TW201316580A - 有機薄膜電晶體 - Google Patents

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Takayuki Okachi
Masato Ueda
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Sumitomo Chemical Co
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Abstract

本發明之課題係提供一種場效移動度高、OFF電流小之有機薄膜電晶體。課題之解決手段係提供一種有機薄膜電晶體，其中，有機半導體層之內部中，位於源極電極之正上方或正下方的部分作為第1部分，位於汲極電極之正上方或正下方的部分作為第2部分，以和第1部分與第2部分相異的部分作為第3部分時，摻雜區域係存在於第3部分、第1部分與第3部分、或第2部分與第3部分。

Description

有機薄膜電晶體
本發明係關於一種對於有機半導體層之一部分進行摻雜(doping)之有機薄膜電晶體，以及具備如此之有機薄膜電晶體之有機電激發光元件、電子標籤及液晶顯示元件。
就具備半導體薄膜之半導體元件而言，係著眼於具備由有機半導體材料所構成之有機薄膜的有機薄膜電晶體。有機薄膜電晶體係在其製造中可藉由含有有機半導體材料之液體的塗佈而容易地形成有機薄膜，故具有可廉價地生產大面積的裝置之優點。
有機薄膜電晶體之特性係非常依存於有機薄膜之載體輸送性，載體輸送性愈高，愈可發揮有機薄膜電晶體優異之特性。例如，具備由有機薄膜所構成之有機半導體層的場效型有機薄膜電晶體時，有機薄膜之載體輸送性愈高，可使愈多電流流動，可擴展能調節的電流量之寬幅等，可得到電晶體優異之特性。因此，具有高的載體輸送性之有機薄膜電晶體研究正盛行。
就具有高的載體輸送性之有機薄膜電晶體而言例如已提出一種有機薄膜電晶體，其係具有由電子接受性化合物而摻雜的有機半導體材料所構成之有機半導體層。
例如在非專利文獻1中係就有機薄膜電晶體之製造所使用的有機半導體材料而言，已記載摻雜有2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰醌二甲烷(F4 TCNQ)之聚(9,9’-二辛基 茀-交替共聚-聯噻吩)(F8T2)。此有機半導體材料係溶解於鄰-二氯苯中，藉由將所得到之溶液塗佈及乾燥而形成有機半導體層，製造有機薄膜電晶體。此處所製造之有機薄膜電晶體係於基材上依序層合閘極電極、閘極絕緣膜、源極電極、汲極電極、與含有有機半導體材料之有機半導體層，該有機半導體層係具有與該閘極絕緣膜、該源極電極及該汲極電極接觸之構造。
在非專利文獻2中係記載為了解決經離子化之摻雜物破壞基質、或補足載體、或散射之問題，故遠距摻雜化之觀念。此觀念係對於從摻雜分子所占有的區域空間上分離之活性區域，使所提供之空位(vacancy)或電子移動者。
非專利文獻2之有機薄膜電晶體其特徵係藉由使電荷流動之通道、與摻雜層分離並且形成，以免引起電子接受性分子所致之載體的捕獲或散射，提高載體輸送性。
然而，上述之有機薄膜電晶體係有所謂OFF電流明顯增大，ON/OFF比降低之問題。
先前技術文獻 非專利文獻
非專利文獻1：Journal of Material Chemistry，2007年，第17卷，第1416至1420頁
非專利文獻2：Applied Physics Letters，2010年，第97卷，第123305頁
本發明係為了解決上述習知之問題而成者，目的在於提供一種場效移動度高、ON/OFF比大之有機薄膜電晶體。
本發明之目的在於提供一種具備如此之有機薄膜電晶體之有機電激發光元件、電子標籤及液晶顯示元件。
亦即，本發明係關於有機薄膜電晶體，其係具備：閘極、閘極絕緣膜、源極、汲極、與含有有機半導體材料之有機半導體層；該有機半導體層與該閘極絕緣膜、該源極電極及該汲極電極接觸；該有機半導體層係在該有機半導體層之膜厚方向，具有：包括位於該源極電極之正上方的部分或位於該源極電極之正下方的部分的第1部分、包括位於該汲極電極之正上方的部分或位於該汲極電極之正下方的部分的第2部分、與第1部分及第2部分相異的第3部分；該有機半導體層係包括只由該有機半導體材料所構成之非摻雜區域、與含有該有機半導體材料與電子接受性化合物或電子供給性化合物的摻雜區域，該摻雜區域之至少一部分包含於該第3部分中，該摻雜區域係不與該源極電極接觸，該第1部分與該第3部分之交界的一部分或全部以及該第2部分與該第3部分之交界的一部分或全部，並非同時地包含於該摻雜區域中。
在某一形態中，前述摻雜區域係與有機半導體層之面中之和接觸閘極絕緣膜之面相對向的面之一部分接觸。
在某一形態中，前述摻雜區域係為，使用使電子接受性化合物或電子供給性化合物溶解於溶劑之液體，藉印刷法所形成之區域。
在某一形態中，前述有機半導體層所含有之有機半導體材料為具有2個雜環相互在2處連結的構造單元之高分子化合物。
在某一形態中，前述摻雜區域所含有之電子接受性化合物為三十六氟三十六氫[5,6]富勒烯、十六氟鋅酞菁、鉬參-[1,2-雙(三氟甲基)乙烷-1,2-]二硫雜環戊烯(molybdenum-tris-[1,2-bis(trifluoromethyl)ethane-1,2-]dithiolene)、四氰醌二甲烷衍生物或對苯醌衍生物。
在某一形態中，前述摻雜區域所含有之電子供給性化合物為四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene)衍生物。
本發明係提供一種具備本發明之有機薄膜電晶體的有機電激發光元件、電子標籤或液晶顯示元件。
若依本發明，因可提供一種場效移動度高、ON/OFF比大且閥值電壓的偏移小之有機薄膜電晶體、及具備如此之有機薄膜電晶體的有機電激發光元件、電子標籤或液晶顯示元件，故本發明係極有用。
以下，依需要而一邊參照圖式，一邊說明有關本發明 之適當的實施形態。又，在圖式之說明中，對於同一要素係賦予同一符號，省略重複說明。
〈有機薄膜電晶體〉
本發明之有機薄膜電晶體的代表例可舉例如場效型有機薄膜電晶體。場效型有機薄膜電晶體係宜為具備：源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流路徑的有機半導體層、控制通過電流路徑之電流量的閘極電極、以及配置於有機半導體層與閘極電極之間的絕緣層，尤宜為源極電極及汲極電極接觸有機半導體層而配置，且挾住接觸有機半導體層之絕緣層而設有閘極電極。
以下，一邊參照圖式，一邊具體地說明有關本發明之有機薄膜電晶體的代表例之場效型有機薄膜電晶體。
第1圖係表示第1實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。該場效型有機薄膜電晶體係即使在有機半導體層使用有機半導體材料之場效型有機薄膜電晶體中亦具有一般的構造。
第1圖之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1、形成於基板1上之閘極電極4、以被覆閘極電極4之方式而形成於基板1上之絕緣層3、形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6、以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分之方式所形成之含有有機半導體材料的有機半導體層2。於有機半導體層2內具有摻雜區域7，其係在源極電極5及位於源極電極5之正上方的第1部分、與汲極電極6及位於汲極電極6之正上方的第2 部分之間，不接觸上述任一者的電極，亦不接觸上述第1部分及第2部分，而亦不接觸有機半導體層2之與絕緣層3接觸的面(亦即，絕緣層3之上面或有機半導體層2之下面)，且接觸於和有機半導體層2之與絕緣層3接觸的面相對向之面(亦即，有機半導體層2之上面)的一部分之區域所形成的含有電子接受性化合物或電子供給性化合物之摻雜區域7。又，有機半導體材料可舉例如p型有機半導體材料與n型有機半導體材料。又，在圖之說明中權宜上將紙面之上方稱為上，下方稱為下，在截面圖所示之圖的左右之交界線稱為側面。
在場效型有機薄膜電晶體中，有機半導體層2係成為源極電極5與汲極電極6之間的電流路徑(通道)。閘極電極4係藉由施加電壓以控制有機半導體層2之電流路徑(通道)通過的電流量。於有機半導體層2使用p型半導體材料時，若對閘極電極4施加負電壓，則在有機半導體層2之與絕緣層3的界面附近感應電洞，電流流動。反之，若施加正電壓，則有機半導體層2係空洞化，電流不流動。
就提高有機半導體元件中之有機薄膜的載體輸送性之方法而言，有藉由使電子接受性化合物或電子供給性化合物混合於有機半導體材料中俾進行摻雜，以提高載體密度之方法。然而，在有機薄膜電晶體中，若使有機半導體層全體藉由電子接受性化合物或電子供給性化合物進行摻雜，則即使改變閘極電極，亦無法良好地調節載體量，而有不發揮作為開關元件之功能之情形，或閥值電壓變化很 大，而有無法低電壓驅動之情形。
為解決此問題，在本發明中係於有機半導體層內部中特定之一部分區域進行摻雜。進行摻雜之區域，亦即，摻雜區域係參照例如第1圖，使有機薄膜電晶體以相對於其長度方向之垂直面切割之截面圖，滿足有關如下之配置的條件。
首先，有機半導體層之內部中，使位於該源極電極之正上方或正下方的部分為第1部分、使位於汲極電極之正上方或正下方的部分為第2部分、與第1部分及第2部分相異的部分(例如位於被第1部分與第2部分夾住的中間之部分)為第3部分時，摻雜區域係至少存在於第3部分。其次，摻雜區域係不得接觸源極電極。尚且，摻雜區域係亦可從第3部分朝第1部分或第2部分伸長而存在。然而，摻雜區域係不得從第3部分朝第1部分及第2部分兩者伸長而存在。又，摻雜區域係不得同時接觸第1部分與該第3部分之交界以及該第2部分與該第3部分之交界，而不得同時含有兩交界。
此處，電極之正上方或正下方係謂從相對於有機半導體層之平面的垂直方向透視有機薄膜電晶體時，在有機半導體層之內部，成為與電極重複之部分。在有機半導體層之內部中，接觸電極之上面或下面的部分亦包含於電極之正上方或正下方的意義中。
又，摻雜區域在有機半導體層之內部中，宜不存在於位於源極電極之正方向或正下方的部分。更具體地，參照 在相對於有機薄膜電晶體之長度方向的垂直面切割之有機半導體層的截面，使由位於源極電極之正上方的部分或位於該源極電極之正下方的部分及接觸該源極電極之側面的部分所構成之區域作為第4部分，使與第4部分相異之部分作為第5部分時，摻雜區域係設於第5部分之至少一部分。如此一來，有機薄膜電晶體之場效移動度提高，OFF電流降低。
進一步，摻雜區域係更宜在有機半導體層之內部，不存在於位於汲極電極之正方向或正下方的部分。更具體地，參照在相對於有機薄膜電晶體之長度方向的垂直面切割之有機半導體層的截面，使由位於源極電極之正上方的部分或位於該源極電極之正下方的部分、接觸源極電極之側面的部分、及位於汲極電極之正上方的部分或位於汲極電極之正下方的部分所構成之區域作為第6部分，使與第6部分相異之部分作為第7部分時，摻雜區域係設於第7部分之至少一部分。如此一來，OFF電流更降低，閥值電壓之偏移降低。
電子接受性化合物可舉例如三十六氟三十六氫[5,6]富勒烯、十六氟鋅酞菁、鉬參-[1,2-雙(三氟甲基)乙烷-1,2-]二硫雜環戊烯、四氰醌二甲烷(TCNQ)、四氰醌二甲烷衍生物、對-苯醌、對苯醌衍生物、1,4-萘醌衍生物、聯苯醌衍生物及茀衍生物，宜為四氰醌二甲烷(TCNQ)、四氰醌二甲烷衍生物、對-萘醌、對苯醌衍生物、三十六氟三十六氫[5,6]富勒烯及鉬參-[1,2-雙(三氟甲基)乙烷-1,2-] 二硫雜環戊烯。
前述四氰醌二甲烷衍生物可舉例如5,6-四氟-7,7,8,8-四氰醌二甲烷(F4TCNQ)、三氟甲基-四氰醌二甲烷(CF3TCNQ)、2,5-二氟-四氰醌二甲烷(F2TCNQ)、單氟-四氰醌二甲烷(FTCNQ)、四氰乙烯(TCNE)、及11,11,12,12-四氰萘-2,6-醌二甲烷(TNAP)。
前述對苯醌衍生物可舉例如2,3-二氯-5,6-二氰-對苯醌(DDQ)、2,3-二溴-5,6-二氰-對苯醌(DBDQ)、2,3-二碘-5,6-二氰-對苯醌(DIDQ)及2,3-二氰-對苯醌(Q(CN)2)。
前述1,4-萘醌衍生物可舉例如2,3-二氰-5-硝基-1,4-萘醌(DCNNQ)及2,3-二氰-1,4-萘醌(DCNQ)。
前述聯苯醌衍生物可舉例如3,3’,5,5’-四-第三丁基-4,4’-聯苯醌、3,5-二甲基-3’,5’-二-第三丁基-4,4’-聯苯醌、4,4’-聯苯醌、3,3’,5,5’-四甲基-1,4-聯苯醌、3,3’,5,5’-四乙基-1,4-聯苯醌、3,3’,5,5’-四丁基-1,4-聯苯醌、3,3’,5,5’-四苯基-1,4-聯苯醌。
前述茀衍生物可舉例如9-二氰亞甲基-2,4,5,7-四硝基-茀(DTENF)。
電子接受性化合物中，從提昇有機薄膜電晶體之場效移動度的觀點而言，宜為三十六氟三十六氫[5,6]富勒烯、十六氟鋅酞菁、鉬參-[1,2-雙(三氟甲基)乙烷-1,2-]二硫雜環戊烯、四氰醌二甲烷衍生物及對苯醌衍生物。
前述電子供給性化合物可舉例如四硫富瓦烯(TTF)及四硫富瓦烯衍生物。
前述四硫富瓦烯衍生物可舉例如雙(伸乙基二硫)四硫富瓦烯(BEDT-TTF)、雙(亞甲基二硫)四硫富瓦烯(BMDT-TTF)、雙(三亞甲基二硫)四硫富瓦烯(BPDT-TTF)及四甲基四硫富瓦烯(TMTTF)。
摻雜區域所含有之電子接受性化合物或電子供給性化合物係電子接受性愈高，愈可以微量的混合發揮效果，故宜為四氰醌二甲烷、5,6-四氟-7,7,8,8-四氰醌二甲烷，更宜為5,6-四氟-7,7,8,8-四氰醌二甲烷。
前述電子接受性化合物或前述電子供給性化合物可溶於有機溶劑時，就有機半導體層之一部分而言，可藉塗佈法形成摻雜區域。
含有電子接受性化合物或前述電子供給性化合物之摻雜區域7的厚度宜為有機半導體層2之厚度的一半以下。
含有電子接受性化合物或前述電子供給性化合物之摻雜區域7的長度較佳係源極電極5與汲極電極6之間的長度以下，更佳係源極電極5與汲極電極6之間的長度之一半以下。
說明有關於有機半導體層2或摻雜區域7所使用之有機半導體材料。
有機半導體層所使用之有機半導體材料係具有載體輸送性。此處，載體輸送性係形成膜等構造體時可使電子或電洞等載體在該構造體內移動之特性。有機半導體材料之一態樣的載體輸送性有機半導體化合物係具有可顯現如 此之載體輸送性的構造或電子狀態之有機化合物。
載體輸送性有機半導體化合物宜為載體輸送性高分子化合物及載體輸送性低分子化合物。
其次，說明有機半導體層或摻雜區域所使用之載體輸送性低分子化合物。
適當的載體輸送性低分子化合物，可舉例如具有π共軛構造之低分子化合物及多環芳香族化合物。具有π共軛構造之低分子化合物可舉例如含有後述載體輸送性高分子化合物所具有的構造，聚苯乙烯換算的數目平均分子量未達8000之化合物。
多環芳香族化合物可舉例如萘、蔥、稠四苯、紅螢烯、稠五苯、苯并稠五苯、二苯并稠五苯、四苯并稠五苯、萘并稠五苯、稠六苯、稠七苯、稠九苯、茀、螢蔥(fluoranthene)、菲(phenanthrene)、1,2-苯并菲(chrysene)、9,10-苯并菲(triphenylene)、苯并蒽(tetraphene)、苉(picene)、苯并苉(fulminene)、苯并蒽(tetraphene)、芘(pyrene)、二苯并芘(anthanthrene)、二苯并苝(peropyrene)、蔻(coronene)、苯并蔻、二苯并蔻、六苯并蔻、苯并二蔻、苝、三苯并戊芬(terrylene)、二苝、苯并二苝(quaterrylene)、三亞萘(trinaphthylene)、庚芬(heptaphene)、卵苯(ovalene)、玉紅省(rubicene)、紫蔥酮(violanthrone)、異紫蔥酮(isoviolanthrone)、循環蒽(circumanthracene)、菲并苝(bisanthene)、二苯并稠四苯(zethrene)、七(二苯并稠四苯)(heptazethrene)、吡 蒽(pyranthrene)、稠十二苯(kekulene)、參茚并苯(truxene)、富勒烯(fullerene)(C60、C70、C60-PCBM、C70-PCBM等)及此等化合物的衍生物。
多環芳香族化合物亦可為含有雜原子之化合物。含有雜原子之多環芳香族化合物可舉例如苯并二噻吩、萘并二噻吩、蔥并二噻吩、肆二噻吩、伍二噻吩、陸二噻吩、二苯并噻吩、二苯并噻吩并二苯并噻吩、噻吩并噻吩、二噻吩并噻吩、四并環噻吩(tetrathienoacene)、五并環噻吩、二苯并呋喃、咔唑、二苯并矽戊環(dibenzosilole)、苯并二噻唑、萘并二噻唑、蔥并二噻唑、四二噻唑、五二噻唑、六二噻唑、噻唑并噻唑、四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene)、二苯并硫富瓦烯、二噻吩硫富瓦烯、四氰醌二甲烷、四氰萘醌二甲烷、萘四羧基二醯亞胺、苝四羧基二醯亞胺及此等化合物的衍生物。又，酞菁、卟啉、四苯並卟啉等含金屬之化合物，三苯基胺及此等化合物的衍生物亦包含於含雜原子之多環芳香族化合物中。
化合物之衍生物可舉例如具有鹵原子或1價基的化合物及化合物之醌衍生物。鹵原子及1價基的具體例係與後述之R1及R2所示的鹵原子及1價基的具體例相同。例如，稠四苯之衍生物可舉例紅螢烯。又，化合物之醌衍生物亦包含於化合物之衍生物中。例如就稠五苯之衍生物可舉例如稠五苯二酮。
載體輸送性低分子化合物係因可期待高場效移動度，故宜為多環芳香族化合物，尤宜為式(1)所示之化合物。
式(1)中，R1及R2分別獨立地表示鹵原子或1價基。s及t分別獨立地為0至4之整數。R1具有複數個時，其等可為相同，亦可為相異。R2具有複數個時，其等可為相同，亦可為相異。
R1及R2所示之鹵原子可舉例如氟原子、氯原子、溴原子及碘原子。
R1及R2所示之1價基可舉例如飽和烴基、脂肪族不飽和烴基、芳基、雜芳基、烷氧基、胺基、羰基、硝基、羥基、氰基、芳基烷基、雜芳烷基、芳氧基、雜芳氧基、烷基矽基。此等1價基亦可經取代基取代。該取代基可舉例如以R1及R2所示之飽和烴基、脂肪族不飽和烴基、芳基、雜芳基、烷氧基、胺基、羰基、硝基、羥基、氰基、芳基烷基、雜芳烷基、芳氧基、雜芳氧基、烷基矽基。
飽和烴基可為直鏈狀亦可為分枝鏈狀，其碳數宜為1至20，更宜為1至16。飽和烴基可舉例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一碳基、正十二碳基、正十三碳基、正十四碳基、正十五碳基、正十六碳基、正十七碳基、正十八碳基、正十九碳基及正二十碳基。
脂肪族不飽和烴基可為直鏈狀亦可為分枝鏈狀，其碳數宜為1至20，更宜為1至16。脂肪族不飽和烴基可舉例如乙烯基、1-丙烯基、烯丙基、炔丙基、異丙烯基、1-丁烯基及2-丁烯基。從式(1)所示之化合物的化學安定性之觀點，就脂肪族不飽和烴基而言，宜為於其鏈中具有1個雙鍵或參鍵之化合物。
烷氧基可為直鏈狀亦可為分枝鏈狀，其碳數宜為1至20，更宜為1至16。烷氧基可舉例如甲氧基、乙氧基、丙氧基及丁氧基。
芳基係表示從芳香族碳環除去1個氫原子之基。芳基之碳數宜為6至60，更宜為6至20。芳香族烴可舉例如苯、茀、萘及蔥。
雜芳基係表示從芳香族雜環除去1個氫原子之基。雜芳基之碳數宜為4至60，更宜為4至20。此處，芳香族雜環係意指碳環所具有之至少一個碳原子經氧原子、硫原子、氮原子、磷原子、硼原子、矽原子等雜原子取代，且具有芳香族性之環。芳香族雜環可舉例如噻吩環、硒吩(selenophene)環及呋喃環。
芳基烷基宜芳基部分之碳數為6至60，更宜為6至20。又，在芳基烷基之烷基部分係宜為碳數1至20，更宜為1至10。
芳氧基宜芳基部分之碳數為6至60，更宜為6至20。
雜芳基烷基宜雜芳基部分之碳數為4至60，更宜為4至20。又，在雜芳基烷基之烷基部分係宜為碳數1至20， 更宜為1至10。
雜芳氧基宜雜芳基部分之碳數為4至60，更宜為4至20。
式(1)中，A、B及C分別表示環，A及B、A及C分別互相縮環。此處，「互相縮環」意指形成其中一環之一部分的鍵亦形成另一環的一部分之狀態。以A、B及C所示之環可舉例如分別獨立地為苯環、6員雜環、5員雜環、環戊二烯環等。此等環亦可具有取代基。
又，表示A所示之環的反覆數之n，從載體輸送性之觀點而言，為2至8的整數，宜為2至6之整數，更宜為2至4之整數。
此處，構成A、B及C之環之中，5員雜環謂具有由碳原子所構成之5員環之中的至少一個原子經氧原子、硫原子、氮原子、磷原子、硼原子、矽原子等雜原子取代的構造者。
構成A之環係宜為亦可具有取代基之苯環、亦可具有取代基之噻吩環、亦可具有取代基之硒吩環及亦可具有取代基之環戊二烯環，更宜為亦可具有取代基之苯環及亦可具有取代基之噻吩環。複數個之A可分別為相同，亦可相異。複數個A之中的至少一個宜為5員的雜環，更宜為亦可具有取代基之噻吩環及亦可具有取代基之硒吩環，最宜為亦可具有取代基之噻吩環。若至少具有1個噻吩環，則可得到能發揮高載體輸送性之多環芳香族化合物。以B及C所示之環宜分別獨立地為亦可具有取代基之苯環。
以A至C所示之環亦可具有的取代基可舉例如鹵原子及1價基。鹵原子及1價基之具體例係與前述之R1及R2所示的鹵原子及1價基的具體例相同。
就式(1)所示之化合物而言，為了得到高場效移動度，宜為式(2)所示之化合物、式(3)所示之化合物、式(4)所示之化合物、式(5)所示之化合物、式(6)所示之化合物及式(7)所示之化合物。
式(2)至式(7)中，R1、R2、s及t表示與前述相同之意義。R5及R6分別獨立地表示氫原子、鹵原子或1價基。R5 具有複數個時，其等可為相同亦可為相異。R6具有複數個時，其等可為相同亦可為相異。以R5及R6所示之鹵原子及1價基之具體例係與前述R1及R2所示之鹵原子及1價基之具體例相同。X表示雜原子、式(c)所示之基或式(d)所示之基。X具有複數個時，其等可為相同亦可為相異。從使式(2)至式(7)所示之化合物的製造簡便化之觀點而言，X宜全部相同。
式(c)及式(d)中，R7及R8分別獨立地表示氫原子、鹵原子或1價基。R7及R8可鍵結而形成環。以R5及R6所示之鹵原子及1價基之具體例係與前述R1及R2所示之鹵原子及1價基之具體例相同。R7與R8所形成之環可為單環，亦可為縮合環，可為碳環，亦可為雜環，宜為單環之烴環及含有氧原子或硫原子作為雜原子之單環的雜環。此等環亦可具有取代基。取代基可舉例如鹵原子及1價基。鹵原子及1價基之具體例係與前述R1及R2所示之鹵原子及1價基之具體例相同。
式(2)至式(7)所示之化合物宜為式(8a)至式(8i)所示之化合物。
式(8a)至式(8i)中，R20及R21分別獨立地表示氫原子、碳數1至16的飽和烴基、三異丙基矽基噻吩基、苯基或經碳數1至16的飽和烴基取代之苯基，宜為飽和烴基及三異丙基矽基噻吩基。式(8a)至式(8i)所示之化合物中，式(8c)所示之化合物(以下，有時稱為「BTBT」)從可發揮高載體 輸送性而言為佳。從提高BTBT之熔點的觀點而言，R20及/或R21宜為經苯基或碳數1至16之飽和烴基取代的苯基。
其次，說明有關於有機半導體層或摻雜區域所使用之載體輸送性高分子化合物。
載體輸送性高分子化合物宜為具有共軛不飽和構造之高分子化合物。該具有共軛不飽和構造之高分子化合物可舉例如具有單獨含有或組合複數種而含有從含有雙鍵之構造、含有參鍵之構造、含有芳香環之構造及3級芳基胺構造所構成之群中選出的構造之構造單元作為重複單元，高分子化合物全體之共軛延伸狀態的均聚物或共聚物。又，載體輸送性高分子化合物為共聚物時，可為隨機共聚物亦可為嵌段共聚物。
含有雙鍵之構造可舉例如乙烯構造。此處所謂「乙烯構造」係謂將與其他構造單元的鍵結所供給的2個鍵結鍵取代成氫原子時成為乙烯之構造。又，在以下之各「構造」的說明中亦可適用相同之意義。又，含有參鍵之構造可舉例如乙炔構造。
芳香族構造可舉例如單核或多核之芳香族烴構造、及單核或多核之雜環構造。單核或多核之芳香族烴構造可舉例如伸苯基、伸萘基、茀構造、苊萘(acenaphthene)構造、菲(phenanthrene)構造、蒽構造、螢蔥(fluoranthene)構造、芘(pyrene)構造、苝構造、紅螢烯構造、1,2-苯并菲(chrysene)構造、及構成此等構造的環經縮環之多核縮環化合物構造。
單核或多核之芳香族烴構造具體上可舉例如式(9a)至式(9f)所示之構造。其中，尤宜為具有茀構造之式(9a)所示之構造及式(9b)所示之構造、具有芘構造之式(9e)所示之構造。又，在式(9a)至式(9f)中，未附有取代基之鍵結係意指形成與其他構造單元的鍵結之鍵結鍵。
式(9a)至(9f)中，R11、R12及R14分別獨立地表示氫原子、鹵原子或1價基，R13表示鹵原子或1價基。u表示0以上之整數。R11具有複數個時，其等可為相同亦可為相異。R13具有複數個時，其等可為相同亦可為相異。以R11、R12、R13及R14所示之鹵原子及1價基之具體例係與前述R1及R2所示之鹵原子及1價基之具體例相同。R11、R12、R13及R14之中的2個，2個R11或2個R13與相同之碳原子或鄰接之碳原子鍵結時，亦可鍵結而形成環。該環可為單環亦 可為縮合環，可為碳環，亦可為雜環，但宜為單環之碳環及含有氧原子或硫原子作為雜原子之單環的雜環。此等環係亦可具有取代基。該取代基可舉例如鹵原子及1價基。鹵原子及1價基的具體例係與前述的R1及R2所示之鹵原子及1價基的具體例相同。
單核或多核之雜環構造之中，單核之雜環構造可舉例如5員雜環構造的呋喃構造、噻吩構造、吡咯構造、矽戊環構造、唑構造、異唑構造、噻唑構造、異噻唑構造、咪唑構造、二唑構造、噻二唑構造及吡唑構造，以及6員雜環構造的吡啶構造、嗒構造、嘧啶構造、吡構造、三構造及四氮烯(tetrazene)構造。
多核之雜環構造可舉例如苯并唑構造、苯并噻唑構造、苯并咪唑構造、喹啉構造、異喹啉構造、噌啉(cinnoline)構造、喹唑啉(quinazoline)構造、酞(phthalazine)構造、苯并噻二唑構造、苯并三構造等苯并縮環構造，及啡(phenazine)構造、啡啶(phenanthridine)構造、吖啶構造、咔唑構造、二苯并呋喃構造、二苯并噻吩構造、二苯并矽戊環構造、二伸苯基氧化物構造、噻吩并噻吩構造、噻唑并噻唑構造、二噻吩并噻吩構造、苯并雙噻吩構造、苯并雙噻唑構造等多核縮環構造。如上述之單核或多核的雜環構造進行複數鍵結而成之縮合構造亦適宜。
單核或多核的雜環構造可舉例如式(10a)至式(10p)所示之構造及式(10a)至式(10p)所示之構造進行複數鍵結的縮合構造。單核或多核的雜環構造之中，從可得到高移動 度之觀點而言，宜為式(10a)所示之構造、式(10a)所示之構造進行複數鍵結的縮合構造及二個以上之式(10a)所示的構造分別與至少其他之一個的式(10a)所示之構造相互以二處所連結的構造，尤宜Z為硫原子的式(10a)所示之構造、Z為硫原子的式(10a)所示之構造進行複數鍵結的縮合構造、及二個以上之Z為硫原子的式(10a)所示之構造分別與至少其他之一個的Z為硫原子的式(10a)所示之構造相互以二處所連結的構造，式(10a)所示之構造進行複數鍵結的縮合構造可舉例如式(10f)所示之構造。二個以上之式(10a)所示的構造分別與至少其他之一個的式(10a)所示之構造相互以二處所連結的構造，可舉例如式(10c)所示之構造及式(10n)所示之構造。又，在下述之式中，未附取代基之鍵結係意指形成與其他構造單元的鍵結之鍵結鍵。
式(10a)至式(10p)中，R11、R12、R13、R14及u表示與前述相同之意義。又，Z表示氧原子、硫原子、氮原子、磷原子、硼原子、矽原子等雜原子。R14具有複數時，其等可為相同，亦可為相異。
3級芳基胺構造可舉例如三苯基胺構造、N,N’-二苯基聯苯胺構造、N,N’-1,4-苯二胺構造、二苯基萘胺構造及此等構造中的苯基部分之2個碳原子直接或介由雜原子而鍵結之構造。此等之構造中的苯基部分2個碳原子直接或介由雜原子而鍵結之構造可舉例如N-苯基啡構造 及N-苯基啡噻構造。
載體輸送性高分子化合物宜為單獨具有或組合複數種而具有含有上述構造之重複單元之聚合物。組合複數種而具有該重複單元時可含有1個重複單元連續之構造。
載體輸送性高分子化合物所具有之重複單元係只由單核或多核之芳香族烴構造、單核或多核之雜環構造、或3級芳基胺構造所構造者，鄰接於該重複單元之構造可為乙烯構造，亦可為乙炔構造時，在該重複單元中，形成與鄰接構造單元的鍵結鍵之碳原子旁邊之碳原子係宜為無取代(亦即，與氫原子鍵結)，或經鹵原子取代。尤其，載體輸送性高分子化合物所具有之前述重複單元為由單核或多核之芳香族烴構造所構成，鄰接於該重複單元之構造不是乙烯構造或乙炔構造時，在該重複單元中，形成與鄰接之構造單元的鍵結鍵之碳原子旁邊之碳原子係宜為無取代(亦即，與氫原子鍵結)，或經鹵原子取代。
載體輸送性高分子化合物較佳的一態樣係在該載體輸送性高分子化合物所具有之重複單元中，與鄰接之重複單元鍵結的原子為含有5員環的構造中之5員環上的原子之高分子化合物。亦即，僅藉由單核之芳香族烴構造或單核之雜環構造所形成的重複單元係宜為含有5員環的構造。載體輸送性高分子化合物較佳的其他之態樣係具有2個雜環相互在2處連結的構造單元之高分子化合物。宜為含有2個雜環相互在2處連結的構造單元作為重複單元。
載體輸送性高分子化合物所具有之重複單元若滿足 上述條件之至少1個，則可良好地形成高分子化合物中之共軛不飽和構造，載體輸送性高分子化合物之載體輸送性有變更良好之傾向。
載體輸送性高分子化合物特別適宜表1或表2所示之重複單元的組合(式(11a)至式(11m))具有者。又，表1係意指將併排於相同列之重複單元組合，以「-」所示之欄係意指無組合之重複單元。又，表中之通式中的符號全部與上述者同意義。又，在表中之化合物中，分子中R11、R12、R13及R14分別具有複數個時，其等分別可為相同，亦可為相異。
表1及表2中之具有(11a)至(11m)的組合之載體輸送性高分子化合物係宜為記載於表3或表4中之聚合物。表3及表4中之m分別表示1以上之整數。m之範圍宜為聚合物之聚苯乙烯換算值的數目平均分子量成為8000以上之範圍，更宜為10000至1000000之範圍，最宜為10000至500000之範圍。
在上述表3或表4中所記載之聚合物中，於(11e)、(11f)及(11g)欄記載之具有2個雜環相互在2處連結之構造單元的高分子化合物尤其適宜使用於有機半導體層及摻雜區域。
載體輸送性高分子化合物之末端構造，從可充分得到 使用於有機薄膜電晶體之有機半導體層時的有機薄膜電晶體之特性或耐久性之觀點而言，宜為安定之構造。上述聚合物具有不安定之末端基時，宜使此不安定之基以安定的末端基取代，或保護末端。
安定的末端基例如氫原子或氟原子，並可舉例如飽和烴基、脂肪族不飽和烴基、芳基、雜芳基、烷氧基、胺基、羰基、硝基、羥基、氰基、芳基烷基、雜芳基烷基、芳基氧基、雜芳基氧基、烷基矽基等1價基。此等1價基可進一步具有任意的取代基，取代基可舉例如例示作為上述末端基的基。
從提高載體輸送性高分子化合物對有機溶劑等之溶解性，並使有機半導體材料之塗佈等更簡便化之觀點而言，末端基宜為可經氟取代之飽和烴基、可經氟取代之脂肪族不飽和烴基、可經氟取代之芳基及可經氟取代之烷氧基。又，末端基例如宜為具有形成載體輸送性高分子化合物之共軛構造的主鏈與連續之共軛構造的基。如此之末端基可舉例如含有介由主鏈與碳-碳鍵而鍵結之芳基或雜芳基(芳香族雜環基)者。又，於高分子化合物存在複數個末端基時，其等可分別相同，亦可相異。
本發明之有機薄膜電晶體所含有的有機半導體層及摻雜區域之形成方法除了真空蒸鍍法之外，尚可舉例如旋塗法、澆鑄法、微凹版塗佈法、凹版塗佈法、棒塗法、輥塗法、線棒塗佈法(wire bar coat)、浸塗法、噴塗法、網版印刷法、柔版印刷法、平版印刷法、噴墨印刷法、分配 器(dispenser)印刷法、噴嘴塗佈法、毛細管塗佈法、微接觸印刷法等塗佈法，以及組合此等方法的塗佈法。組合此等方法的塗佈法可舉例如組合凹版塗佈法與平版印刷法之凹版/平版印刷法。若使用此等塗佈法，不僅可得到具有高載體輸送性之薄膜，並且容易形成大面積之裝置。
塗佈法之中，宜為旋塗法、噴墨印刷法、柔版印刷法、網版印刷法、微接觸印刷法、凹版塗佈法、平版印刷法、及凹版/平版印刷法。
在前述塗佈法所使用之溶液的製作中，可使用使形成有機半導體層或摻雜區域之化合物溶解或分散於溶劑的方法等。該溶劑只要為可使所使用之化合物良好地溶解或分散者即可，無特別限制。可適宜選擇例如甲苯、二甲苯、1,3,5-三甲苯、四氫萘、十氫萘、雙環己基、正丁基苯、第二丁基苯、第三丁基苯等不飽和烴溶劑，四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯環己烷、溴環己烷等鹵化飽和烴溶劑，氯苯、二氯苯、三氯苯等鹵化不飽和烴溶劑，四氫呋喃、四氫吡喃等醚類溶劑等而使用。從良好地進行薄膜形成之觀點而言，在塗佈溶液中的溶劑以外之成分的含量宜為0.1至5質量%左右。所使用之化合物的溶解不充分時係亦可實施如後述之加熱。
在有機薄膜之形成中，以使如此之塗佈液塗佈於特定的基板上，形成薄膜。此時，塗佈液含有溶劑時，宜為塗佈的同時或塗佈後除去溶劑。
又，如此之塗佈可以於加熱之狀態進行。藉此，可塗佈高濃度的塗佈液，除可形成更均質的薄膜外，可選擇使用在室溫時之塗佈困難之材料等。在加熱之狀態的塗佈例如使用預先加熱之塗佈液，或一邊加熱基板一邊塗佈而進行。
在有機薄膜電晶體中，從可進一步提高有機半導體層或摻雜區域之載體輸送性的觀點而言，可進一步實施對於如此做法所形成之有機半導體層或摻雜區域，賦予特定的配向之步驟。在經配向之有機半導體層或摻雜區域中，因構成此之分子朝一方向排列，故有可進一步提高載體輸送性之傾向。
配向方法可使用例如已知作為液晶之配向手法的方法。其中，摩擦法、光配向法、分配法(sharing)(剪應力施加法)、拉起塗佈法等作為配向方法為簡便，故易利用，尤宜為摩擦法及分配法。
本發明之有機半導體層2係亦可一部分含有在製造時使用之溶劑或其他不可避免成分。有機半導體層2之厚度，從具有良好之載體輸送性的觀點及容易形成充分的強度之有機薄膜的觀點而言，宜為1nm至100μm，更宜為2nm至1000nm，最宜為5nm至500nm，尤宜為20nm至200nm。
於絕緣層3可使用由無機絕緣體或有機絕緣體所構成之絕緣膜。無機絕緣體可舉例如氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦。有機絕緣體可舉例如聚乙烯、聚酯、聚醯亞胺、聚苯硫醚、有機玻璃、聚乙烯醇、聚乙烯酚、聚 對二甲苯、聚丙烯腈。又，無機絕緣體及有機絕緣體可一種單獨使用，亦可併用二種以上。絕緣層3之厚度宜為50至1000nm。
閘極電極4可使用金、鉑、銀、銅、鉻、鈀、鋁、銦、鉬、低電阻多晶矽、低電阻非晶矽等金屬，或錫氧化物、氧化銦、銦/錫氧化物(ITO)等材料。此等材料可一種單獨使用，亦可併用二種以上。又，閘極電極4係亦可使用高濃度地摻雜之矽基板。高濃度地摻雜之矽基板係一併具有作為閘極電極之性質、與作為基板之性質。因此，使用高濃度地摻雜之矽基板時，在基板1與閘極電極4接觸之有機薄膜電晶體中，亦可省略以下之圖中的基板1之表記。閘極電極4之厚度宜為0.02至100μm。
源極電極5及汲極電極6係宜為由低電阻之材料所構成，尤宜為例如由金、鉑、銀、銅、鉻、鈀、鋁、銦、鉬所構成。此等材料可一種單獨使用，亦可併用二種以上。源極電極5及汲極電極6之厚度分別為0.02至1000μm。
基板1可舉例如玻璃基板、可撓性之薄膜基板或塑膠基板等。基板1之厚度宜為10至2000μm。
本發明之有機薄膜電晶體係亦可於源極電極5及汲極電極6、與有機半導體層2之間介入與有機半導體層2所含有之有機半導體材料相異的化合物所構成之層。有時藉由介入如此之層，可降低源極電極5及汲極電極6與有機半導體層2之間的接觸電阻，可進一步提高有機薄膜電晶體之載體移動度。
與前述有機半導體層2所含有之有機半導體材料相異的化合物所構成之層，可舉例如具有電子或電洞輸送性之低分子化合物、鹼金屬、鹼土族金屬、稀土金屬、此等金屬與有機化合物之錯合物；碘、溴、氯、氯化碘等鹵素；硫酸、無水硫酸、二氧化硫、硫酸鹽等氧化硫化合物；硝酸、二氧化氮、硝酸鹽等氧化氮化合物；過氯酸、次氯酸等鹵化化合物；烷基硫醇化合物、芳香族硫醇類、氟化烷基芳香族硫醇類等芳香族硫醇化合物等所構成之層。
其次，一邊參照圖式，一邊說明有關第1實施形態之場效型有機薄膜電晶體以外的場效型有機薄膜電晶體之代表例。
第2圖以下所示之實施形態係改變第1實施形態之各部的配置者，各構成要素係與第1實施形態相同。在有機半導體層之內部中的摻雜區域之位置，係如第2圖至第36圖所示般，可配合元件構造或塗佈方法而改變。
第2圖係第2實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第2圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的第1部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的第2部分之間，和上述任一電極、上述第1部分及 第2部分、包圍有機半導體層2之任一面均不接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第3圖係第3實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第3圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的第1部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的第2部分之間，和上述任一電極、上述第1部分及第2部分、有機半導體層2之上面均不接觸且和絕緣層3之上面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第4圖係第4實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第4圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的第1部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的第2部分之間，和上述任一電極、上述第1部分及第2部分均不接觸，且和絕緣層3之上面的一部分及有機半導體層2之上面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域 7。
第5圖係第5實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第5圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在源極電極5及汲極電極6之間，不接觸源極電極5，且接觸絕緣層3之上面的一部分及汲極電極6之側面的一部分之部分所形成的摻雜區域7。
第6圖係第6實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第6圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的部分之間，和源極電極5、位於源極電極5之正上方的部分、絕緣層3之上面、於有機半導體層2之上面均不接觸，且和汲極電極6之側面的一部分及位於汲極電極6之正上方部分之一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第7圖係第7實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第7圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備： 基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的部分之間，和源極電極5、位於源極電極5之正上方的部分、絕緣層3之上面均不接觸，且和汲極電極6之側面的一部分、位於汲極電極6之正上方的部分及有機半導體層2之上面之一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第8圖係第8實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第8圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的部分之間，和源極電極5、位於源極電極5之正上方的部分均不接觸，且和絕緣層3之上面的一部分、汲極電極6之側面、位於汲極電極6之正上方的部分及有機半導體層2之上面之一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第9圖係第9實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第9圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備： 基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6之正上方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正上方的部分、於有機半導體層2之上面均不接觸，且和汲極電極6之上面、及位於汲極電極6之正上方的部分之側面的一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第10圖係第10實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第10圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6之正上方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正上方的部分、汲極電極6之上面、於有機半導體層2之上面均不接觸，且和位於汲極電極6之正上方的部分之側面的一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第11圖係第11實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第11圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具 備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6之正上方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正上方的部分、汲極電極6之上面均不接觸，且和位於汲極電極6之正上方的部分之側面的一部分、及有機半導體層2之上面的一部分均接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第12圖係第12實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第12圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；形成於絕緣層3上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分而形成之有機半導體層2；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6之正上方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正上方的部分不接觸，且和汲極電極6之上面、位於汲極電極6之正上方的部分之側面、及有機半導體層2之上面的一部分均接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第13圖係第13實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第13圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具 備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的第1部分、與位於汲極電極6之正下方的第2部分之間，和上述第1部分及第2部分、絕緣層3之上面均不接觸，且和有機半導體層2之上面接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第14圖係第14實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第14圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的第1部分、與位於汲極電極6之正下方的第2部分之間，和上述第1部分及第2部分、包圍有機半導體層2之任一面均不接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第15圖係第15實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第15圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電 極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的第1部分、與位於汲極電極6之正下方的第2部分之間，和上述第1部分及第2部分、有機半導體層2之上面均不接觸且和絕緣層3之上面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第16圖係第16實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第16圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的第1部分、與位於汲極電極6之正下方的第2部分之間，和上述第1部分及第2部分均不接觸，且和絕緣層3之上面的一部分及有機半導體層2之上面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第17圖係第17實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第17圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電 極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的部分、與位於汲極電極6之正下方的部分之間，和位於源極電極5之正下方的部分、絕緣層3之上面均不接觸，且和位於汲極電極6之正下方之部分的一部分及有機半導體層2之上面的一部分均接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第18圖係第18實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第18圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的部分、與位於汲極電極6之正下方的部分之間，和位於源極電極5之正下方的部分、絕緣層3之上面、有機半導體層2之上面均不接觸，且和位於汲極電極6之正下方之部分的一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第19圖係第19實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第19圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具 備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的部分、與位於汲極電極6之正下方的部分之間，和位於源極電極5之正下方的部分、有機半導體層2之上面均不接觸，且和絕緣層3之上面的一部分及位於汲極電極6之正下方之部分的一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第20圖係第20實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第20圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的部分、與位於汲極電極6之正下方的部分之間，和位於源極電極5之正下方的部分不接觸，且和絕緣層3之上面的一部分、位於汲極電極6之正下方的部分及有機半導體層2之上面的一部分均接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第21圖係第21實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第21圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的部分、與位於汲極電極6之正下方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正下方的部分、有機半導體層2之上面均不接觸，且和絕緣層3之上面的一部分及位於汲極電極6之正下方之部分的側面之一部分均接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第22圖係第22實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第22圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的部分、與位於汲極電極6之正下方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正下方的部分、絕緣層3之上面、有機半導體層2之上面均不接觸，且和位於汲極電極6之 正下方之部分的側面之一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第23圖係第23實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第23圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的部分、與位於汲極電極6之正下方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正下方的部分、絕緣層3之上面均不接觸，且和位於汲極電極6之正下方之部分的側面之一部分及有機半導體層2之上面的一部分均接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第24圖係第24實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第24圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之閘極電極4；以被覆閘極電極4而形成於基板1上之絕緣層3；閘極電極4形成於下部之絕緣層3上所形成之有機半導體層2；以使絕緣層3形成於下部之有機半導體層2的表面一部分經被覆之方式，於有機半導體層2之上所形成的源極電極5及汲極電極6；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正下方的部分、與位於汲極電極6之正下方的部分之側面之 間，和位於源極電極5之正下方的部分不接觸，且和絕緣層3之上面的一部分、位於汲極電極6之正下方之部分的側面及有機半導體層2之上面的一部分均接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第25圖係第25實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第25圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的第1部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的第2部分之間，和上述任一電極、上述第1部分及第2部分、基材1之上面均不接觸，且與絕緣層3之下面的一部分接觸的部分所形成的摻雜區域7。
第26圖係第26實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第26圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的第1部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的第2部分之間，和上述任一電極、上述第1部分及第 2部分、包圍有機半導體層2之任一面均不接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第27圖係第27實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第27圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的第1部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的第2部分之間，和上述任一電極、上述第1部分及第2部分、絕緣層3之下面均不接觸，且和基板1之上面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第28圖係第28實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第28圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的第1部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的第2部分之間，和上述任一電極、上述第1部分及第2部分均不接觸，且和基板1之上面的一部分及絕緣層3之下面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第29圖係第29實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第29圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在源極電極5與汲極電極6之間，和源極電極5不接觸，且和基板1之上面的一部分及汲極電極6之側面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第30圖係第30實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第30圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的部分之間，和源極電極5、位於源極電極5之正上方的部分、基板1之上面、絕緣層3之下面均不接觸，且和汲極電極6之側面的一部分及位於汲極電極6之正上方的部分之一部分均接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第31圖係第31實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第31圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6； 以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的部分之間，和源極電極5、位於源極電極5之正上方的部分、基板1之上面均不接觸，且和汲極電極6之側面的一部分、位於汲極電極6之正上方的部分及絕緣層3之下面的一部分均接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第32圖係第32實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第32圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的部分之間，和源極電極5、位於源極電極5之正上方的部分均不接觸，且和基板1之上面的一部分、汲極電極6之側面、位於汲極電極6之正上方的部分及絕緣層3之下面的一部分均接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第33圖係第33實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第33圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6； 以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6之正上方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正上方的部分、汲極電極6之上面均不接觸，且和位於汲極電極6之正上方的部分之側面的一部分、及絕緣層3之下面的一部分均接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第34圖係第34實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第34圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6之正上方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正上方的部分、汲極電極6之上面、絕緣層3之下面均不接觸，且和位於汲極電極6之正上方的部分之側面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第35圖係第35實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第35圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部 分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6之正上方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正上方的部分、絕緣層3之下面的一部分均不接觸，且和汲極電極6之上面、及位於汲極電極6之正上方的部分之側面的一部分接觸之部分所形成的摻雜區域7。
第36圖係第36實施形態之場效型有機薄膜電晶體的示意截面圖。第36圖所示之場效型有機薄膜電晶體係具備：基板1；形成於基板1上之源極電極5及汲極電極6；以被覆源極電極5之至少一部分及汲極電極6之至少一部分所形成之有機半導體層2；於有機半導體層2之上所形成的絕緣層3；於絕緣層3上所形成的閘極電極4；有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6之正上方的部分之側面之間，和位於源極電極5之正上方的部分均不接觸，且和汲極電極6之上面、位於汲極電極6之正上方的部分之側面及絕緣層3之下面的一部分均接觸之部分所形成的摻雜區域7。
<有機薄膜電晶體之製造方法>
本發明之有機薄膜電晶體的製造方法係具備閘極電極、絕緣層、有機半導體層、源極電極及汲極電極之有機薄膜電晶體的製造方法，具有於前述有機半導體層之一部分形成摻雜區域之步驟的有機薄膜電晶體之製造方法。以 下，以第1圖所示之第1實施形態的有機薄膜電晶體作為一例，說明其製造方法。
首先，於基板1上藉蒸鍍法、濺鍍法、鍍覆法、CVD法等而形成閘極電極4。又，就閘極電極4而言，亦可使用高濃度地摻雜之n型矽基板。
其次，於閘極電極4上藉CVD法、電漿CVD法、電漿聚合法、熱蒸鍍法、熱氧化法、陽極氧化法、群簇離子束蒸鍍法(ionized cluster beam deposition)、LB法、旋塗法、澆鑄法、微凹版塗佈法、凹版塗佈法、棒塗法、輥塗法、線棒塗佈法、浸塗法、噴塗法、網版印刷法、柔版印刷法、平版印刷法、噴墨印刷法等而形成絕緣層3。又，就閘極電極4而言，使用高濃度地摻雜之n-型矽基板時，係藉由熱氧化其表面以形成氧化矽之膜，亦可使用此氧化矽之膜作為絕緣層3。
其次，於絕緣層3上形成源極電極5及汲極電極6。第1圖係未圖示，但之後可於源極電極5及汲極電極6與有機半導體層2之間設有促進電荷注入層。
繼而，於絕緣層3上形成有機半導體層2之中之非摻雜區域時，製造上宜為使用可溶於有機溶劑之化合物作為有機半導體材料。本發明之有機薄膜電晶體係使用於有機溶劑中溶解該化合物之溶液，可藉由旋塗法、澆鑄法、微凹版塗佈法、凹版塗佈法、棒塗法、輥塗法、線棒塗佈法、浸塗法、噴塗法、網版印刷法、柔版印刷法、平版印刷法、噴墨印刷法、微接觸印刷法、凹版/平版印刷法等來製造。
其次，有機半導體層2之內部中，在位於源極電極5及源極電極5之正上方的部分、與位於汲極電極6及汲極電極6之正上方的部分之間，和上述任一電極、上述任一部分、絕緣層3之上面均不接觸，且和有機半導體層2之上面之部分均接觸的部分上形成摻雜區域7。摻雜區域7之形成係使用含有有機半導體材料與電子接受性化合物或電子供給性化合物的油墨。可藉由澆鑄法、微凹版塗佈法、凹版塗佈法、棒塗法、輥塗法、線棒塗佈法、浸塗法、噴塗法、網版印刷法、柔版印刷法、平版印刷法、噴墨印刷法、微接觸印刷法等來製造。
製作有機薄膜電晶體後，為了保護元件，宜於有機薄膜電晶體上形成保護膜。藉此保護膜，有機薄膜電晶體從大氣被隔離，可抑制有機薄膜電晶體之特性的降低。又，可降低形成一藉保護膜於有機薄膜電晶體上驅動之顯示裝置時的影響。
形成保護膜之方法可舉例如以UV硬化樹脂、熱硬化樹脂或無機之SiONx膜等覆蓋的方法等。為了有效地進行大氣之阻隔，宜製作有機薄膜電晶體後，使直到形成保護膜為止之步驟不曝露於大氣中(例如已乾燥之氮環境中，真空中等)進行。
<有機薄膜電晶體之載體輸送性的提昇方法>
本發明之載體輸送性的提昇方法係在本發明之有機薄膜電晶體中，包含使含有電子接受性化合物或電子供給性化合物的摻雜區域之厚度、長度及摻雜濃度進行變化之 有機薄膜電晶體的載體輸送性提昇方法。若使用此方法，則不會使有機薄膜電晶體之閥值電壓或ON/OFF比嚴重劣化，就可提昇載體輸送性之點而言為有用。又，藉由使電子接受性化合物或電子供給性化合物的濃度、或摻雜區域之厚度或長度進行變化，俾亦可控制載體輸送性。
使含有電子接受性化合物或電子供給性化合物的摻雜區域之厚度或長度可依塗佈條件調整，例如可藉溶液的濃度進行調整之方法(溶液濃度愈高，愈可使摻雜區域之厚度增厚)來調整，噴塗法時可藉由吐出量來調整。亦可藉溶劑之種類進行調整。
本發明之有機薄膜電晶體可適宜使用於有機電激發光元件、電子標籤、液晶顯示元件。「電子標籤」係由蓄積數據之IC、與使數據以無線接送訊號之天線所構成的裝置。藉由被稱為讀寫器(reader-writer)之裝置而將寫入於電子標籤之資訊以非接觸式讀取，或可將資訊以非接觸式寫入於電子標籤。
<效果之確認方法>
本發明之有效的效果係藉由實施例顯示之實驗結果而佐證。但，有關未顯示實驗結果之實施形態係本發明之有效的效果，藉由使用已確立之模擬方法，確認計算結果。
例如，使用Silvaco公司之裝置模擬軟體ATLAS而進行計算時，決定元件之形狀、電極之工作函數、半導體層之載體移動度、摻雜位置及濃度、捕捉(trap)密度、介電常數、有效狀態密度、以及溫度等條件，藉由自洽 (self-consistent)解決卜瓦松(Poisson)方程式與輸送方程式，而可計算有機薄膜電晶體之電氣特性，可計算有機薄膜電晶體之場效移動度、ON電流、OFF電流及閥值電壓等物性值。
(實施例)
以下，為了更詳細地說明本發明，而顯示實施例，但本發明係不限定於此等。
實施例1
製作具有第1圖所示之構造的有機薄膜電晶體。使成為閘極電極4之高濃度地摻雜之n-型矽基板的表面熱氧化，形成膜厚為300nm之矽氧化膜作為絕緣層3。然後，藉光微顯蝕刻步驟於矽氧化膜上製作通道長100μm、通道寬1mm之源極電極5及汲極電極6。源極電極及汲極電極係從矽氧化膜側，依序層合鉻及金而形成。使至源極電極及汲極電極為止所形成之基板以丙酮超音波洗淨10分鐘後，使用紫外線-臭氧洗淨裝置而照射紫外線30分鐘。其後，藉由於苯基乙基三氯矽烷之甲苯稀釋液中浸漬該基板2分鐘，俾矽烷處理該基板之表面。
使有機半導體材料之前述表3中式(11g)所示的化合物溶解於溶劑之鄰二氯苯，製作化合物之濃度為0.5重量%的溶液，以膜濾器(membrane filter)過濾該溶液而調製塗佈液。
其後，將所得到之塗佈液藉旋塗法塗佈於前述基板之形成有源極電極5及汲極電極6的側，俾形成具有約36nm 厚之式(11g)所示的化合物之薄膜作為有機半導體層2。
繼而，使表3中之(11g)所示的化合物溶解於環己基苯中，化合物之濃度為0.5重量%的第1溶液，與5,6-四氟-7,7,8,8-四氰醌二甲烷(F4TCNQ)溶解於鄰二氯苯，調整F4TCNQ之濃度為0.1重量%的第2溶液，製作使第1溶液與第2溶液就重量比計成為1：1混合的混合溶液。
其後，將前述混合溶液藉噴墨印刷法塗佈於在源極電極5及汲極電極6之間的區域所形成之式(11g)所示的化合物之薄膜上，而形成F4TCNQ與式(11g)所示的化合物摻雜之摻雜區域7。
在如上述做法所製作之有機薄膜電晶體元件中，以使源極/汲極間電壓Vsd設定為-40V，使閘極電壓Vg變化成40至-40V的條件，測定電晶體特性。將從依如此之測定所得到的傳遞特性所算出之有機薄膜電晶體之場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表5中。
比較例1
除省略形成摻雜區域之步驟以外，其餘係進行與實施例1同樣的操作，製作場效型有機薄膜電晶體C1，測定電晶體特性。將從依如此之測定所得到的傳遞特性所算出之場效型有機薄膜電晶體C1之場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表5中。
比較例2
除了取代式(11g)所示之化合物與鄰二氯苯所構成之溶液，而使用使式(11g)所示之化合物與F4TCNQ以100： 1.3之重量比混合的混合物，並以該混合物之濃度成為0.51重量%之方式溶解於鄰-二氯苯的溶液而形成有機半導體層以外，其餘係進行與比較例1同樣的操作，製作有機半導體層全體經摻雜的場效型有機薄膜電晶體C2，測定電晶體特性。將從依如此之測定所得到的傳遞特性所算出之場效型有機薄膜電晶體C2之場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表5中。
實施例2
於第1圖、第2圖、第3圖、第5圖、第6圖、第9圖、第10圖及第11圖所示之構造的有機薄膜電晶體，乃維持良好之電晶體的ON/OFF比及閥值電壓，同時提昇場效移動度，藉2次元裝置模擬進行說明。於模擬係使用Silvaco公司之ATLAS。此處，溫度係300K，有機半導體層之膜厚為100nm，有機半導體之比介電常數為3，有機半導體之電子親和力為2.8eV，有機半導體之能隙為2.2eV，有機半導體之電洞載體移動度為0.15cm2/Vs，通道長為10μm，通道寬為100μm，絕緣層之膜厚為300nm，絕緣層之比介電常數為3.9，價電子帶及傳導帶之有效狀態密度為 1020cm-3，電極之工作函數為5.0eV而實施模擬。摻雜區域為p型摻雜，摻雜密度為2×1020cm-3。將從依模擬所得到之電晶體的傳遞特性所算出的場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表6中。
比較例3
在第1圖所示之構造的有機薄膜電晶體中，於有機半導體層2中不含有摻雜區域7之構造的有機薄膜電晶體之電晶體特性，與實施例2同樣地計算。將從依模擬所得到之電晶體的傳遞特性所算出的場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表7中。
實施例3
於第13圖、第15圖、第16圖、第17圖、第18圖、 第19圖、第21圖、第22圖及第23圖所示之構造的有機薄膜電晶體，乃維持良好之電晶體的ON/OFF比及閥值電壓，同時提昇場效移動度，藉2次元裝置模擬進行說明。於模擬係使用Silvaco公司之ATLAS。將從依模擬所得到之電晶體的傳遞特性所算出的場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表8中。
比較例4
於第13圖所示之構造的有機薄膜電晶體中，於有機半導體層2中不含有摻雜區域7之構造的有機薄膜電晶體之電晶體特性，與實施例2同樣地計算。將從依模擬所得到之電晶體的傳遞特性所算出的場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表9中。
實施例4
於第25圖、第27圖、第28圖、第29圖、第33圖、第34圖及第35圖所示之構造的有機薄膜電晶體，乃維持良好之電晶體的ON/OFF比及閥值電壓，同時提昇場效移動度，藉2次元裝置模擬進行說明。於模擬係使用Silvaco公司之ATLAS。將從依模擬所得到之電晶體的傳遞特性所算出的場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表10中。
比較例5
於第25圖所示之構造的有機薄膜電晶體中，於有機半導體層2中不含有摻雜區域7之構造的有機薄膜電晶體之電晶體特性，與實施例2同樣地計算。將從依模擬所得 到之電晶體的傳遞特性所算出的場效移動度(移動度)、ON/OFF比及閥值電壓表示於表11中。
1‧‧‧基板
2‧‧‧有機半導體層
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧閘極電極
5‧‧‧源極電極
6‧‧‧汲極電極
7‧‧‧含有電子接受性化合物或電子供給性化合物的摻雜區域
第1圖係表示第1實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第2圖係表示第2實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第3圖係表示第3實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第4圖係表示第4實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第5圖係表示第5實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第6圖係表示第6實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第7圖係表示第7實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第8圖係表示第8實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第9圖係表示第9實施形態之場效型有機薄膜電晶體 的構造之示意截面圖。
第10圖係表示第10實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第11圖係表示第11實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第12圖係表示第12實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第13圖係表示第13實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第14圖係表示第14實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第15圖係表示第15實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第16圖係表示第16實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第17圖係表示第17實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第18圖係表示第18實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第19圖係表示第19實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第20圖係表示第20實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第21圖係表示第21實施形態之場效型有機薄膜電晶 體的構造之示意截面圖。
第22圖係表示第22實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第23圖係表示第23實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第24圖係表示第24實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第25圖係表示第25實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第26圖係表示第26實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第27圖係表示第27實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第28圖係表示第28實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第29圖係表示第29實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第30圖係表示第30實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第31圖係表示第31實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第32圖係表示第32實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第33圖係表示第33實施形態之場效型有機薄膜電晶 體的構造之示意截面圖。
第34圖係表示第34實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第35圖係表示第35實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
第36圖係表示第36實施形態之場效型有機薄膜電晶體的構造之示意截面圖。
1‧‧‧基板
2‧‧‧有機半導體層
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧閘極電極
5‧‧‧源極電極
6‧‧‧汲極電極
7‧‧‧含有電子接受性化合物或電子供給性化合物的摻雜區域

Claims (9)

  1. 一種有機薄膜電晶體，係具備：閘極電極、閘極絕緣膜、源極電極、汲極電極、與含有有機半導體材料之有機半導體層；該有機半導體層為與該閘極絕緣膜、該源極電極及該汲極電極接觸；該有機半導體層係在該有機半導體層之膜厚方向，具有：包括位於該源極電極之正上方的部分或位於該源極電極之正下方的部分的第1部分、包括位於該汲極電極之正上方的部分或位於該汲極電極之正下方的部分的第2部分、與第1部分及第2部分相異的第3部分；該有機半導體層係包括只由該有機半導體材料所構成之非摻雜區域、與含有該有機半導體材料與電子接受性化合物或電子供給性化合物的摻雜區域，該摻雜區域之至少一部分包含於該第3部分中，該摻雜區域係不與該源極電極接觸，該第1部分與該第3部分之交界的一部分或全部以及該第2部分與該第3部分之交界的一部分或全部，並非同時地包含於該摻雜區域中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有機薄膜電晶體，其中，前述摻雜區域係與有機半導體層之面中之和接觸閘極絕緣膜之面相對向的面之一部分接觸。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之有機薄膜電晶體，其 中，前述摻雜區域係為，使用使電子接受性化合物或電子供給性化合物溶解於溶劑之液體，藉印刷法所形成之區域。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之有機薄膜電晶體，其中，前述有機半導體層所含有之有機半導體材料為具有2個雜環相互在2處連結的構造單元之高分子化合物。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之有機薄膜電晶體，其中，前述摻雜區域所含有之電子接受性化合物為三十六氟三十六氫[5,6]富勒烯、十六氟鋅酞菁、鉬參-[1,2-雙(三氟甲基)乙烷-1,2-]二硫雜環戊烯、四氰醌二甲烷衍生物或對苯醌衍生物。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之有機薄膜電晶體，其中，前述摻雜區域所含有之電子供給性化合物為四硫富瓦烯衍生物。
  7. 一種有機電激發光元件，其係具備如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之有機薄膜電晶體。
  8. 一種電子標籤，其係具備如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之有機薄膜電晶體。
  9. 一種液晶顯示元件，其係具備如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之有機薄膜電晶體。
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