JP6178495B2 - 有機電界効果トランジスタを製造する方法および有機電界効果トランジスタ - Google Patents
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Description
有機半導体素子に基づいてフレキシブルな電子部品を実現するためには、有機トランジスタの性能およびロバスト性を向上させる必要がある。有望なアプローチは、縦型有機電界効果トランジスタ(VOFETs)によって提供される。
本発明の目的は、高い電流密度を有する有機電界効果トランジスタを製造する方法、および当該有機電界効果トランジスタを提供することにある。
以下、様々な実施形態を参照して例示することによって、本発明についてさらに詳しく説明する。図面は以下の通りである。
Claims (16)
- 有機電界効果トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極(1)、および、電気的絶縁のために上記ゲート電極(1)に設けられるゲート絶縁体(2)を形成する工程と、
上記ゲート絶縁体(2)の上に、第1有機半導体層(3)を堆積する工程と、
第1電極(4)、および、電気的絶縁のために上記第1電極(4)の上に電極絶縁体(5)を形成する工程と、
上記第1有機半導体層(3)および上記電極絶縁体(5)の上に、第2有機半導体層(6)を堆積する工程と、
第2電極(7)を形成する工程と、を含んでおり、
上記第1有機半導体層(3)は、第1有機半導体材料を含んでおり、
上記第1電極(4)および上記電極絶縁体(5)は、順番に処理され、かつ、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィによる処理の後にパターニングされ、
上記フォトレジストは、フッ素系レジストを含んでおり、
上記第2有機半導体層(6)は、第2有機半導体材料を含んでおり、
当該方法は、以下の(i)および(ii)、すなわち、
(i)上記電極絶縁体(5)を有する上記第1電極(4)が、第1ドーピング材料層(13)の上に少なくとも部分的に形成されるように、上記第1電極(4)および上記電極絶縁体(5)の形成に先立ち、上記第1有機半導体層(3)の上に、上記第1ドーピング材料層(13)を形成する工程、および、
(ii)上記第2電極(7)が、第2ドーピング材料層(14)の上に少なくとも部分的に形成されるように、上記第2電極(7)の形成に先立ち、上記第2有機半導体層(6)の上に、上記第2ドーピング材料層(14)を形成する工程、
のうちの少なくとも1つの工程をさらに含んでおり、
上記第1ドーピング材料層(13)は、電気的なドーパントである第1ドーピング材料を含んでおり、
上記第2ドーピング材料層(14)は、電気的なドーパントである第2ドーピング材料を含んでおり、
上記第1有機半導体材料および上記第2有機半導体材料はそれぞれ、2eV以下の一重項励起エネルギーを有し、および/または、一重項遷移が制限されていることを特徴とする方法。 - 上記第1電極(4)および上記電極絶縁体(5)を形成する工程、
上記第1ドーピング材料層(13)を形成する工程、
上記第2電極(7)を形成する工程、および、
上記第2ドーピング材料層(14)を形成する工程、のうちの少なくとも1つの工程は、
上記第1有機半導体層および上記第2有機半導体層(3,6)のそれぞれに対して、フ
ォトリソグラフィによる形成を行う工程を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 上記第1ドーピング材料層(13)および/または上記第2ドーピング材料層(14)は、物理気相蒸着によって形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 上記第1ドーピング材料層(13)および/または上記第2ドーピング材料層(14)はそれぞれ、純粋な電気的なドーパント材料から成ることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 上記第1ドーピング材料層(13)および/または上記第2ドーピング材料層(14)はそれぞれ、電気的なドーパント材料を含んだマトリクス材料を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
- 上記マトリクス材料は、有機半導体材料であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 上記第1有機半導体層および上記第2有機半導体層(3,6)は、同一の有機マトリクス材料を含んでいることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 上記第1電極(4)には第1サブ電極部(8)が設けられており、
上記第2電極(7)には第2サブ電極部(9)が設けられており、
複数のサブ電極部(8,9)は、重なり合うサブ電極部(10)の個別のグループとして配置されており、
上記重なり合うサブ電極部(10)の個別のグループのそれぞれには、少なくとも1つの第2サブ電極部(9)と重なり合った、少なくとも1つの第1サブ電極部(8)が設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。 - (i)上記第1サブ電極部(8)が上記第1ドーピング材料層(13)に少なくとも部分的に直接的に接触するように、上記第1ドーピング材料層(13)が形成され、
および/または、
(ii)上記第2サブ電極部(9)が上記第2ドーピング材料層(14)に少なくとも部分的に直接的に接触するように、上記第2ドーピング材料層(14)が形成されることを特徴とする請求項8に記載の方法。 - 上記第1電極(4)および上記電極絶縁体(5)を形成する工程は、
上記第1有機半導体層(3)および/または上記第1ドーピング材料層(13)の上に、第1フォトレジスト層を堆積する工程と、
上記第1フォトレジスト層をパターニングし、第1フォトレジストパターンを形成することにより、上記第1電極(4)に応じた電極の領域を規定する工程と、
上記第1フォトレジストパターンの上に、第1導電層を堆積する工程と、
上記第1導電層の上に、絶縁層を堆積する工程と、
リフトオフ処理を用いて、上記第1フォトレジストパターンを除去する工程と、を含んでおり、
上記第1フォトレジストパターンを除去する工程の結果として、上記第1電極(4)および上記電極絶縁体(5)が形成されることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の方法。 - 上記第2電極(7)を形成する工程は、
上記第1有機半導体層(3)および上記電極絶縁体(5)の上に、第2フォトレジスト層を堆積する工程と、
上記第2フォトレジスト層をパターニングし、第2フォトレジストパターンを形成することにより、上記第2電極(7)に応じた電極の領域を規定する工程と、
上記第2フォトレジストパターンの上に、第2非パターン化有機半導体層を堆積する工程と、
上記第2非パターン化有機半導体層の上に、第2導電層を堆積する工程と、
リフトオフ処理を用いて、上記第2フォトレジストパターンを除去する工程と、を含んでおり、
上記第2フォトレジストパターンを除去する工程の結果として、上記第2有機半導体層(6)および上記第2電極(7)が形成されることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の方法。 - 有機電界効果トランジスタであって、
ソース電極およびドレイン電極を形成する第1電極(4)および第2電極(7)と、
ゲート電極(1)と、
上記ゲート電極(1)と上記第1電極(4)との間に設けられたゲート絶縁体(2)と、
上記第1電極と上記第2電極(4,7)との間に設けられた電極絶縁体(5)と、
上記ゲート絶縁体(2)と上記第1電極(4)との間に設けられた第1有機半導体層(3)と、
上記第1有機半導体層(3)と上記第2電極(7)との間に設けられた第2有機半導体層(6)と、を備えており、
上記第1有機半導体層(3)は、第1有機半導体材料を含んでおり、
上記第2有機半導体層(6)は、第2有機半導体材料を含んでおり、
当該有機電界効果トランジスタは、以下の(i)および(ii)、すなわち、
(i)上記第1電極(4)と上記第1有機半導体層(3)との間に設けられており、かつ、上記第1電極(4)に少なくとも部分的に直接的に接触する第1ドーピング材料層(13)、および、
(ii)上記第2電極(7)と上記第2有機半導体層(6)との間に設けられており、かつ、上記第2電極(7)に少なくとも部分的に直接的に接触する第2ドーピング材料層(14)、
のうちの少なくとも1つの層を備えており、
上記第1ドーピング材料層(13)は、第1マトリクス材料および第1ドーピング材料を含んでおり、
上記第1ドーピング材料は、電気的なドーパントであり、
上記第1ドーピング材料は、有機低分子材料であり、
上記第1ドーピング材料は、上記第1マトリクス材料中に5mol%よりも低い比率で存在しており、
上記第2ドーピング材料層(14)は、第2マトリクス材料および第2ドーピング材料を含んでおり、
上記第2ドーピング材料は、電気的なドーパントであり、
上記第2ドーピング材料は、有機低分子材料であり、
上記第2ドーピング材料は、上記第2マトリクス材料中に5mol%よりも低い比率で存在しており、
上記第1有機半導体材料および上記第2有機半導体材料はそれぞれ、2eV以下の一重項励起エネルギーを有し、および/または、一重項遷移が制限されていることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。 - 上記第1有機半導体層および上記第2有機半導体層(3,6)は、同一のタイプの荷電粒子、すなわちホールまたは電子を輸送するように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の有機電界効果トランジスタ。
- 上記第1電極(4)には第1サブ電極部(8)が設けられており、
上記第2電極(7)には第2サブ電極部(9)が設けられており、
複数のサブ電極部(8,9)は、重なり合うサブ電極部(10)の個別のグループとして配置されており、
上記重なり合うサブ電極部(10)の個別のグループのそれぞれは、少なくとも1つの第2サブ電極部(9)と重なり合った、少なくとも1つの第1サブ電極部(8)を備えていることを特徴とする請求項12または13に記載の有機電界効果トランジスタ。 - (i)上記第1ドーピング材料層(13)は、上記第1サブ電極部(8)に少なくとも部分的に直接的に接触しており、
および/または、
(ii)上記第2ドーピング材料層(14)は、上記第2サブ電極部(9)に少なくとも部分的に直接的に接触していることを特徴とする請求項14に記載の有機電界効果トランジスタ。 - 請求項12から15のいずれか1項に記載の有機電界効果トランジスタを備えることを特徴とする電子スイッチングデバイス。
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