 (ko) 2007-11-29
JP2006074038A (ja) 2006-03-16
GB0419600D0 (en) 2004-10-06
CN100454601C (zh) 2009-01-21
US20060049398A1 (en) 2006-03-09
GB2418062A (en) 2006-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mattana et al. Inkjet‐printing: A new fabrication technology for organic transistors
KR100940110B1 (ko) 잉크젯으로 제조되는 집적회로 및 전자 디바이스 제조 방법
EP1670079B1 (en) Method of forming a conductive pattern of a thin film transistor
US8952361B2 (en) Semiconductor devices including an electrically percolating source layer and methods of fabricating the same
Caironi et al. High yield, single droplet electrode arrays for nanoscale printed electronics
US8089065B2 (en) Organic thin film transistors
KR101313885B1 (ko) 전자 디바이스 어레이
JP4735129B2 (ja) 電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法
US7709306B2 (en) Active layer island
KR100909481B1 (ko) 잉크젯으로 제조되는 집적회로 및 전자 디바이스 제조 방법
JP4730623B2 (ja) 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、および電子機器
US7696090B2 (en) Rectifying diodes with self-aligned electrodes
JP2009535805A (ja) 自己整合型高性能有機fetの構造及び製造
JP5256676B2 (ja) 有機半導体素子、有機半導体素子の製造方法、有機トランジスタアレイ、およびディスプレイ
KR20130053097A (ko) 인쇄기술을 이용한 낸드 플래시 유기메모리 및 이의 제조방법
Liu et al. Advancements in organic nonvolatile memory devices
JP2005223048A (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法、および表示装置
JP5445533B2 (ja) 半導体装置、光学装置及びセンサ装置
Caironi et al. Ink‐Jet Printing of Downscaled Organic Electronic Devices
JP2006302925A (ja) 半導体装置、光学装置及びセンサ装置
Wong et al. Materials and novel patterning methods for flexible electronics
JP5098159B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
KR101499075B1 (ko) 유전막 표면 개질용 저전압 트랜지스터 및 이의 제조 방법
WO2015004847A1 (en) Electronic device and manufacturing method therefor and image display apparatus and substrate for constituting image display apparatus
Sekitani et al. Picoliter and Subfemtoliter Ink‐Jet Technologies for Organic Transistors

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090623

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100914

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101102

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110329

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140513

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees