JPH08191162A - Field-effect transistor - Google Patents

Field-effect transistor

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JPH08191162A
JPH08191162A JP7001237A JP123795A JPH08191162A JP H08191162 A JPH08191162 A JP H08191162A JP 7001237 A JP7001237 A JP 7001237A JP 123795 A JP123795 A JP 123795A JP H08191162 A JPH08191162 A JP H08191162A
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effect transistor
organic semiconductor
field effect
insulating layer
electrode
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Katsunori Waratani
克則 藁谷
Osamu Hotta
収 堀田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H10K10/468—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate dielectrics
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    • H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions

Abstract

PURPOSE: To set a field-effect transistor equal to or higher than amorphous silicon in mobility by a method wherein a channel section is formed of organic semiconductor material, and a gate insulating layer is formed of insulating polymer having cyano groups. CONSTITUTION: A gate electrode 22 and a gate insulating layer 23 which includes insulating polymer having cyano groups are successively formed on a substrate 21, and a source electrode 24 and a drain electrode 25 are formed thereon. An organic semiconductor layer 26 is provided so as to bridge a gap between the source electrode 24 and the drain electrode coming into contact with the gate insulating layer 23. At this point, a metal electrode, an ITO electrode or a high-doped conductive polymer electrode is used as the gate electrode 22. Polyacrylonitrile or cyanoethyl purlan is mainly used as polymer having cyano groups. The above organic semiconductor is formed of dimethyl- sexithyophene, quartathyophene, and lead phthalocyanine.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電界効果トランジスタ
に関し、特に有機半導体材料をチャネル層に用いた電界
効果トランジスタに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor using an organic semiconductor material for a channel layer.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、有機半導体をチャネル部分に用い
た電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、容易に大面積を
得られディスプレイなどの駆動用として期待されてい
る。2. Description of the Related Art In recent years, a field effect transistor (FET) using an organic semiconductor in a channel portion has a large area easily and is expected to be used for driving a display or the like.

【０００３】この有機半導体には、以下に示すものが代
表的に報告されている。例えば、ポリチオフェン（アプ
ライド・フィジックス・レターズ誌：Ａ．Ｔｓｕｍｕｒ
ａ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，
４９巻，１２１０頁（１９８６年）に記載）、ポリピロ
ール、ポリチエニレンビニレン（渕上他「第５３回応用
物理学術講演会１８ｐＺ１２（１９９２年）に記載）、
ポリフェニレンビニレンなどの導電性高分子を十分に脱
ドープした材料、可溶性のためにアルキル基またはメト
キシ基などの修飾基が導入された導電性高分子、オリゴ
チオフェン（特開平４−１３３３５１号公報に記載）な
どのπ共役系の広がったオリゴマー材料、フタロシアニ
ン類（特開平１−１５５６５８号公報に記載）、ニッケ
ル・フタロシアニン（ケミカル・フィジックス・レター
ズ誌：Ｇ．Ｇｕｉｌｌａｕｄ，Ｊ．Ｓｉｍｏｎ，Ｃｈｅ
ｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２１９巻，１２３頁（１９９
４年）に記載）、シリコンフタロシアニンの置換体（シ
ン・ソリッド・フィルムズ誌：Ｙ．Ｌ．Ｈｕａ ｅｔ
ａｌ．，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，１９２
巻，３８３頁（１９９０年）に記載）、ルテシウム ジ
フタロシアニンについてはケミカル・フィジックス・レ
ターズ誌、Ｍ．Ｍａｄｒｕ， ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅ
ｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，１４２巻，１０３頁，（１
９８７年）に記載）、テトラセン・ペンタセンなどの縮
合π共役化合物（藁谷他、「第５２回応用物理学会学術
講演会」、９ｐＲ９（１９９１年）に記載）、その電荷
移動型錯体がしばし超伝導を示すドナー性分子であるＢ
ＥＤＴ−ＴＴＦ（藁谷他、「第５２回応用物理学会学術
講演会」、９ｐＲ９（１９９１年）に記載）などであ
り、多岐にわたっている。As the organic semiconductor, the followings have been representatively reported. For example, polythiophene (Applied Physics Letters: A. Tsumur
a et al. , Appl. Phys. Lett. ,
49, page 1210 (1986)), polypyrrole, polythienylene vinylene (described in Fuchigami et al. "53rd Applied Physics Academic Conference 18pZ12 (1992)"),
A material in which a conductive polymer such as polyphenylene vinylene is sufficiently dedoped, a conductive polymer in which a modifying group such as an alkyl group or a methoxy group is introduced for solubility, oligothiophene (described in JP-A-4-133351) ) And other oligomeric materials having a wide π-conjugated system, phthalocyanines (described in JP-A-1-155658), nickel phthalocyanines (Chemical Physics Letters: G. Guillaud, J. Simon, Che).
m. Phys. Lett. Volume 219, p. 123 (199
4 years)), a substitution product of silicon phthalocyanine (Syn Solid Films magazine: YL Hua et.
al. , Thin Solid Films, 192
Vol., Pp. 383 (1990)), and lutetium diphthalocyanine, Chemical Physics Letters, M .; Madru, et al. , Che
m. Phys. Lett. , 142, 103, (1
987)), condensed π-conjugated compounds such as tetracene and pentacene (Waraya et al., “52th Academic Meeting of Applied Physics, 9pR9 (1991)), and its charge-transfer complex is often superconducting. Which is a donor molecule showing
EDT-TTF (Waraya et al., Described in "52nd Academic Meeting of Applied Physics, 9pR9 (1991))" and the like are wide-ranging.

【０００４】また、電界効果トランジスタ特性を向上さ
せるためにいくつもの試みがなされている。Also, several attempts have been made to improve the characteristics of field effect transistors.

【０００５】例えば、十分にπ共役系の広がった有機半
導体材料を用いること、有機半導体材料の薄膜の結晶性
を向上させること、有機半導体材料にメチル基を導入す
ることでドナー性を向上させてｐ型の半導体としての性
質を向上させること、重合度のばらつきのある有機半導
体ではなく単一の重合度のオリゴマーの有機半導体材料
を用いることなどにより、電界効果トランジスタの性能
を決める重要なパラメータであるキャリアの移動度の向
上がはかられている。For example, it is possible to improve the donor property by using an organic semiconductor material having a sufficiently widened π-conjugated system, improving the crystallinity of a thin film of the organic semiconductor material, and introducing a methyl group into the organic semiconductor material. It is an important parameter that determines the performance of a field-effect transistor by improving the properties as a p-type semiconductor and using an organic semiconductor material of an oligomer having a single degree of polymerization instead of an organic semiconductor having a degree of polymerization variation. The mobility of a certain carrier is being improved.

【０００６】分子量分布のないジメチルオリゴチオフェ
ンを用いた電界効果トランジスタ（特開平４−１３３３
５１号公報に記載）は、そのような試みのひとつであ
る。A field effect transistor using dimethyl oligothiophene having no molecular weight distribution (JP-A-4-1333).
No. 51) is one such attempt.

【０００７】または、ポリチエニレンビニレンの前駆体
からの変換効率を上げて重合度を向上させて移動度の向
上を得る試みもなされ、０．２ｃｍ2／Ｖsの移動度が得
られている（渕上他「第５３回応用物理学術講演会」１
８ｐＺ１２（１９９２年）に記載）。Attempts have also been made to increase the conversion efficiency from the precursor of polythienylenevinylene to improve the degree of polymerization to improve the mobility, and a mobility of 0.2 cm 2 / Vs has been obtained ( Fuchigami et al. "53rd Applied Physics Conference" 1
8pZ12 (1992)).

【０００８】また、有機半導体として、両末端をメチル
基またはエチル基で置換した重合度３，４，５のオリゴ
チオフェンを、電界効果トランジスタに利用することも
開示されている（特開平４−１３３３５１号公報に記
載）。It has also been disclosed that an oligothiophene having a degree of polymerization of 3, 4, 5 in which both ends are substituted with a methyl group or an ethyl group as an organic semiconductor is used in a field effect transistor (Japanese Patent Laid-Open No. 4-133351). No. publication).

【０００９】また、ドナー性の高い有機半導体、すなわ
ちイオン化ポテンシャルの小さい有機半導体をチャネル
層に利用すると、高い電界移動度を得られることが、秋
道斉『１９９１年度 創造科学推進事業 研究報告会要
旨集』新技術事業団（１９９１年）に報告されており、
π共役系を伸ばすこと、メチル基などのドナー性のある
基を導入することが移動度の向上につながることを示し
ている。[0009] In addition, when an organic semiconductor having a high donor property, that is, an organic semiconductor having a low ionization potential is used for the channel layer, a high electric field mobility can be obtained. It was reported to the New Technology Corporation (1991),
It has been shown that extending the π-conjugated system and introducing a group having a donor property such as a methyl group leads to improvement in mobility.

【００１０】また、いくつかのホール輸送材料について
も電界効果トランジスタが作製されて、その移動度が求
められている。Further, field effect transistors have been manufactured for some hole transport materials, and their mobilities have been required.

【００１１】ちなみにホール輸送材料は、イオン化ポテ
ンシャルが小さい、すなわちＨＯＭＯ（最高被占分子軌
道）の準位が浅い有機半導体材料、すなわち電子供与性
のある材料であり、トリアリールアミン類、芳香族ヒド
ラゾン類、芳香族置換ピラゾリン類、スチルベン類など
が知られている。Incidentally, the hole transport material is an organic semiconductor material having a small ionization potential, that is, a shallow HOMO (highest occupied molecular orbital) level, that is, a material having an electron donating property, such as triarylamines and aromatic hydrazones. , Aromatic substituted pyrazolines, stilbenes and the like are known.

【００１２】そのため、電界効果トランジスタ構造でゲ
ート電圧を印加することによってもホールを生じやすい
ことになる。Therefore, holes are likely to be generated by applying a gate voltage in the field effect transistor structure.

【００１３】具体例をあげると、以下の化学式（化１
２）で示される１，１−ｂｉｓ（ｐ−ｄｉｅｔｈｙｌ
ａｍｉｎｏｐｈｅｎｙｌ）−４，４−ｄｉｐｈｅｎｙｌ
−１，３−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ、（ＣＡＳ登録番号１０
９９９５−８２−６、分子式Ｃ 28Ｈ25Ｎ3）で１．８×
１０-8ｃｍ2／Ｖsの移動度が得られている。A specific example is shown below.
2) 1,1-bis (p-diethyl)
aminophenyl) -4,4-diphenyl
-1,3-butadiene, (CAS registration number 10
9995-82-6, molecular formula C 28Htwenty fiveN3) 1.8 ×
10-8cm2A mobility of / Vs is obtained.

【００１４】[0014]

【化１２】 [Chemical 12]

【００１５】また、以下の化学式（化１３）で示される
１−ｐｈｅｎｙｌ−１，２，３，４−ｔｅｔｒａｈｙｄ
ｒｏｑｕｉｎｏｌｉｎ−６−ｃａｒｂｏｘａｌｄｅｈｙ
ｄｅ−１’，１’−ｄｉｐｈｅｎｙｌｈｙｄｒａｚｏｎ
ｅ、（ＣＡＳ登録番号１０００７０−４３−７、分子式
Ｃ36Ｈ40Ｎ2）で、２．７×１０-6ｃｍ2／Ｖsの移動度
が得られている。Further, 1-phenyl-1,2,3,4-tetrahydr represented by the following chemical formula (Formula 13)
roquinolin-6-carboxaldehy
de-1 ', 1'-diphenylhydrazone
e, (CAS registration number 100070-43-7, molecular formula C 36 H 40 N 2 ), a mobility of 2.7 × 10 −6 cm 2 / Vs is obtained.

【００１６】[0016]

【化１３】 [Chemical 13]

【００１７】また、以下の化学式（化１４）で示される
Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｙｎｙｌ−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（３
−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ）−１，１’−ｂｉｐｈｅ
ｎｙｌ−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ、(ＴＰＤともい
う、ＣＡＳ登録番号６５１８１−７８−４）でも電界効
果トランジスタが作られ、移動度が測定されている。Further, N, N'-diphenylyl-N, N'-bis (3 represented by the following chemical formula (Formula 14)
-Methylphenyl) -1,1'-biphe
Nyl-4,4'-diamine, (also referred to as TPD, CAS registration number 65181-78-4) also has a field effect transistor, and its mobility is measured.

【００１８】[0018]

【化１４】 Embedded image

【００１９】その他、チオフェン環の硫黄原子をセレン
置き換えたセレノフェン類も、オリゴチオフェン類と同
様に、電界効果トランジスタの動作を示すことが知られ
ている。In addition, selenophenes in which the sulfur atom of the thiophene ring is replaced with selenium are known to exhibit the operation of a field effect transistor, like oligothiophenes.

【００２０】また、ジメチルターチオフェンの中央のチ
オフェン環の硫黄原子を、セレンに置き換えた以下の化
学式（化１５）で示される分子構造でも電界効果トラン
ジスタが動作している。Further, the field effect transistor is also operating with a molecular structure represented by the following chemical formula (Formula 15) in which the sulfur atom of the central thiophene ring of dimethylterthiophene is replaced with selenium.

【００２１】[0021]

【化１５】 [Chemical 15]

【００２２】このことから、チオフェン環の硫黄原子を
セレン、テルル原子に置き換えた分子でも、同様に電界
効果トランジスタが動作することがわかる。From this, it can be seen that the field-effect transistor operates in the same manner even with a molecule in which the sulfur atom of the thiophene ring is replaced with a selenium or tellurium atom.

【００２３】さて、有機半導体をチャネル層に用いた電
界効果トランジスタの利点としては、スピンコート・電
解重合などにより簡便なプロセスで大面積を作ることが
できること、無機の半導体と異なり柔らかい構造で曲げ
ても大丈夫なこと、多くの有機半導体がガスに対して感
受性がありセンサーとして用いることができること、有
機半導体は骨格が異なるものも多くそのうえ修飾基を変
えることで多種・多様の材料の中から設計が可能である
こと、有機半導体材料は蛍光を示すものが多く発光ダイ
オード（ＬＥＤ）の材料にもなることから組合せの相性
のよさを有すること、などがあげられる。The advantage of a field effect transistor using an organic semiconductor for a channel layer is that a large area can be formed by a simple process such as spin coating and electrolytic polymerization. It is okay, many organic semiconductors are sensitive to gas and can be used as a sensor, many organic semiconductors have different skeletons, and by changing the modifying group, it is possible to design from various and various materials. It is possible that many organic semiconductor materials exhibit fluorescence and can be used as a material for a light emitting diode (LED), so that they have a good compatibility with each other.

【００２４】例えば、ジメチルセクシチオフェンを発光
層としたＬＥＤも作製されている（内山潔、秋道斉、堀
田収、野毛宏、榊裕之、第５４回応用物理学会学術講演
会（１９９３年），２９ｐ−ＺＣ−１）。For example, an LED having a light emitting layer of dimethylsexithiophene has been prepared (Kiyoshi Uchiyama, Hitoshi Akimichi, Haruka Horita, Hiroshi Noge, Hiroyuki Sakaki, 54th Annual Meeting of the Applied Physics Society of Japan (1993), 29p. -ZC-1).

【００２５】もちろん、これらの利点が発揮されるに
は、有機半導体の十分な移動度を確保できることが前提
となる。Of course, for these advantages to be exhibited, it is premised that a sufficient mobility of the organic semiconductor can be secured.

【００２６】また、Ｇａｒｎｉｅｒ他は、ゲート絶縁層
・チャネル層ともに有機物である電界効果トランジスタ
を作製している（ アドバンスト・マテリアルズ誌：
Ｆ．Ｇａｒｎｉｅｒ，Ｇ．Ｈｏｒｏｗｉｔｚ，Ｘ．Ｐｅ
ｎｇ，Ｄ．Ｆｉｃｈｏｕ，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，２
巻，５９２頁（１９９０年））。Garnier et al. Also manufactured a field-effect transistor in which both the gate insulating layer and the channel layer are organic substances (Advanced Materials:
F. Garnier, G .; Horowitz, X. Pe
ng, D.N. Fichou, Adv. Mater. , 2
Vol., P. 592 (1990)).

【００２７】ここで、電界効果トランジスタのドレイン
電流を大きくとるためには、ゲート絶縁層の単位面積当
りの電気容量が大きいのがよいために、高誘電率の絶縁
性の高いポリマーをゲート絶縁層に用いている。Here, in order to increase the drain current of the field effect transistor, it is preferable that the electric capacity per unit area of the gate insulating layer is large. Therefore, a polymer having a high dielectric constant and a high insulating property is used. Used for.

【００２８】また、電界効果トランジスタ構造で測定す
るチャネル層の有機半導体の移動度は、ゲート絶縁層の
材質によって変化することが報告されている。It has been reported that the mobility of the organic semiconductor of the channel layer measured by the field effect transistor structure changes depending on the material of the gate insulating layer.

【００２９】例えば、Ｇａｒｎｉｅｒ他は、シアノエチ
ルプルランをゲート絶縁層に使い、セクシチオフェンの
蒸着膜の移動度が向上することを報告している（アドバ
ンスト・マテリアルズ誌：Ｆ．Ｇａｒｎｉｅｒ，Ｇ．Ｈ
ｏｒｏｗｉｔｚ，Ｘ．Ｐｅｎｇ，Ｄ．Ｆｉｃｈｏｕ，Ａ
ｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，２巻、５９２頁（１９９０
年））。なお、特表平５−５０８７４５号公報にも同様
の記載がある。For example, Garnier et al. Reported that cyanoethyl pullulan was used for a gate insulating layer to improve the mobility of a deposited film of sexithiophene (Advanced Materials: F. Garnier, GH).
orowitz, X. Peng, D.M. Fichou, A
dv. Mater. , Vol. 2, p. 592 (1990
Year)). Incidentally, the same description is made in Japanese Patent Publication No. 5-508745.

【００３０】ここで用いているセクシチオフェンは、末
端のチオフェン環のα位が水素原子である無置換の６量
体のオリゴチオフェンであり、シアノエチルプルランの
比誘電率がε＝１８．５（１０ｋＨｚにて）と高いこと
が、界面近傍での有機半導体の移動度の向上を引き起こ
していると推測している。The sexithiophene used here is an unsubstituted hexamer oligothiophene in which the α-position of the terminal thiophene ring is a hydrogen atom, and the relative dielectric constant of cyanoethyl pullulan is ε = 18.5 (10 kHz). It is speculated that a high value of (1) and (2) causes an increase in the mobility of the organic semiconductor near the interface.

【００３１】なお、このような努力にもかかわらず、シ
アノエチルプルランは、アセトンなどの溶媒に容易に溶
けるため、シアノエチルプルランを製膜したあとは有機
洗浄やリソグラフィー（これらは有機半導体をチャネル
層に用いた電界効果トランジスタを液晶表示デバイス駆
動用の薄膜トランジスタとして用いる時に必要不可欠の
条件である。）を、全く利用できないという短所があ
り、電界効果トランジスタを高密度で作ろうとするとき
に決定的な障害となっている。In spite of such efforts, cyanoethyl pullulan easily dissolves in a solvent such as acetone. Therefore, after forming cyanoethyl pullulan into a film, organic cleaning or lithography (these use an organic semiconductor for the channel layer). However, it is an indispensable condition when the field effect transistor is used as a thin film transistor for driving a liquid crystal display device.), Which is a demerit when it is attempted to make a high density field effect transistor. Has become.

【００３２】そして、いずれの従来例においても、有機
半導体薄膜の移動度がアモルファスシリコンと同等かま
たはそれ以上になることと、それに加え素子の耐環境性
をあげることが重要な課題である。In any of the conventional examples, it is an important subject that the mobility of the organic semiconductor thin film is equal to or higher than that of amorphous silicon, and in addition, the environment resistance of the device is increased.

【００３３】以下に、従来の有機半導体をチャネル層に
用いた電界効果トランジスタについて説明する。A field effect transistor using a conventional organic semiconductor for a channel layer will be described below.

【００３４】図２は、有機半導体をチャネル層に用いた
電界効果トランジスタの構成例を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a structural example of a field effect transistor using an organic semiconductor for a channel layer.

【００３５】図２において、２１は基板となる絶縁体、
２２はゲート電極、２３はゲート絶縁層、２４はソース
電極、２５はドレイン電極、および２６はチャネルとな
る有機半導体層である。In FIG. 2, reference numeral 21 denotes an insulator serving as a substrate,
Reference numeral 22 is a gate electrode, 23 is a gate insulating layer, 24 is a source electrode, 25 is a drain electrode, and 26 is an organic semiconductor layer serving as a channel.

【００３６】図３は、導電性の基板をゲート電極とした
電界効果トランジスタの構成例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing an example of the structure of a field effect transistor having a conductive substrate as a gate electrode.

【００３７】図３において、３３はゲート絶縁層、３４
はソース電極、３５はドレイン電極、３６はチャネルと
なる有機半導体層、および３７は基板兼ゲート電極であ
り、高濃度ドープしたシリコン基板をゲート電極として
用いるのはこの場合にあたる。In FIG. 3, 33 is a gate insulating layer, and 34 is a gate insulating layer.
Is a source electrode, 35 is a drain electrode, 36 is an organic semiconductor layer to be a channel, and 37 is a substrate / gate electrode, and in this case, a highly doped silicon substrate is used as a gate electrode.

【００３８】図４は、有機半導体がゲート電極よりも基
板側にある素子構造を示す。図４において、４１は基板
となる絶縁体、４２はゲート電極、４３はゲート絶縁
層、４４はソース電極、４５はドレイン電極、および４
６はチャネルとなる有機半導体層であり、基板４１の上
にソース電極４４とドレイン電極４５があり、有機半導
体層４６があって、その上にゲート絶縁層４３、ゲート
電極４２と積層した構成である。FIG. 4 shows a device structure in which the organic semiconductor is closer to the substrate than the gate electrode. In FIG. 4, 41 is an insulator to be a substrate, 42 is a gate electrode, 43 is a gate insulating layer, 44 is a source electrode, 45 is a drain electrode, and 4
Reference numeral 6 denotes an organic semiconductor layer serving as a channel, which has a structure in which a source electrode 44 and a drain electrode 45 are provided on a substrate 41, an organic semiconductor layer 46 is provided, and a gate insulating layer 43 and a gate electrode 42 are laminated thereon. is there.

【００３９】このような従来の素子構造では、ゲート絶
縁層としてシリコン酸化膜、窒化シリコン膜、シアノエ
チルプルラン膜、ポリビニルアルコール膜、ポリ塩化ビ
ニル膜、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）膜、ポ
リスチレン膜が用いられており、シアノエチルプルラン
以下の例は、アプライド・フィジックス・レターズ誌
（Ｐｅｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，５７巻，２０１３頁（１９９０年））、または
特表平５−５０８７４５号公報において記載されてい
る。In such a conventional device structure, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a cyanoethyl pullulan film, a polyvinyl alcohol film, a polyvinyl chloride film, a polymethylmethacrylate (PMMA) film, and a polystyrene film are used as the gate insulating layer. The following examples are from Applied Physics Letters (Peng et al., Appl. Phys. Le.
tt. 57, page 2013 (1990)), or Japanese Patent Publication No. 5-508745.

【００４０】以上のように構成された電界効果トランジ
スタについて、その動作について説明をする。The operation of the field effect transistor configured as described above will be described.

【００４１】ゲート電極２２等、ソース電極２４等、ド
レイン電極２５等、チャネル部分２６等にはさまれたゲ
ート絶縁層２３等は、コンデンサと同様に、印加した電
圧によって両側に電荷を生じる。The gate insulating layer 23 and the like sandwiched between the gate electrode 22 and the like, the source electrode 24 and the like, the drain electrode 25 and the like, and the channel portion 26 and the like generate charges on both sides by the applied voltage, similarly to the capacitor.

【００４２】ゲート電圧によって有機半導体２６等中に
誘起されたキャリアは、ソース・ドレインの電圧によっ
て、ドレイン電流となって流れる。The carriers induced in the organic semiconductor 26 and the like by the gate voltage flow as a drain current due to the source / drain voltage.

【００４３】ここで、有機半導体がｐ型であれば正孔
（ホール）が励起され、ｎ型であれば電子が励起され
る。Here, holes are excited if the organic semiconductor is p-type, and electrons are excited if it is n-type.

【００４４】なお、ゲート電圧ＶG＝０におけるドレイ
ン電流を減らすため等に、有機半導体薄膜は十分に不純
物のおさえられた材料を蒸着したり、生成した薄膜の不
純物を脱ドープすることがなされていることが一般的で
ある。Incidentally, in order to reduce the drain current at the gate voltage V G = 0, the organic semiconductor thin film is formed by vapor-depositing a material in which impurities are sufficiently suppressed, or by dedoping impurities in the thin film formed. It is common to have

【００４５】[0045]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成の有機半導体をチャネル層に用いた電界効果
トランジスタでは、現在のところ有機半導体薄膜の移動
度が、たかだか１０-2ｃｍ2/Ｖsから１０-1ｃｍ2/Ｖs程
度であり、移動度の値がアモルファスシリコンに比べて
低いことから、電界効果トランジスタのドレイン電流が
小さくなったり、同じドレイン電流を得ようとすると、
高いドレイン電圧・高いゲート電圧を必要とするという
課題を有していた。However, in the field effect transistor using the organic semiconductor of the above-mentioned conventional structure for the channel layer, the mobility of the organic semiconductor thin film is currently at most 10 -2 cm 2 / Vs. Since it is about 10 -1 cm 2 / Vs and the mobility value is lower than that of amorphous silicon, when the drain current of the field effect transistor becomes small or the same drain current is obtained,
There was a problem that a high drain voltage and a high gate voltage were required.

【００４６】よって、アモルファスシリコン並の高い移
動度を実現する有機半導体、ゲート絶縁材料の組合せが
非常に重要である。Therefore, it is very important to combine an organic semiconductor and a gate insulating material that can achieve a mobility as high as that of amorphous silicon.

【００４７】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、有機半導体をチャネル層に用いた電界効果トラン
ジスタ構造で移動度をアモルファスシリコンと同等かま
たはそれ以上の値とした電界効果トランジスタを提供す
ることを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems and provides a field effect transistor having a mobility equal to or higher than that of amorphous silicon in a field effect transistor structure using an organic semiconductor for a channel layer. The purpose is to provide.

【００４８】[0048]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明は、ゲート電極と、ソース電
極と、ドレイン電極と、有機半導体材料で構成されたチ
ャネル部と、シアノ基を有する絶縁性ポリマーで構成さ
れたゲート絶縁層とを有する電界効果トランジスタであ
る。To achieve this object, the present invention according to claim 1 provides a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a channel portion composed of an organic semiconductor material, and a cyan. And a gate insulating layer composed of an insulating polymer having a group.

【００４９】そして、この有機半導体材料は、π共役系
が広がったといえる少なくとも７つのπ電子共役結合を
含む多共役有機化合物を用いることが好適であり、以下
の化学式（化１６）から（化２１）のいずれかで示され
る化合物を用いてもよい。For this organic semiconductor material, it is preferable to use a polyconjugated organic compound containing at least seven π-electron conjugated bonds, which can be said to have spread the π-conjugated system, and the following chemical formula (Formula 16) to (Formula 21) You may use the compound shown by either.

【００５０】[0050]

【化１６】 Embedded image

【００５１】[0051]

【化１７】 [Chemical 17]

【００５２】[0052]

【化１８】 Embedded image

【００５３】[0053]

【化１９】 [Chemical 19]

【００５４】[0054]

【化２０】 Embedded image

【００５５】[0055]

【化２１】 [Chemical 21]

【００５６】更に、有機半導体材料は、以下の化学式
（化２２）で示されるπ電子共役系が広がった化合物で
あってもよい。Further, the organic semiconductor material may be a compound represented by the following chemical formula (Formula 22) in which the π-electron conjugated system is spread.

【００５７】[0057]

【化２２】 [Chemical formula 22]

【００５８】一方、シアノ基を有する絶縁性ポリマー
は、以下の化学式（化２３）から（化２６）のいずれか
で示される化合物を用いてもよい。On the other hand, as the insulating polymer having a cyano group, a compound represented by any of the following chemical formulas (Formula 23) to (Formula 26) may be used.

【００５９】[0059]

【化２３】 [Chemical formula 23]

【００６０】[0060]

【化２４】 [Chemical formula 24]

【００６１】[0061]

【化２５】 [Chemical 25]

【００６２】[0062]

【化２６】 [Chemical formula 26]

【００６３】そして、シアノ基を有する絶縁性ポリマー
は、その中にあるシアノ基の密度が高いポリマーがよい
が、とりわけポリアクリロニトリル（ＰＡＮ、ＣＡＳ登
録番号＝１４７２３７−９４−３）が有効である。この
ポリアクリロニトリルは（ＣＨ2ＣＨＣＮ）の構造式を
持つポリマーである。The insulating polymer having a cyano group is preferably a polymer having a high density of cyano groups therein, but polyacrylonitrile (PAN, CAS registration number = 147237-94-3) is particularly effective. This polyacrylonitrile is a polymer having a structural formula of (CH 2 CHCN).

【００６４】更に、以上の絶縁性ポリマーや有機半導体
材料が適用可能な具体的素子構成は、ゲート絶縁層がシ
リコン酸化膜とシアノ基を有する絶縁性ポリマーからな
る複合膜であり、シアノ基をもつ絶縁性ポリマーがチャ
ネル部と接する構成のものであるが、これに限らず、ゲ
ート絶縁層の上にチャネル部がある構成やチャネル部の
上にゲート絶縁層、ゲート電極がある構成等であって適
用は可能である。Furthermore, the specific element structure to which the above-mentioned insulating polymer or organic semiconductor material can be applied is that the gate insulating layer is a composite film composed of a silicon oxide film and an insulating polymer having a cyano group, and has a cyano group. Although the insulating polymer is in contact with the channel portion, the present invention is not limited to this. For example, a configuration in which the channel portion is on the gate insulating layer, a configuration in which the gate insulating layer and the gate electrode are on the channel portion, etc. Application is possible.

【００６５】もちろんチャネル部に用いられる有機材料
や絶縁層に用いられるシアノ基を有する絶縁性ポリマー
は上記のものに限られず、同様の機能を有するものであ
れば他の材料でも使用可能である。Of course, the organic material used for the channel portion and the insulating polymer having a cyano group used for the insulating layer are not limited to the above, and other materials can be used as long as they have the same function.

【００６６】例えば、有機材料は、オリゴチオフェン
類、ポリチオフェン類、ポリピロール類、ポリアニリン
類、ポリアセチレン類、ポリチエニレンビニレン類、ポ
リフェニレンビニレン類やフタロシアニン類、各種ホー
ル輸送材料等があげられる。Examples of the organic material include oligothiophenes, polythiophenes, polypyrroles, polyanilines, polyacetylenes, polythienylenevinylenes, polyphenylenevinylenes, phthalocyanines and various hole transport materials.

【００６７】[0067]

【作用】シアノ基をもつポリマーをゲート絶縁層に用い
ることでチャネルの有機半導体の移動度が著しく向上
し、ドレイン電流が増大する。By using a polymer having a cyano group for the gate insulating layer, the mobility of the organic semiconductor in the channel is remarkably improved and the drain current is increased.

【００６８】例えば、ゲート絶縁層にポリアクリロニト
リル、チャネル部に両末端をメチル基またはエチル基で
置換したオリゴチオフェンの組合せを用いると最大で４
ｃｍ 2／Ｖsの高い移動度が得られ、この値は、有機半導
体薄膜の移動度としては、もっとも高い部類に属する。For example, polyacrylonite is used for the gate insulating layer.
Both ends of the rill and channel part are methyl group or ethyl group
Up to 4 with combinations of substituted oligothiophenes
cm 2A high mobility of / Vs is obtained, and this value is
The mobility of the body thin film belongs to the highest category.

【００６９】更に、ゲート絶縁層としてポリアクリロニ
トリル／ＳｉＯ2等の複合膜を用いた場合にも、ＳｉＯ2
上の場合に比べて移動度が向上する。Furthermore, when a composite film of polyacrylonitrile / SiO 2 or the like is used as the gate insulating layer, the SiO 2
Mobility is improved compared to the above case.

【００７０】又、チャネルのゲート絶縁体との界面の近
傍からの寄与が大きいので、有機半導体がポリアクリロ
ニトリルに接触していれば、ゲート絶縁層がポリアクリ
ロニトリル単独であっても、ポリアクリロニトリル／Ｓ
ｉＯ2の複合膜であっても、同程度移動度が向上する。Since the contribution from the vicinity of the interface of the channel with the gate insulator is large, if the organic semiconductor is in contact with polyacrylonitrile, even if the gate insulating layer is polyacrylonitrile alone, polyacrylonitrile / S
Even with a composite film of iO 2 , the mobility is improved to the same extent.

【００７１】というのは、ソース電極とドレイン電極と
を結ぶチャネル部のうち、ゲート絶縁層との界面の部分
を流れる電流が支配的であるため、チャネルに接してい
るゲート絶縁層の種類によって移動度が影響されるため
である。The current flowing in the interface between the gate electrode and the gate insulating layer in the channel connecting the source electrode and the drain electrode is predominant, so that the movement depends on the type of the gate insulating layer in contact with the channel. This is because the degree is affected.

【００７２】なお、シアノ基もつポリマーを用いること
による有機半導体の移動度の向上は、π共役系の広がっ
た有機半導体全般にわたって有効である。The improvement of the mobility of an organic semiconductor by using a polymer having a cyano group is effective for all organic semiconductors having a wide π-conjugated system.

【００７３】更に、目的とする素子構造、例えば発光ダ
イオードにおいてみられるように、エネルギー準位の関
係から使える有機半導体の種類が限られる場合も多く、
そのような場合においても確実に高い移動度が得られ
る。Further, as seen in a target device structure, for example, a light emitting diode, there are many cases in which the kinds of organic semiconductors that can be used are limited due to the relationship of energy levels.
Even in such a case, a high mobility is surely obtained.

【００７４】[0074]

【実施例】本発明の具体的な実施例の説明に入る前に、
概略の説明を行う。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before entering the description of specific embodiments of the present invention,
A brief description will be given.

【００７５】まず、本発明に係るチャネル部に用いられ
る有機半導体材料とゲート絶縁層に用いられるシアノ基
を有するポリマー材料との組合せが適用される代表的な
電界効果トランジスタ構造は、図１に示す構造である
が、もちろん図２から図４に示す構造にも適用可能であ
る。First, a typical field effect transistor structure to which a combination of an organic semiconductor material used for a channel portion and a polymer material having a cyano group used for a gate insulating layer according to the present invention is applied is shown in FIG. The structure is, of course, applicable to the structures shown in FIGS. 2 to 4.

【００７６】これらの構造は、いずれにおいても、シア
ノ基を有する絶縁性ポリマーをゲート絶縁層またはゲー
ト絶縁層の一部として用い、チャネル部の有機半導体層
と接しさせているものである。In any of these structures, an insulating polymer having a cyano group is used as a gate insulating layer or a part of the gate insulating layer and is in contact with the organic semiconductor layer of the channel portion.

【００７７】まず、図１の構成では、シアノ基を有する
絶縁性のポリマーを含むゲート絶縁層１３に接したチャ
ネル部である有機半導体層１６を介して、ソース電極１
４とドレイン電極１５を設け、更にゲート絶縁層１３と
シリコン酸化膜１９とを複合化し、シリコン基板又は金
属基板１８を基板兼ゲート電極として用いた電界効果ト
ランジスタである。First, in the structure shown in FIG. 1, the source electrode 1 is formed through the organic semiconductor layer 16 which is a channel portion in contact with the gate insulating layer 13 containing an insulating polymer having a cyano group.
4 and the drain electrode 15, the gate insulating layer 13 and the silicon oxide film 19 are compounded, and the silicon substrate or the metal substrate 18 is used as a substrate / gate electrode.

【００７８】また、図２の構成では、基板２１上にゲー
ト電極２２、その上にシアノ基を持つ絶縁性ポリマーを
含むゲート絶縁層２３、その上にソース電極２４とドレ
イン電極２５があって、ソース電極２４とドレイン電極
２５を結ぶゲート絶縁層２３に接して有機半導体層２６
がある素子構造である。ここで、ゲート電極２２として
は金属電極やＩＴＯ電極、高ドープのため金属状態にあ
る導電性ポリマーなどが用いられる。In the structure shown in FIG. 2, the gate electrode 22 is provided on the substrate 21, the gate insulating layer 23 containing an insulating polymer having a cyano group is provided thereon, and the source electrode 24 and the drain electrode 25 are provided thereon. The organic semiconductor layer 26 is in contact with the gate insulating layer 23 connecting the source electrode 24 and the drain electrode 25.
There is a certain element structure. Here, as the gate electrode 22, a metal electrode, an ITO electrode, a conductive polymer in a metal state because it is highly doped, or the like is used.

【００７９】また、図３の構成では、図２の基板とゲー
ト電極を、基板兼ゲート電極３７で置き換えた構成をし
ている点で図２の構成と異なり、この基板兼ゲート電極
３７として用いられるのは高濃度にドープしたシリコン
基板、金属が用いられる。In addition, the configuration of FIG. 3 differs from the configuration of FIG. 2 in that the substrate and gate electrode of FIG. 2 are replaced by the substrate / gate electrode 37, and this substrate / gate electrode 37 is used. A highly doped silicon substrate or metal is used.

【００８０】また、図４の構成では、ゲート電極４２が
有機半導体層４３よりも上部にある素子構成であり、有
機半導体層４３は、基板４１とシアノ基をもつ絶縁性ポ
リマーからなるゲート絶縁層４３にはさまれており、素
子の特性が雰囲気ガスの影響を受けにくく、有機半導体
がさらされないため安定な構造をしている。In the structure shown in FIG. 4, the gate electrode 42 is located above the organic semiconductor layer 43, and the organic semiconductor layer 43 includes the substrate 41 and a gate insulating layer made of an insulating polymer having a cyano group. It is sandwiched between 43, and the characteristics of the element are not easily affected by the atmospheric gas, and the organic semiconductor is not exposed, so that the element has a stable structure.

【００８１】そして、図１から図３に示す構成では、ゲ
ート絶縁層形成後、有機半導体層を蒸着等により形成す
ればよいが、図４のようにゲート絶縁層が有機半導体層
の上部に形成されても同様に作製でき、移動度の向上を
示すものである。In the structure shown in FIGS. 1 to 3, after forming the gate insulating layer, the organic semiconductor layer may be formed by vapor deposition or the like. However, as shown in FIG. 4, the gate insulating layer is formed on the organic semiconductor layer. Even if it is carried out, it can be manufactured similarly, and the mobility is improved.

【００８２】この内、図１と図４の構成で、以下の各実
施例において、各種有機半導体を用いて電界効果トラン
ジスタを作製した例を示し、比較例のシリコン酸化膜を
ゲート絶縁層とした構造の電界効果トランジスタでの有
機半導体の移動度よりも高い移動度を確認した。もちろ
ん、他の素子構造でも同様に高い移動度を呈すると考え
られる。Among these, in the structures of FIGS. 1 and 4, an example in which a field effect transistor is manufactured by using various organic semiconductors in each of the following examples is shown, and a silicon oxide film of a comparative example is used as a gate insulating layer. The mobility higher than that of the organic semiconductor in the structured field effect transistor was confirmed. Of course, it is considered that other element structures exhibit similarly high mobility.

【００８３】また、シアノ基を持つ絶縁性ポリマーとし
ては、代表的にポリアクリロニトリルまたはシアノエチ
ルプルランを用いた。As the insulating polymer having a cyano group, polyacrylonitrile or cyanoethyl pullulan was typically used.

【００８４】また、用いた有機半導体は、ジメチルセク
シチオフェン（ＤＭＳｘＴ）、クォータチオフェン（Ｑ
ｔＴ）、鉛フタロシアニン（ＰｂＰｃ：Ｃ32Ｈ16Ｎ8Ｐ
ｂ，ＣＡＳ登録番号１５１８７−１６−３）であり、そ
れらの分子構造は順に以下の（化２７）から（化２９）
に示される。The organic semiconductors used were dimethyl sexithiophene (DMSxT) and quaterthiophene (Q
tT), lead phthalocyanine (PbPc: C 32 H 16 N 8 P
b, CAS registration number 15187-16-3), and the molecular structures thereof are in order from the following (Chemical formula 27) to (Chemical formula 29).
Shown in.

【００８５】[0085]

【化２７】 [Chemical 27]

【００８６】[0086]

【化２８】 [Chemical 28]

【００８７】[0087]

【化２９】 [Chemical 29]

【００８８】用いたジメチルセクシチオフェンは、両末
端のα位の水素がメチル基で置換されたチオフェンの６
量体で、モノクロロベンゼンで再結晶したものである。The dimethyl sexithiophene used was 6 of thiophene in which hydrogen at the α-position at both ends was substituted with a methyl group.
It is a monomer and recrystallized from monochlorobenzene.

【００８９】このジメチルセクシチオフェンは、π共役
系が長いことやメチル基に置換した効果により、クォー
タチオフェンに比較して５桁ほど高い移動度を有する。This dimethyl sexithiophene has a mobility about five orders of magnitude higher than that of quaterthiophene due to the long π-conjugated system and the effect of substitution with a methyl group.

【００９０】なお、ジメチルセクシチオフェンの合成
は、アドバンスト・マテリアルズ誌（Ｓ．Ｈｏｔｔａ，
Ｋ．Ｗａｒａｇａｉ，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．５巻，８９
６頁（１９９３年））に記載の方法で行なった。The synthesis of dimethylsexithiophene was performed by Advanced Materials (S. Hotta,
K. Waragai, Adv. Mater. Volume 5, 89
6 (1993)).

【００９１】また、クォータチオフェンは、チオフェン
の４量体で、両末端のα位の水素が無置換のものであ
る。Quaterthiophene is a tetramer of thiophene in which the hydrogen at the α-position at both ends is unsubstituted.

【００９２】これらのオリゴチオフェンは、グリニャー
ル反応によって段階的に作られるため単一の重合度であ
り、不純物は少なく、単結晶が得られやすい。Since these oligothiophenes are produced stepwise by the Grignard reaction, they have a single degree of polymerization, few impurities, and single crystals are easily obtained.

【００９３】そのため、有機半導体をチャネル層に用い
た電界効果トランジスタでしばし必要になる脱ドープの
必要がない。Therefore, there is no need for dedoping, which is often necessary in a field effect transistor using an organic semiconductor for a channel layer.

【００９４】しかも蒸着膜の膜質もよく、高次のＸ線解
析ピークが認められる（ジャーナル・オブ・マテリアル
・ケミストリー誌：Ｓ．Ｈｏｔｔａ，Ｋ．Ｗａｒａｇａ
ｉ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．，１巻（１９９１）８
３５頁に記載）。Moreover, the quality of the deposited film is good, and high-order X-ray analysis peaks are recognized (Journal of Material Chemistry: S. Hotta, K. Waraga).
i, J. Mater. Chem. , Volume 1 (1991) 8
(See page 35).

【００９５】よって、このような薄膜の膜質の良さが、
となりあう分子間のキャリアの移動を起こり易いもとし
ている。Therefore, the good quality of such a thin film is
It is said that carriers easily move between adjacent molecules.

【００９６】また、鉛フタロシアニンは、市販品がフタ
ルイミドなどの不純物を多く含むため市販品を２回の昇
華精製をしてから用いた。Further, since the commercial product of lead phthalocyanine contains many impurities such as phthalimide, the commercial product was used after being purified by sublimation twice.

【００９７】ここでは、鉛フタロシアニンについて測定
したが、一般にフタロシアニン錯体の物性は中心金属の
種類が変わっても大きくは変わらないので、他の２価ま
たは１価の金属フタロシアニン、金属を含まないフタロ
シアニンについても同様に移動度が向上する。Here, the measurement was carried out for lead phthalocyanine, but in general, the physical properties of the phthalocyanine complex do not change significantly even if the type of the central metal changes, so other divalent or monovalent metal phthalocyanines and metal-free phthalocyanines are used. Also improves mobility.

【００９８】なお、シアノ基を有するポリマーをゲート
絶縁層として用いるとチャネルの移動度が向上する理由
について検討する。The reason why the channel mobility is improved by using a polymer having a cyano group as the gate insulating layer will be examined.

【００９９】例えば、前述のＧａｒｎｉｅｒ他は、シア
ノエチルプルランのε＝１８．５（１０ＫＨｚにて）と
いう比誘電率値を理由にあげている（特表平５−５０８
７４５号参照）。For example, the above-mentioned Garnier et al. Cited the reason for the relative permittivity value of cyanoethyl pullulan at ε = 18.5 (at 10 KHz) (Japanese Patent Publication No. 5-508).
745).

【０１００】しかし、後述の比較例に示す比誘電率の高
いタンタル酸化膜（ε＝２４〜２５）を用いた電界効果
トランジスタ構造では、ＳｉＯ2上の場合と同等の移動
度であり、その移動度の活性化エネルギーもＳｉＯ2上
のものと同等である。However, in the field effect transistor structure using a tantalum oxide film (ε = 24 to 25) having a high relative dielectric constant, which is shown in a comparative example described later, the mobility is equivalent to that on SiO 2 , and the mobility thereof is the same. The activation energy in degrees is similar to that on SiO 2 .

【０１０１】また、本発明の実施例に示すポリアクリロ
ニトリルの比誘電率は、ε＝４．５（１０ＫＨｚ，２２
℃にて）である（Ｅｕｇｅｎ Ｎｅａｇｕ，Ｍｉｈａｉ
Ｌｅａｎｃａ，Ｒｏｄｉｃａ Ｎｅａｇｕ，Ａｎ．Ｓ
ｔｉｉｎｔ．Ｕｎｉｖ．”Ａｌ．Ｉ．Ｃｕｚａ”Ｉａｓ
ｉ，Ｓｅｃｔ．１ｂ，２０（２），１３３−８頁 １９
７４年に記載）であるに対して、特表平５−５０８７４
５号公報記載では、少なくとも５の比誘電率が必要とし
ているが、ポリアクリロニトリルの比誘電率はその値よ
りも小さく、しかも移動度の向上を引き起こしている。The relative dielectric constant of the polyacrylonitrile shown in the examples of the present invention is ε = 4.5 (10 KHz, 22
(At ° C) (Eugen Neagu, Mihai)
Leanca, Rodica Neagu, An. S
tint. Univ. "Al.I.Cuza" Ias
i, Sect. 1b, 20 (2), pp. 133-8 19
It is described in 1974), while the special table HEI 5-50874
According to the description in Japanese Patent Publication No. 5, the relative permittivity of at least 5 is required, but the relative permittivity of polyacrylonitrile is smaller than that value, and the mobility is improved.

【０１０２】よって、必ずしもＧａｒｎｉｅｒ他が述べ
るような高い比誘電率の材料が、移動度の向上につなが
っていないことになる。Therefore, a material having a high relative dielectric constant as described by Garnier et al. Does not necessarily lead to improvement in mobility.

【０１０３】現在のところ、シアノ基を有するポリマー
をゲート絶縁層として用いるとチャネルの移動度が向上
する理由については、シアノ基が有する局在した電気双
極子の作用が支配的であることが判明している。At present, the reason why the use of a polymer having a cyano group as the gate insulating layer improves the mobility of the channel is that the action of the localized electric dipole possessed by the cyano group is dominant. are doing.

【０１０４】（実施例１）以下、本発明の第１の実施例
について、図面を参照にしながら詳細に説明をする。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【０１０５】本実施例では、ポリアクリロニトリルをゲ
ート絶縁層材料として、有機半導体としてジメチルセク
シチオフェンを用いた電界効果トランジスタを作製し
た。In this example, a field effect transistor using polyacrylonitrile as a gate insulating layer material and dimethyl succithiophene as an organic semiconductor was manufactured.

【０１０６】具体的には、図４の構成の電界効果トラン
ジスタにおいて、基板４１としてガラス基板、ゲート電
極４２としてＩＴＯ膜、ゲート絶縁層４３にシアノ基を
有する絶縁性ポリマーとしてポリアクリロニトリル、ソ
ース電極４４およびドレイン電極４５として各々金の蒸
着膜、有機半導体層４６としてジメチルセクシチオフェ
ンを用いた構成を有する。Specifically, in the field effect transistor having the structure shown in FIG. 4, a glass substrate as the substrate 41, an ITO film as the gate electrode 42, polyacrylonitrile as an insulating polymer having a cyano group in the gate insulating layer 43, and a source electrode 44. The drain electrode 45 and the organic semiconductor layer 46 are each made of a vapor-deposited film of gold and dimethylsexithiophene.

【０１０７】ポリアクリロニトリルをゲート絶縁層に用
いた電界効果トランジスタを次のようにして作製した。A field effect transistor using polyacrylonitrile as a gate insulating layer was manufactured as follows.

【０１０８】まず、洗浄したＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔ
ｉｎ Ｏｘｃｉｄｅ）膜付きガラス基板（５０Ω／□）
を用意し、この上に、ポリアクリロニトリル(分子量１
５０，０００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ社製)の０．１
ｇ／ｍｌのジメチルスルホキシド溶液を、１５００ｒｐ
ｍでスピンコートし、ドライヤーを用いてこのスピンコ
ート膜を乾燥し、ゲート絶縁層４３とした。First, cleaned ITO (Indium T
in Oxide) glass substrate with film (50Ω / □)
Prepare polyacrylonitrile (molecular weight 1
50,000, manufactured by Polyscience) 0.1
g / ml dimethyl sulfoxide solution at 1500 rp
m was spin-coated, and this spin-coated film was dried using a dryer to form a gate insulating layer 43.

【０１０９】そして、その上に金を真空蒸着し、各々ソ
ース電極４４、ドレイン電極４５を形成した。Then, gold was vacuum-deposited thereon to form a source electrode 44 and a drain electrode 45, respectively.

【０１１０】又、上述のＩＴＯ膜をゲート電極４２とし
て用い、ソース電極４４、ドレイン電極４５、ゲート電
極４２の各電極に、０．１mmφの金線を銀ペーストで配
線した。Using the above-mentioned ITO film as the gate electrode 42, a 0.1 mmφ gold wire was laid with silver paste on each of the source electrode 44, the drain electrode 45, and the gate electrode 42.

【０１１１】ここで、インピーダンスアナライザＨｅｗ
ｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ ４１９４Ａを用いてゲート
電流を測定し、ソース・ゲート間のゲート容量を電極面
積で割り、単位面積当りのゲート容量とした。そして、
その典型的な値は、１ｎＦ／ｃｍ2であった。Here, the impedance analyzer Hew
The gate current was measured using a lett-Packard 4194A, and the gate capacitance between the source and the gate was divided by the electrode area to obtain the gate capacitance per unit area. And
Its typical value was 1 nF / cm 2 .

【０１１２】その後、チャネル部分に蒸着されるよう
に、不要部分をアルミホイル等で覆って、ジメチルセク
シチオフェン１０ｍｇを、２〜４×１０-6Ｔｏｒｒの圧
力下で、蒸着基板から５ｃｍ離した昇華金属用のタング
ステンボートから、抵抗加熱により真空蒸着し、有機半
導体層４６とした。Thereafter, the unnecessary portion was covered with aluminum foil or the like so as to be vapor-deposited on the channel portion, and 10 mg of dimethyl sexithiophene was sublimated 5 cm away from the vapor-deposited substrate under a pressure of 2 to 4 × 10 −6 Torr. From the tungsten boat for metal, it vacuum-deposited by resistance heating and it was set as the organic-semiconductor layer 46.

【０１１３】この条件において、ジメチルセクシチオフ
ェンの中心付近の膜厚は、５００ｎｍになった。Under these conditions, the film thickness near the center of dimethylsexithiophene was 500 nm.

【０１１４】そして、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ
の半導体パラメータアナライザー４１４５Ｂ、Ｋｅｉｔ
ｈｌｅｙ ２３６ソース・メジャーユニットとプログラ
マブル電圧源Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ６１７をパソコンによ
りコントロールした測定系を用いて、本実施例の電界効
果トラジスタの各パラメータの測定を行なった。Then, Hewlett-Packard
Semiconductor Parameter Analyzer 4145B, Keit
Each parameter of the field effect transistor of this example was measured using a measurement system in which a hley 236 source measure unit and a programmable voltage source Keithley 617 were controlled by a personal computer.

【０１１５】また、移動度は、電界効果トランジスタの
線形領域のドレイン電流IDを与える下記の（数１）を、
ゲート電圧にＶGにより微分した下記の（数２）より求
めることができる。The mobility is given by the following (Equation 1) which gives the drain current I D in the linear region of the field effect transistor:
It can be obtained by the following (Equation 2) which is obtained by differentiating the gate voltage by V G.

【０１１６】[0116]

【数１】 [Equation 1]

【０１１７】[0117]

【数２】 [Equation 2]

【０１１８】ここでμは移動度、Ｃ0は単位面積当りの
ゲート容量、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、ＶGは
ゲート電圧、ＶDはドレイン電圧、ＶTはしきい値電圧で
ある。Here, μ is the mobility, C 0 is the gate capacitance per unit area, W is the channel width, L is the channel length, V G is the gate voltage, V D is the drain voltage, and V T is the threshold voltage. is there.

【０１１９】また、ジメチルセクシチオフェンに代え、
クォータチオフェン、鉛フタロシアニンについても同様
に電界効果トランジスタを作製し、同様の測定を行っ
た。In addition, instead of dimethyl sexithiophene,
For quaterthiophene and lead phthalocyanine, field effect transistors were similarly prepared and the same measurement was performed.

【０１２０】このとき、チャネル長Ｌ＝２．４ｃｍでチ
ャネル幅Ｗ＝０．０１ｃｍのもの、またはチャネル長Ｌ
＝０．６ｃｍでチャネル幅Ｗ＝０．０２ｃｍのものの２
種類を作製した。At this time, the channel length L = 2.4 cm and the channel width W = 0.01 cm, or the channel length L
= 0.6 cm and channel width W = 0.02 cm 2
Created types.

【０１２１】これらの電界効果トランジスタの動作特性
を、図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図中に、各々のチャネ
ル幅Ｗ、チャネル長Ｌ、単位面積あたりのゲート容量Ｃ
0を示した。Operating characteristics of these field effect transistors
Is shown in FIGS. In the figure, each channel
Width W, channel length L, gate capacitance C per unit area
0showed that.

【０１２２】これらの図より、ジメチルセクシチオフェ
ン、クォータチオフェン、鉛フタロシアニンとも、マイ
ナスのゲート電圧を印加したときにドレイン電流が増大
していることからｐ型の半導体特性を示していることが
わかる。From these figures, it can be seen that dimethyl sexthiophene, quaterthiophene, and lead phthalocyanine exhibit p-type semiconductor characteristics because the drain current increases when a negative gate voltage is applied.

【０１２３】そして、図５（ａ）のジメチルセクシチオ
フェンの電界効果トランジスタの場合に、最も、ゲート
電圧に対するドレイン電流の変化が大きく、しかもＶG
＝０ＶとＶG＝−１１Ｖにおけるドレイン電流の変化の
比が大きい。In the case of the field-effect transistor of dimethylsexithiophene shown in FIG. 5A, the change in drain current with respect to the gate voltage is the largest, and V G
The ratio of changes in drain current at = 0 V and V G = −11 V is large.

【０１２４】結果として、ジメチルセクシチオフェンで
２ｃｍ2/Ｖｓ（最大値で４ｃｍ2/Ｖｓ）、クォータチオ
フェンで１．４×１０-5ｃｍ2/Ｖs、鉛フタロシアニン
で１．３×１０-4ｃｍ2/Ｖsの移動度が得られた。As a result, it was 2 cm 2 / Vs (maximum value was 4 cm 2 / Vs) for dimethyl succithiophene, 1.4 × 10 −5 cm 2 / Vs for quaterthiophene, and 1.3 × 10 −4 cm for lead phthalocyanine. A mobility of 2 / Vs was obtained.

【０１２５】これらの値は、シリコン酸化膜上のジメチ
ルセクシチオフェン、クォータチオフェン、鉛フタロシ
アニンの移動度が、各々１０-2、２×１０-7、１０-5ｃ
ｍ2/Ｖsであるのに対して、１桁以上大きく、移動度の
格段の向上をもたらしていることがわかる。These values show that the mobilities of dimethylsexithiophene, quaterthiophene, and lead phthalocyanine on the silicon oxide film are 10 −2 , 2 × 10 −7 , and 10 −5 c, respectively.
Although it is m 2 / Vs, it is larger by one digit or more, and it can be seen that the mobility is remarkably improved.

【０１２６】以上のように、本実施例によれば、有機半
導体をチャネル層に用いた電界効果トランジスタにおい
て、ゲート絶縁層にシアノ基をもつ絶縁性ポリマーであ
るポリアクリロニトリルを用いることにより、ゲート絶
縁層にシリコン酸化膜を用いたものよりも高い移動度を
有する電界効果トランジスタを得ることができ、このシ
アノ基をもつポリマーによる移動度の向上は、広範囲の
有機半導体に有効であると考えられる。As described above, according to this example, in the field effect transistor using the organic semiconductor for the channel layer, by using polyacrylonitrile which is an insulating polymer having a cyano group for the gate insulating layer, It is possible to obtain a field effect transistor having a higher mobility than that using a silicon oxide film as a layer, and it is considered that the improvement of the mobility by the polymer having a cyano group is effective for a wide range of organic semiconductors.

【０１２７】更に、ポリアクリロニトリルは、通常の有
機溶媒に溶解せず、ジメチルスルホキシド、ジメチルホ
ルムアミド等の限られた溶媒に溶解するだけであるた
め、ポリアクリロニトリルを製膜後に有機洗浄やリソグ
ラフィーが可能になる利点をも併せ持つ。Furthermore, since polyacrylonitrile is not dissolved in an ordinary organic solvent but only in a limited solvent such as dimethyl sulfoxide or dimethylformamide, it is possible to perform organic cleaning or lithography after film formation of polyacrylonitrile. It also has the advantage that

【０１２８】なお、このように電界効果トランジスタ構
造にして測定した移動度は、ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇ
ｈｔ法により測定した移動度とは異なることがある。The mobility measured in such a field effect transistor structure is time of flap.
It may be different from the mobility measured by the ht method.

【０１２９】というのは、ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈ
ｔ法では、光照射によりキャリアを発生させるので、分
子のＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）やＬＵＭＯ（最低空
分子軌道）の絶対的な準位がどこであるかはキャリアの
発生に無関係で、ＨＯＭＯとＬＵＭＯのエネルギー差が
キャリアの発生に関係している。That is, time of flight
In the t method, since carriers are generated by light irradiation, the absolute level of HOMO (highest occupied molecular orbital) or LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) of a molecule is irrelevant to the generation of carriers and HOMO. And LUMO energy difference is related to generation of carriers.

【０１３０】一方、電界効果トランジスタ構造では、ゲ
ート電極・ゲート絶縁層・チャネル部の有機半導体のＭ
ＩＳ（絶縁ゲート半導体）構造での印加電圧によるもの
なので、ゲート電極・ゲート絶縁層・有機半導体のエネ
ルギー準位の関係に影響されるからである。On the other hand, in the field effect transistor structure, M of the organic semiconductor of the gate electrode, the gate insulating layer, and the channel portion is used.
This is because it depends on the applied voltage in the IS (insulated gate semiconductor) structure, and is affected by the relationship between the energy levels of the gate electrode, the gate insulating layer, and the organic semiconductor.

【０１３１】例えば、ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ法
では、通常は測定できるアントラセン単結晶を用いた場
合でも、電界効果トランジスタ構造にすると移動度の測
定ができない。For example, in the time of flight method, even when an anthracene single crystal that can be usually measured is used, the mobility cannot be measured in the field effect transistor structure.

【０１３２】これは、アントラセンは、可視領域に吸収
を持たず透明であるように、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯのエネ
ルギー差が大きく、ＨＯＭＯの準位がテトラセンのＨＯ
ＭＯの準位よりも深い準位にあるため、電界効果トラン
ジスタ構造でゲート印加電圧によってキャリアを誘起す
ることができないことによる。This is because HOMO-LUMO has a large energy difference, and anthracene is transparent without absorption in the visible region, and the HOMO level is tetracene HO.
This is because it is in a level deeper than the level of MO and therefore carriers cannot be induced by the gate applied voltage in the field effect transistor structure.

【０１３３】このように電界効果トランジスタ測定によ
り求めた移動度は、ｔｉｍｅ ｏｆｆｌｉｇｈｔ 法に
より求めた移動度とは異なることがあるが、本実施例で
求めた移動度は、実際に素子として利用される電界効果
トランジスタ構造におけるものであり、単結晶中で求め
た移動度よりも、より実際的なものである。Although the mobility obtained by the field effect transistor measurement may be different from the mobility obtained by the time off light method, the mobility obtained in this embodiment is actually used as an element. This is in the field effect transistor structure, and is more practical than the mobility obtained in the single crystal.

【０１３４】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について、図面を参照にしながら説明をする。(Embodiment 2) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【０１３５】本実施例では、図１に示されるポリアクリ
ロニトリル層とシリコン膜からなる複合絶縁層を有する
電界効果トランジスタについて説明をする。In this example, a field effect transistor having a composite insulating layer composed of a polyacrylonitrile layer and a silicon film shown in FIG. 1 will be described.

【０１３６】具体的には、シアノ基を有するポリマー層
１３としてポリアクリロニトリル、有機半導体層１６と
してジメチルセクシチオフェンを用いた電界効果トラン
ジスタを以下のように作製した。Specifically, a field effect transistor using polyacrylonitrile as the polymer layer 13 having a cyano group and dimethyl sexithiophene as the organic semiconductor layer 16 was prepared as follows.

【０１３７】まず、１０００Åの熱酸化膜（シリコン酸
化膜）１９のついたｎ型高濃度ドープのシリコン基板１
８を、スピンコートしやすい大きさに劈開する。First, an n-type highly-doped silicon substrate 1 having a 1000 Å thermal oxide film (silicon oxide film) 19 is formed.
Cleave 8 into a size that facilitates spin coating.

【０１３８】なお、このとき、熱酸化膜を成長させた時
にできる裏面の酸化膜は、簡便のため紙やすりにより除
去し、ゲート電極をとりだすためのシリコン基板と銀ペ
ーストとの導通を確保した。At this time, the oxide film on the back surface formed when the thermal oxide film was grown was removed by sandpaper for the sake of simplicity, and conduction between the silicon substrate for taking out the gate electrode and the silver paste was secured.

【０１３９】次に、ポリアクリロニトリル(分子量１５
０，０００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ社製)の０．１ｇ
／ｍｌのジメチルスルホキシド溶液を、１０００または
２０００ｒｐｍで、シリコン酸化膜上ににスピンコート
した。Next, polyacrylonitrile (molecular weight 15
50,000, manufactured by Polyscience) 0.1 g
/ Ml of dimethyl sulfoxide solution was spin-coated on the silicon oxide film at 1000 or 2000 rpm.

【０１４０】スピンコート後ドライヤーを用いてスピン
コート膜を乾燥し、シアノ基を有するポリマー層１３と
した。After spin coating, the spin coating film was dried using a dryer to obtain a polymer layer 13 having a cyano group.

【０１４１】その上にソース電極１４とドレイン電極１
５として用いる金電極を真空蒸着する（チャネル長Ｌ＝
２．４ｃｍ、チャネル幅Ｗ＝０．０１ｃｍ）。On top of that, the source electrode 14 and the drain electrode 1
The gold electrode used as 5 is vacuum-deposited (channel length L =
2.4 cm, channel width W = 0.01 cm).

【０１４２】そして、金電極を蒸着した後に、シリコン
基板１８を劈開して不図示のプリント基板上に固定し、
銀ペーストを用い金線の配線をし、金線に力がかかって
はがれることのないようにプリント基板と金線（φ０．
１ｍｍ）をエポキシ接着剤で固定した。After depositing the gold electrode, the silicon substrate 18 is cleaved and fixed on a printed board (not shown),
Wire the gold wire using silver paste, and make sure that the gold wire (φ0.
1 mm) was fixed with an epoxy adhesive.

【０１４３】なお、このとき、劈開に先だって、ポリア
クリロニトリルの薄膜１３はシリコン酸化膜１９との密
着性がよくなく容易にはがれやすいため、ポリアクリロ
ニトリルのスピンコート膜１３、シリコン基板１８の端
面にエポキシ接着剤を塗り固めた後、ポリアクリロニト
リルのスピンコート膜１３をカッターナイフであらかじ
め切り放しておく。At this time, prior to the cleavage, the polyacrylonitrile thin film 13 does not have good adhesion to the silicon oxide film 19 and is easily peeled off. Therefore, the polyacrylonitrile spin coat film 13 and the end surface of the silicon substrate 18 are coated with epoxy. After the adhesive is applied and solidified, the polyacrylonitrile spin coat film 13 is previously cut off with a cutter knife.

【０１４４】又、ここでＨｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒ
ｄ ４１９４Ａ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ／ｇａｉｎ ｐｈ
ａｓｅ ａｎａｌｙｚｅｒでパラメータを測定し、低周
波での一致のよい並列の等価回路のコンデンサの容量を
電極面積で割って、ゲート容量Ｃ0を算出し、その単位
面積あたりのゲート容量Ｃ0は、測定結果のグラフ中に
示した。In addition, here, Hewlett Packard
d 4194A impedance / gain ph
The parameters measured in ase analyzer, by dividing the capacitance of the capacitor of good parallel equivalent circuit of matching in the low frequency in the electrode area, calculates the gate capacitance C 0, the gate capacitance C 0 per unit area, measured The results are shown in the graph.

【０１４５】その後、チャネル周辺部を残してアルミホ
イルでマスクして、ジメチルセクシチオフェン１０ｍｇ
を、タングステン昇華金属用ボートから５ｃｍの距離
で、２×１０-6〜４×１０-6Ｔｏｒｒの圧力下で真空蒸
着し、膜厚５００ｎｍ程度の有機半導体層１６であるオ
リゴチオフェン膜を形成した。Thereafter, the periphery of the channel was left unmasked and masked with aluminum foil.
Was vacuum-deposited at a distance of 5 cm from the tungsten sublimation metal boat under a pressure of 2 × 10 −6 to 4 × 10 −6 Torr to form an oligothiophene film as the organic semiconductor layer 16 having a thickness of about 500 nm. .

【０１４６】そして、実施例１と同様にして電界効果ト
ランジスタ特性を測定した結果は、図６に示す通りであ
り、１ｃｍ2／Ｖsの大きい移動度が得られた。The field effect transistor characteristics measured in the same manner as in Example 1 are shown in FIG. 6, and a large mobility of 1 cm 2 / Vs was obtained.

【０１４７】なお、絶縁層をポリマー絶縁層とシリコン
酸化膜との複合膜にした構造は、次のような利点を持
つ。The structure in which the insulating layer is a composite film of a polymer insulating layer and a silicon oxide film has the following advantages.

【０１４８】ポリマー単独の絶縁層より、ポリマー層／
酸化ケイ素膜の複合膜は、ゲートの絶縁性を確保しやす
いため、ポリマー層の厚さを薄くすることができる。The polymer layer / polymer layer
Since the composite film of the silicon oxide film easily secures the insulating property of the gate, the thickness of the polymer layer can be reduced.

【０１４９】このため、この複合膜の方が、ポリマー単
独の場合よりも単位面積当りのゲートの電気容量を確保
しやすく、同じ移動度、チャネル長、チャネル幅の組合
せでも大きなドレイン電流が得られる。Therefore, this composite film can more easily secure the electric capacity of the gate per unit area than the case of using the polymer alone, and a large drain current can be obtained even with the same combination of mobility, channel length, and channel width. .

【０１５０】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について、図面を参照にしながら説明をする。(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【０１５１】本実施例では、シアノエチルプルランをゲ
ート絶縁層に用い、鉛フタロシアニンを有機半導体とし
て用いたもので、実施例１の作製工程と基本的には同様
である。In this example, cyanoethyl pullulan was used for the gate insulating layer and lead phthalocyanine was used as the organic semiconductor, and the manufacturing process of Example 1 is basically the same.

【０１５２】具体的には、図４の構成において、基板４
１としてガラス基板、ゲート電極４２としてＩＴＯ膜、
シアノ基をもつ絶縁性ポリマー４３としてとしてシアノ
エチルプルラン、ソース電極４４、ドレイン電極４５と
して金の蒸着膜、有機半導体層４６として鉛フタロシア
ニンを用いたものである。Specifically, in the configuration of FIG. 4, the substrate 4
1, a glass substrate, an ITO film as the gate electrode 42,
Cyanoethyl pullulan is used as the insulating polymer 43 having a cyano group, a vapor deposition film of gold is used as the source electrode 44 and the drain electrode 45, and lead phthalocyanine is used as the organic semiconductor layer 46.

【０１５３】ゲート電極４２となるＩＴＯ膜付きガラス
基板（５０Ω／□）を洗浄して用意し、この上にＣＹＥ
ＰＬ（信越化学製、商品名シアノレジンＣＲ−Ｓ）の
０．２ｇ／ｍｌのアセトニトリルとジメチルホルムアミ
ドとの等体積混合溶媒溶液を１０００ｒｐｍでスピンコ
ートした。A glass substrate with an ITO film (50 Ω / □) to be the gate electrode 42 was washed and prepared, and CYE
A solution of PL (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., cyanoresin CR-S) in an equal volume mixed solvent of 0.2 g / ml of acetonitrile and dimethylformamide was spin-coated at 1000 rpm.

【０１５４】スピンコート後ドライヤーを用いてスピン
コート膜を乾燥し、ゲート絶縁層４３とした。After the spin coating, the spin coating film was dried using a dryer to form the gate insulating layer 43.

【０１５５】そして、その上にソース電極４４、ドレイ
ン電極４５として用いる金電極を真空蒸着して形成し
た。Then, a gold electrode used as the source electrode 44 and the drain electrode 45 was formed thereon by vacuum vapor deposition.

【０１５６】ここで、ゲート容量を、インピーダンスア
ナライザＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ ４１９４Ａ
を用いて測定した。Here, the gate capacitance is measured by an impedance analyzer Hewlett-Packard 4194A.
It measured using.

【０１５７】その後、不要部分をアルミホイル等で覆っ
て、鉛フタロシアニンを２〜４×１０-6Ｔｏｒｒ圧力下
で、昇華金属用のタングステンボートから、抵抗加熱に
より真空蒸着した。Thereafter, the unnecessary portion was covered with aluminum foil or the like, and lead phthalocyanine was vacuum-deposited by resistance heating from a tungsten boat for sublimation metal under a pressure of 2 to 4 × 10 -6 Torr.

【０１５８】ここで、チャネル長Ｌ＝２．４ｃｍまたは
０．６ｃｍ、チャネル幅Ｗ＝０．０１ｃｍまたは０．０
２ｃｍとした。Here, the channel length L = 2.4 cm or 0.6 cm and the channel width W = 0.01 cm or 0.0
It was 2 cm.

【０１５９】ついで、ジメチルセクシチオフェン、クォ
ーターチオフェンについても鉛フタロシアニンの場合と
同様に電界効果トランジスタを作製し、実施例１と同様
に各パラメータを測定した。Then, with respect to dimethylsexithiophene and quarter thiophene, field effect transistors were prepared in the same manner as in the case of lead phthalocyanine, and each parameter was measured in the same manner as in Example 1.

【０１６０】こられの測定結果は、図７（ａ）〜（ｃ）
に示すとおりであり、ジメチルセクシチオフェンで３ｃ
ｍ2／Ｖs、クォータチオフェンで３×１０-5ｃｍ2／Ｖ
s、鉛フタロシアニンで３．２×１０-3ｃｍ2／Ｖsであ
った。The results of these measurements are shown in FIGS.
As shown in 3c with dimethyl sexithiophene
m 2 / Vs, quaterthiophene 3 × 10 -5 cm 2 / V
s, lead phthalocyanine was 3.2 × 10 −3 cm 2 / Vs.

【０１６１】よって、本実施例においても、シアノ基を
有するシアノエチルプルランをゲート絶縁層に用いると
ことにより有機半導体の移動度が向上した電界効果トラ
ンジスタを得ることができた。Therefore, also in this example, by using cyanoethyl pullulan having a cyano group for the gate insulating layer, it was possible to obtain a field effect transistor in which the mobility of the organic semiconductor was improved.

【０１６２】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について、図面を参照にしながら説明をする。(Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【０１６３】本実施例では、ゲート絶縁層としてシアノ
エチルプルランとシリコン酸化膜の積層膜を用いた。In this example, a laminated film of cyanoethyl pullulan and a silicon oxide film was used as the gate insulating layer.

【０１６４】具体的には、図１において、シアノ基を有
する絶縁性ポリマー層１３としてシアノエチルプルラ
ン、有機半導体層１６としてジメチルセクシチオフェン
を用いたものであり、実施例２の作製工程と基本的には
同様である。Specifically, in FIG. 1, cyanoethyl pullulan is used as the insulating polymer layer 13 having a cyano group, and dimethyl sexithiophene is used as the organic semiconductor layer 16, which is basically the same as the manufacturing process of Example 2. Is the same.

【０１６５】ここで、ゲート絶縁層の十分な絶縁を確保
するために、ｎ型高濃度ドープのシリコン基板１８上の
熱酸化膜（シリコン酸化膜：厚さ１０４．６ｎｍ）上
に、２ｇ／１０ｍｌのジメチルホルムアミドとアセトニ
トリルとの等体積混合溶媒のＣＹＥＰＬ溶液を１０００
ｒｐｍでスピンコートし、ドライヤーでスピンコート膜
を乾燥して絶縁層１３とした。Here, in order to secure sufficient insulation of the gate insulating layer, 2 g / 10 ml is formed on the thermal oxide film (silicon oxide film: thickness 104.6 nm) on the n-type heavily doped silicon substrate 18. 1000 parts of a CYEPL solution of an equal volume mixed solvent of dimethylformamide and acetonitrile.
Spin coating was performed at rpm, and the spin coating film was dried with a dryer to form the insulating layer 13.

【０１６６】本実施例においては、ＣＹＥＰＬスピンコ
ート膜である絶縁層１３は、シリコン酸化膜との密着性
が良好である。In this embodiment, the insulating layer 13 which is the CYEPL spin coat film has good adhesion to the silicon oxide film.

【０１６７】本実施例においても、電界効果トランジス
タの各パラメータの測定を同様に行い、その結果は図８
に示す。そして、求められた移動度は９×１０-2ｃｍ2
／Ｖsであり、高い値を有した。Also in this example, the measurement of each parameter of the field effect transistor was performed similarly, and the result is shown in FIG.
Shown in Then, the obtained mobility is 9 × 10 -2 cm 2.
/ Vs, which had a high value.

【０１６８】なお、以上の実施例の移動度の測定結果を
以下の（表１）にまとめた。The mobility measurement results of the above examples are summarized in (Table 1) below.

【０１６９】[0169]

【表１】 [Table 1]

【０１７０】（比較例１）本比較例では、シリコン酸化
膜をゲート絶縁層に用いた電界効果トランジスタを以下
のように作製した。ｎ型シリコン基板（ρ＝０．０１Ω
ｃｍ）上に、酸化膜（厚さ２７０ｎｍ）を形成し、その
上にクロム（厚さ１５ｎｍ）、金（厚さ１５０ｎｍ）を
逐次蒸着し、ソースおよびドレイン電極を形成した。Comparative Example 1 In this comparative example, a field effect transistor using a silicon oxide film as a gate insulating layer was manufactured as follows. n-type silicon substrate (ρ = 0.01Ω
cm), an oxide film (thickness: 270 nm) was formed, and chromium (thickness: 15 nm) and gold (thickness: 150 nm) were sequentially deposited on the oxide film to form a source and drain electrode.

【０１７１】ここで、チャネル長Ｌ＝４μｍ、チャネル
幅Ｗ＝１．５ｍｍとし、ゲート容量Ｃ0＝１２ｎＦ／ｃ
ｍ2であった。Here, the channel length L = 4 μm, the channel width W = 1.5 mm, and the gate capacitance C 0 = 12 nF / c.
m 2 .

【０１７２】ついで、ウエハーを劈開後セラミックパッ
ケージにマウントした後にボールボンダで配線し、その
後ジメチルセクシチオフェンを２〜４×１０-6Ｔｏｒｒ
圧力下で、昇華金属用のタングステンボートから抵抗加
熱により真空蒸着した。Then, after cleaving the wafer, the wafer was mounted in a ceramic package and wiring was performed with a ball bonder, and then dimethyl sexithiophene was added at 2 to 4 × 10 −6 Torr.
It was vacuum deposited by resistance heating under pressure from a tungsten boat for sublimation metals.

【０１７３】このとき、ボートと蒸着基板との距離を５
ｃｍ程度とし、蒸着源１０ｍｇを飛ばしたときの中心付
近の典型的な膜厚は５００ｎｍであった。At this time, the distance between the boat and the vapor deposition substrate is set to 5
A typical film thickness in the vicinity of the center was 500 nm when the deposition source was 10 mg and the deposition source was 10 mg.

【０１７４】ついで、有機半導体にクォータチオフェ
ン、鉛フタロシアニンを用いた場合ついても同様に電界
効果トランジスタを作製した。Next, a field effect transistor was similarly prepared when quaterthiophene or lead phthalocyanine was used as the organic semiconductor.

【０１７５】また、電界効果トランジスタの各パラメー
タの測定は、上記実施例と同様に行った。Further, the measurement of each parameter of the field effect transistor was performed in the same manner as in the above embodiment.

【０１７６】鉛フタロシアニンでの測定結果のみ図９に
示すが、その結果は、（表１）に示すようにジメチルセ
クシチオフェンで１０-2ｃｍ2／Ｖs、クォータチオフェ
ンで２×１０-7ｃｍ2／Ｖs、鉛フタロシアニンで１０-5
ｃｍ2／Ｖsと低い値であった。Only the measurement results for lead phthalocyanine are shown in FIG. 9. The results are shown in (Table 1), which is 10 −2 cm 2 / Vs for dimethyl sexithiophene and 2 × 10 −7 cm 2 for quaterthiophene. / Vs, 10 -5 with lead phthalocyanine
It was a low value of cm 2 / Vs.

【０１７７】（比較例２）さらに、本発明との比較する
ために、ＣＹＥＰＬよりも高い比誘電率（ε＝２４〜２
５）を有するタンタル酸化膜Ｔａ2Ｏ5を用いて、Ｔａ2
Ｏ5／ＳｉＯ2複合膜からなるゲート絶縁層の電界効果ト
ランジスタを作製した。(Comparative Example 2) Further, for comparison with the present invention, a relative dielectric constant (ε = 24 to 2) higher than that of CYEPL.
5) using a tantalum oxide film Ta 2 O 5 having Ta 2
A field effect transistor having a gate insulating layer made of an O 5 / SiO 2 composite film was produced.

【０１７８】ここで、ゲート絶縁層の十分な絶縁を確保
するために、ｎ型シリコン基板上のシリコンの熱酸化膜
（厚さ１０４．６ｎｍ）上に、タンタル酸化膜を２０
１．０ｎｍの厚さにスパッターにより製膜し、その上に
ソースおよびドレイン電極を作製した（チャネル長Ｌ＝
０．１ｍｍ、チャネル幅Ｗ＝２４ｍｍ）。Here, in order to secure sufficient insulation of the gate insulating layer, a tantalum oxide film is formed on the thermal oxide film (thickness: 104.6 nm) of silicon on the n-type silicon substrate.
A film having a thickness of 1.0 nm was formed by sputtering, and source and drain electrodes were formed thereon (channel length L =
0.1 mm, channel width W = 24 mm).

【０１７９】また、Ｔａ2Ｏ5／ＳｉＯ2複合膜の単位面
積当りの電気容量（１６．７ｎＦ／ｃｍ2）は、タンタ
ル酸化膜の電気容量とシリコン酸化膜の電気容量の直列
の電気容量として計算された値とよく一致した。The electric capacity per unit area (16.7 nF / cm 2 ) of the Ta 2 O 5 / SiO 2 composite film is the electric capacity of the tantalum oxide film and the silicon oxide film in series. It was in good agreement with the calculated value.

【０１８０】そして、チャネル層の有機半導体として
は、ジメチルクインケチオフェン（両末端のα位の水素
をメチル基で置換したチオフェンの５量体）を用い、タ
ングステンボートから真空蒸着により製膜し、電界効果
トランジスタの作製をした。Then, as the organic semiconductor of the channel layer, dimethylquinkethiophene (a pentamer of thiophene in which hydrogen at the α-positions at both ends was replaced by a methyl group) was used, and a film was formed from a tungsten boat by vacuum deposition, An effect transistor was produced.

【０１８１】電界効果トランジスタの各パラメータの測
定は、上記実施例と同様である。その結果を図１０に示
すが、Ｔａ2Ｏ5／ＳｉＯ2複合膜上の移動度は、１．８
×１０-3ｃｍ2／Ｖsであり、シリコン酸化膜上の場合と
大差のない値となった。The measurement of each parameter of the field effect transistor is the same as in the above embodiment. The results are shown in FIG. 10. The mobility on the Ta 2 O 5 / SiO 2 composite film is 1.8.
The value was × 10 -3 cm 2 / Vs, which was not much different from that on the silicon oxide film.

【０１８２】また、活性化エネルギーの測定値も、シリ
コン酸化膜上の場合と同様の０．１７ｅＶとなった。The measured value of activation energy was 0.17 eV, which was the same as that on the silicon oxide film.

【０１８３】このように高誘電率のタンタル酸化膜を用
いても、オリゴチオフェンの移動度が影響されないこと
から、移動度向上の要因は、ゲート絶縁層の比誘電率で
はないことがわかる。Even if a tantalum oxide film having a high dielectric constant is used, the mobility of oligothiophene is not affected. Therefore, it is understood that the factor for improving the mobility is not the relative dielectric constant of the gate insulating layer.

【０１８４】この原因について発明者が検討したとこ
ろ、この移動度の向上は、シアノ基が有する局在した電
気双極子の作用が支配的であることが判明した。As a result of the inventors' investigation of the cause of this, it was found that the action of the localized electric dipole possessed by the cyano group is dominant in the improvement of the mobility.

【０１８５】また、シアノ基を有する有機化合物を、他
のポリマー中に分散させてもその中に含まれる電気双極
子の働きにより同様の効果を示すことが期待できる。Further, even if an organic compound having a cyano group is dispersed in another polymer, it is expected that the same effect will be exhibited by the action of the electric dipole contained therein.

【０１８６】[0186]

【発明の効果】以上のように、本発明においては、有機
半導体をチャネル部に用いた電界効果トランジスタにお
いて、ゲート絶縁層にシアノ基を有する絶縁性ポリマー
を用いることにより、有機半導体薄膜中の移動度を向上
させ、その結果としてドレイン電流を増大させることが
できる。As described above, according to the present invention, in a field effect transistor using an organic semiconductor in a channel portion, by using an insulating polymer having a cyano group in a gate insulating layer, migration in an organic semiconductor thin film is achieved. The drain current can be increased as a result.

【０１８７】更に、ジメチルセクシチオフェンとポリア
クリロニトリルの組合せで最大で４ｃｍ2／Ｖsもの高い
移動度を実現することもできる。Further, it is possible to realize a high mobility as high as 4 cm 2 / Vs at the maximum by using a combination of dimethylsexithiophene and polyacrylonitrile.

【０１８８】よって、有機半導体をチャネル層に用いた
電界効果トランジスタ構造において、アモルファスシリ
コンと同等かまたはそれ以上のキャリアの移動度を実現
できたといえ、種々の有機半導体を電界効果トランジス
タに用い得る途を開き、その効果は大きい。Therefore, it can be said that in the field effect transistor structure using the organic semiconductor for the channel layer, carrier mobility equal to or higher than that of amorphous silicon can be realized, and various organic semiconductors can be used for the field effect transistor. The effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の電界効果トランジスタの断面図FIG. 1 is a sectional view of a field effect transistor of the present invention.

【図２】従来例と同様の構造で本発明の絶縁層を適用可
能な電界効果トランジスタの断面図FIG. 2 is a cross-sectional view of a field effect transistor to which the insulating layer of the present invention can be applied in the same structure as the conventional example.

【図３】従来例と同様の構造で本発明の絶縁層を適用可
能な電界効果トランジスタの断面図FIG. 3 is a cross-sectional view of a field effect transistor to which the insulating layer of the present invention can be applied, which has the same structure as the conventional example.

【図４】従来例と同様の構造で本発明の絶縁層を適用可
能な電界効果トランジスタの断面図FIG. 4 is a cross-sectional view of a field effect transistor to which the insulating layer of the present invention can be applied in a structure similar to that of a conventional example.

【図５】本発明の第１の実施例における電界効果トラン
ジスタの特性図FIG. 5 is a characteristic diagram of the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図６】同第２の実施例における電界効果トランジスタ
の特性図FIG. 6 is a characteristic diagram of the field effect transistor in the second embodiment.

【図７】同第３の実施例における電界効果トランジスタ
の特性図FIG. 7 is a characteristic diagram of the field effect transistor in the third embodiment.

【図８】同第４の実施例における電界効果トランジスタ
の特性図FIG. 8 is a characteristic diagram of the field effect transistor in the fourth embodiment.

【図９】比較例１における電界効果トランジスタの特性
図9 is a characteristic diagram of the field effect transistor in Comparative Example 1. FIG.

【図１０】比較例２における電界効果トランジスタの特
性図FIG. 10 is a characteristic diagram of a field effect transistor in Comparative Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１３ 絶縁層 １４ ソース電極 １５ ドレイン電極 １６ 有機半導体層 １８ 基板兼ゲート電極 １９ シリコン酸化膜 ２１ 基板 ２２ ゲート電極 ２３ 絶縁性層 ２４ ソース電極 ２５ ドレイン電極 ２６ 有機半導体層 ３３ 絶縁層 ３４ ソース電極 ３５ ドレイン電極 ３６ 有機半導体層 ３７ 基板兼ゲート電極 ４１ 基板 ４２ ゲート電極 ４３ 絶縁性層 ４４ ソース電極 ４５ ドレイン電極 ４６ 有機半導体層 13 insulating layer 14 source electrode 15 drain electrode 16 organic semiconductor layer 18 substrate / gate electrode 19 silicon oxide film 21 substrate 22 gate electrode 23 insulating layer 24 source electrode 25 drain electrode 26 organic semiconductor layer 33 insulating layer 34 source electrode 35 drain electrode 36 Organic Semiconductor Layer 37 Substrate and Gate Electrode 41 Substrate 42 Gate Electrode 43 Insulating Layer 44 Source Electrode 45 Drain Electrode 46 Organic Semiconductor Layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/336 29/786 // Ｃ０８Ｆ 120/42 ＭＮＣ Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１７ Ｔ ６１８ Ｂ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/336 29/786 // C08F 120/42 MNC H01L 29/78 617 T 618 B

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン
電極と、有機半導体材料で構成されたチャネル部と、シ
アノ基を有する絶縁性ポリマーで構成されたゲート絶縁
層とを有する電界効果トランジスタ。1. A field-effect transistor having a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a channel portion made of an organic semiconductor material, and a gate insulating layer made of an insulating polymer having a cyano group. 【請求項２】 有機半導体材料は、少なくとも７つのπ
電子共役結合を含む多共役有機化合物を用いた請求項１
記載の電界効果トランジスタ。2. The organic semiconductor material is at least 7 π
A multi-conjugated organic compound containing an electron-conjugated bond is used.
The field effect transistor described. 【請求項３】 有機半導体材料は、以下の化学式（化
１）から（化６）のいずれかで示される化合物を用いた
請求項１又は２記載の電界効果トランジスタ。 【化１】 【化２】 【化３】 【化４】 【化５】 【化６】 3. The field effect transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor material is a compound represented by any one of the following chemical formulas (Chemical formula 1) to (Chemical formula 6). Embedded image Embedded image Embedded image [Chemical 4] Embedded image [Chemical 6] 【請求項４】 有機半導体材料は、以下の化学式（化
７）で示されるπ電子共役系が広がった化合物である請
求項１から３のいずれか記載の電界効果トランジスタ。 【化７】 4. The field effect transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor material is a compound represented by the following chemical formula (Formula 7) in which a π-electron conjugated system is spread. [Chemical 7] 【請求項５】 シアノ基を有する絶縁性ポリマーは、以
下の化学式（化８）から（化１１）のいずれかで示され
る化合物を用いた請求項１から４のいずれか記載の電界
効果トランジスタ。 【化８】 【化９】 【化１０】 【化１１】 5. The field effect transistor according to claim 1, wherein the insulating polymer having a cyano group is a compound represented by any one of the following chemical formulas (Chemical formula 8) to (Chemical formula 11). Embedded image [Chemical 9] [Chemical 10] [Chemical 11] 【請求項６】 シアノ基を有する絶縁性ポリマーは、ポ
リアクリロニトリルである請求項１から５のいずれか記
載の電界効果トランジスタ。6. The field effect transistor according to claim 1, wherein the insulating polymer having a cyano group is polyacrylonitrile. 【請求項７】 ゲート絶縁層がシリコン酸化膜とシアノ
基を有する絶縁性ポリマーからなる複合膜であり、シア
ノ基をもつ絶縁性ポリマーがチャネル部と接する請求項
１から６記載の電界効果トランジスタ。7. The field effect transistor according to claim 1, wherein the gate insulating layer is a composite film composed of a silicon oxide film and an insulating polymer having a cyano group, and the insulating polymer having a cyano group is in contact with the channel portion.
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