JP5380831B2 - 有機トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機トランジスタ、有機トランジスタの製造方法、有機トランジスタアレイ及び表示装置に関する。

有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、
１．材料構成の多様性、製造方法、製品形態等でフレキシビリティが高いこと。

２．大面積化が容易であること。

３．単純な層構成が可能であり、製造プロセスが単純化できること。

４．安価な製造装置を用いて、製造できること。
等の利点があることから、精力的に研究されている。このとき、有機半導体層の成膜方法としては、印刷法、スピンコート法、浸漬法等が挙げられ、有機ＴＦＴは、従来のＳｉ半導体材料を用いたＴＦＴより桁違いに安く製造することができる。

有機ＴＦＴを集積する場合、電極をパターン形成することが必須になる。特許文献１には、エネルギーの付与によって臨界表面張力が変化する材料を含む濡れ性変化層を形成する工程と、濡れ性変化層の一部分にエネルギーを付与することによってより臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力を異ならせたパターンを形成する工程と、導電性材料を含有する液体をパターンが形成された濡れ性変化層の表面に付与することで、高表面エネルギー部に導電層を形成する工程と、濡れ性変化層上に半導体層を形成する工程と、を有することを特徴とする積層構造体の製造方法が開示されている。

また、有機ＴＦＴを作製する際には、有機半導体材料をパターン形成することが必須である。有機半導体層をパターン形成しないで、有機ＴＦＴを集積化すると、チャネル領域以外に成膜された有機半導体層の影響で、トランジスタの動作時にオフ電流が発生し、消費電力が上昇する。また、画素を表示する場合には、クロストークの原因にもなる。なお、Ｓｉ半導体材料を用いたＴＦＴを作製する際に、Ｓｉ半導体材料は、フォトリソグラフィー・エッチングにより、パターン形成されている。

有機半導体層のパターン形成のみに着目すれば、フォトレジストを塗布し、所望のパターンを露光・現像し、レジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとしてエッチングを行い、レジストを剥離してパターン形成することは可能である。しかしながら、有機半導体材料として、高分子材料を用いる場合には、高分子材料上にフォトレジストを塗布してパターン形成すると、トランジスタ特性が劣化することがある。フォトレジストとしては、ナフトキノンジアジドを感光基としたノボラック系樹脂を、キシレン、セロソルブ系溶剤等の有機溶媒に溶解させたものが用いられており、高分子材料は、フォトレジストに含まれる有機溶媒等に溶解することが多い。また、有機半導体材料として、ペンタセン等の結晶性分子を用いる場合も、程度の差はあるものの、同様に、トランジスタ特性が劣化することがある。さらに、レジストを剥離する際に用いられるエチレングリコールモノブチルエーテル、モノエタノールアミン等の剥離液により、ダメージを受けたり、レジストを剥離した後の純水リンスにより、ダメージを受けたりすることもある。以上のことから、従来のフォトリソグラフィー・エッチングによる有機半導体層のパターン形成が困難であることがわかる。

特許文献２には、塗布対象面の所定位置に電荷を付与するとともに電荷と反対極性の電荷を塗布材料に付与してクーロン力により電荷を付与した材料を所定位置に導く方法、塗布対象面の所定位置に凹部を形成して塗布材料を塗布して凹部に堆積する方法、または、材料塗布後に溶媒を蒸発させてパターンを形成した後に当該パターンにレーザを照射して成形する方法を適宜組み合わせて有機トランジスタを作製する方法が開示されている。

特許文献３には、基板上に導電層を設けること、導電層上に少なくとも１つの窓を有するマスクを設けること、窓を通して導電層をエッチングして、導電層に開口を形成し、導電層の一部を画定してトランジスタのソース及びドレインを形成すること、窓を通して導電材料を堆積させて、開口内に金属のトランジスタのゲートを形成すること、ゲート上に金属酸化物の誘電層を形成すること、及びソースとドレインとの間、ゲート上、及び、ソース又はドレインとゲートとの間の空間に半導体材料を導入して、トランジスタの半導体ボディを形成することを含むトランジスタの製造方法が開示されている。なお、エッチングは、開口が基板の表面に平行な方向において窓より大きな広がりを有するように、窓の周縁部でアンダーカットを引き起こすように行われ、導電材料の堆積は、ゲートの周縁部がソース及びドレインから離隔するように、トランジスタのゲートの周縁部が開口の周縁部にぴったりと合うように、金属蒸着により行われる。

しかしながら、これらの方法は、プロセスステップが増加することによるスループットの低下、製造コストの増加等の問題がある。

一方、パターン形成方法としては、インクジェット法及びディスペンサ法が知られている。インクジェット法及びディスペンサ法は、パターンを直接描画できるため、材料使用率を格段に向上させることができる。このようなインクジェット法又はディスペンサ法により有機半導体層をパターン形成すると、製造プロセスの簡略化、歩留まりの向上、コストの低下を実現できる可能性がある。このとき、有機半導体材料として、有機溶媒に可溶な高分子材料を用いると、有機半導体材料の溶液（有機半導体インク）を調製することができるため、インクジェット法により有機半導体層をパターン形成することができる。

しかしながら、有機半導体インクの液滴が着弾した後の拡がりが問題となる。一般に、電極に用いられるよう金属材料は、表面自由エネルギーが高いため、電極上に着弾した液滴は、大きく拡がる。このとき、トランジスタのチャネル領域を狙って有機半導体インクを着弾させても、この領域は、電極の占有面積が大きいため、液滴が着弾した後に拡がる。その結果、有機半導体層のパターンの制御が困難になる。

一方、Ａｇインク等を用いて、インクジェット法により印刷し、ゲート電極を形成する場合は、印刷精度を考慮すると、ゲート電極の細線化に限界があるため、ソース・ドレイン電極とのオーバーラップが大きくなり、寄生容量が大きくなる。さらに、有機ＴＦＴは、一般に、Ｓｉ半導体材料を用いたＴＦＴと比較すると、移動度が小さいため、遮断周波数が小さくなり、高速で動作することができなくなる。
特開２００５−３１０９６２号公報 特開２００４−２９７０１１号公報 特表２００３−５３６２６０号公報

本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、有機半導体層のパターンを制御すると共に、ゲート電極とソース・ドレイン電極とのオーバーラップを低減することが可能な有機トランジスタ、該有機トランジスタを複数有する有機トランジスタアレイ及び該有機トランジスタアレイを有する表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、有機トランジスタにおいて、基板上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜が順次形成されており、該ゲート絶縁膜上に、ソース電極及びドレイン電極並びに有機半導体層が順次形成されており、該ゲート絶縁膜は、該ソース電極及び該ドレイン電極が形成されていない領域の表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であり、該ドレイン電極は、該ゲート電極上に形成されている第一の領域と、該ゲート電極上に形成されていない第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域及び該第二の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、該有機半導体層は、有機溶剤に可溶な有機半導体材料を含有し、インクジェット法により、該ドレイン電極の第一の領域を含む領域上に形成されており、該有機半導体材料は、無配向性高分子材料であることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有機トランジスタにおいて、前記ソース電極は、前記ゲート電極上に形成されている第一の領域と、前記ゲート電極上に形成されていない第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、前記有機半導体層は、前記ドレイン電極の第一の領域及び該ソース電極の第一の領域を含む領域上に形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていない領域は、表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されている領域は、前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていない領域よりも表面エネルギーが大きいことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されている領域は、紫外線が照射されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜は、高分子材料を含有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機トランジスタにおいて、前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、印刷法により形成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の有機トランジスタにおいて、前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、金属粒子又は金属錯体を含有するインクを用いて形成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機トランジスタにおいて、前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、導電性高分子を含有することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、有機トランジスタの製造方法において、基板上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜を順次形成する工程と、該ゲート絶縁膜上に、ソース電極及びドレイン電極並びに有機半導体層を順次形成する工程を有し、該ゲート絶縁膜は、該ソース電極及び該ドレイン電極が形成されていない領域の表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であり、該ドレイン電極は、該ゲート電極上に形成されている第一の領域と、該ゲート電極上に形成されていない第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域及び該第二の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、有機半導体材料が有機溶剤に溶解している液を用いて、インクジェット法により、該ドレイン電極の第一の領域を含む領域上に該有機半導体層を形成し、該有機半導体材料は、無配向性高分子材料であることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の有機トランジスタの製造方法において、前記ソース電極は、前記ゲート電極上に形成されている第一の領域と、前記ゲート電極上に形成されていない第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、前記ドレイン電極の第一の領域及び該ソース電極の第一の領域を含む領域上に前記有機半導体層を形成することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、有機トランジスタアレイにおいて、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の有機トランジスタを複数有することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、表示装置において、請求項１１に記載の有機トランジスタアレイを有することを特徴とする。

本発明によれば、有機半導体層のパターンを制御すると共に、ゲート電極とソース・ドレイン電極とのオーバーラップを低減することが可能な有機トランジスタ、該有機トランジスタを複数有する有機トランジスタアレイ及び該有機トランジスタアレイを有する表示装置を提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。

図１に、本発明の有機トランジスタの一例を示す。有機トランジスタ１０は、基板１上に、ゲート電極２及びゲート絶縁膜３が順次形成され、ゲート絶縁膜３上に、ソース電極４及びドレイン電極５並びに有機半導体層６が順次形成されている。このとき、ドレイン電極５は、図２に示すように、ゲート電極２上に形成されている第一の領域５ａと、第二の領域５ｂと、第一の領域５ａと第二の領域５ｂを第一の領域５ａの幅（チャネル幅）よりも短い幅で連結する連結部５ｃとを有する。さらに、有機半導体層６は、インクジェット法、ディスペンサ法等の印刷法により形成されている。これにより、有機半導体インク７を用いて、有機半導体層６をパターン形成する際に、表面自由エネルギーが高いドレイン電極５の表面積が小さくなるため、有機半導体インク７の拡がりを抑制することができる（図３参照）。さらに、第一の領域５ａと第二の領域５ｂの間に、空隙が形成されるため、有機半導体インク７の拡がりを抑制することができる。即ち、第一の領域５ａと第二の領域５ｂの間に露出しているゲート絶縁膜３により、有機半導体インク７の拡がりを抑制することができる。

このとき、ゲート絶縁膜３のソース電極４及びドレイン電極５が形成されていない領域は、表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。ゲート絶縁膜３のソース電極４及びドレイン電極５が形成されていない領域の表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍを超えると、有機半導体インク７の拡がりを抑制しにくくなることがある。

以上のようにして、有機半導体層６の印刷精度が向上し、有機半導体層６が高精細にパターン形成されている有機トランジスタ１０が得られる。さらに、有機半導体インクの拡がりを制御することができるため、有機半導体層６の薄膜化を抑制することができる。また、有機半導体層６がコーヒーステイン形状のような不均一な膜厚となったり、不連続膜となったりすることを抑制することができる。このことは、有機半導体インクの濃度を小さくできることを意味しており、有機半導体材料の使用量の低減に繋がる。さらに、ゲート電極２とドレイン電極５のオーバーラップ量が低減されるため、絶縁不良を回避すると共に、トランジスタを高速で動作させることができる。

一方、一般的な形状のドレイン電極５'を形成した場合、印刷法により有機半導体層をチャネル領域に形成しようとすると、図４に示すように、有機半導体インク７が拡がり、高精細なパターンを形成することが困難となる。このため、アライメントマージンを大きく取らなければならない。さらに、表面エネルギーが高いドレイン電極５'上の有機半導体インク７が拡がりやすいため、有機半導体層が薄膜化する。また、有機半導体層がコーヒーステイン形状となりやすく、膜厚が不均一になり、連続膜を形成しにくくなる。

なお、連結部５ｃは、第一の領域５ａと第二の領域５ｂをチャネルの中央部で連結しなくてもよく、例えば、チャネルの端部で連結してもよい（図５（ａ）参照）。また、第一の領域５ａ及び第二の領域５ｂは、それぞれ独立に、長方形でなくてもよく、例えば、台形等の四角形や他の多角形（図５（ｂ）参照）でもよく、曲線部を有していてもよい。さらに、連結部５ｃは、例えば、図５（ｂ）のような場合、長さが０であってもよい。

電界効果トランジスタにおいて、ドレイン電流Ｉ_ｄｓは、式
Ｉ_ｄｓ＝Ｗ／２Ｌ×μ×Ｃ_ｉ×（Ｖ_ｇ−Ｖ_ｔｈ）^２
Ｃ_ｉ＝ε_０×ε_ｒ×Ｓ／ｔ
で表される。ここで、Ｗは、チャネル幅、Ｌは、チャネル長、μは、移動度、Ｃ_ｉは、ゲート絶縁膜の単位面積当たりの静電容量、Ｖ_ｇは、ゲート電圧、Ｖ_ｔｈは、閾値電圧、ε_０は、真空の誘電率、ε_ｒは、ゲート絶縁膜の比誘電率、Ｓは、電極の面積、ｔは、ゲート絶縁膜の厚さである。この式より、Ｉ_ｄｓを大きくするためには、Ｃ_ｉを大きくすればよいことがわかる。また、Ｃ_ｉを大きくするためには、ε_ｒ若しくはＳを大きく、又はｔを小さくすればよいことがわかる。ε_ｒは、ゲート絶縁膜の材料に依存し、Ｓは、画素サイズに制限される。このとき、有機トランジスタ１０のゲート・ドレインオーバーラップ領域８（図６（ａ）参照）は、一般的な形状のドレイン電極を形成した場合のゲート・ドレインオーバーラップ領域８'（図６（ｂ）参照）よりも面積が小さいため、ゲートリーク電流を減少させることができ、ｔを小さくすることができる。その結果、Ｉ_ｄｓを大きくすることができる。

さらに、電界効果トランジスタにおいて、遮断周波数ｆ_ｃは、式
ｆ_ｃ＝μ×Ｖ_ｄｓ／２π／Ｌ（Ｌ＋Ｄ）
で表される。ここで、Ｖ_ｄｓは、ドレイン電圧、Ｄは、ゲートオーバーラップ幅である。この式より、ｆ_ｃを大きくするためには、Ｄを小さくすればよいことがわかる。すなわち、寄生容量が小さくなれば、電界効果トランジスタを高速で動作させることができる。このとき、有機トランジスタ１０は、図６に示すように、ゲートオーバーラップ幅が小さいため、高速で動作させることができる。

本発明の有機トランジスタは、ソース電極４が、有機トランジスタ１０のドレイン電極５と同様に、第一の領域と、第二の領域と、連結部とを有してもよく、ソース電極４及びドレイン電極５が、それぞれ第一の領域と、第二の領域と、連結部とを有してもよい。

本発明において、有機半導体層６は、有機半導体材料を有機溶剤に溶解させることにより得られる有機半導体インクを用いて、パターン形成されていることが好ましい。有機溶剤に可溶な有機半導体材料としては、特に限定されず、高分子材料、オリゴマー材料、低分子材料等を用いることができ、ペンタセン、アントラセン、テトラセン、フタロシアニン等の有機低分子；ポリアセチレン系導電性高分子；ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子；ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子；ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子等が挙げられる。中でも、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料が好ましい。このような高分子材料としては、特に限定されないが、化学式（Ａ）

で表される材料を用いることができる。この材料は、無配向性高分子材料であり、成膜形状や方法に関わらず、特性のバラツキが非常に小さい。

また、ソース電極４及びドレイン電極５並びにゲート電極２の少なくとも一方は、インクジェット法、ディスペンサ法等の印刷法によりパターン形成することができる。このとき、金属粒子又は金属錯体を含有する金属インクを用いることが好ましい。金属粒子としては、特に限定されないが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｎ、Ｓｎ等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉは、電気抵抗、熱伝導率及び腐食の面で、好ましい。このとき、金属粒子は、平均粒径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度で、溶剤中に均一に分散されていると、格段に低い温度で焼結することが知られている。これは、金属粒子の粒径が小さくなるにつれ、活性の高い表面原子の影響が大きくなることに起因している。金属錯体としては、特に限定されないが、中心金属として、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｎｉ等を有する錯体等が挙げられる。このような金属インクを用いて、パターン形成した後、焼結することで、ゲート電極２、ソース電極４及びドレイン電極５を形成することができる。

なお、金属インクは、表面張力や粘度が適していない場合は、吐出不能や吐出不良を起こし、丸い液滴になりにくく、さらに、リガメントが長くなることがある。このため、金属インクは、表面張力が約３０ｍＮ／ｍであると共に、粘度が２〜１３ｍＰａ・秒であることが好ましく、７〜１０ｍＰａ・秒がさらに好ましい。さらに、金属インクを吐出する際に、溶剤が揮発して、金属粒子又は金属錯体が固化しない程度の乾燥性も必要である。

また、このような電極を形成する際には、導電性高分子の分散液等を用いることができる。導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、あるいはこれらポリマーにドーピングを施したもの等が挙げられる。中でも、電気伝導度、安定性、耐熱性等の面で、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）の錯体（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）が好ましい。導電性高分子は、金属と比較して、電気特性や安定性で劣るが、重合度、構造により電極の電気特性を改善できること、焼結を必要としないため、低温で電極を形成できること等の点で優れる。

また、紫外線が照射されていないゲート絶縁膜３の表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下である場合は、紫外線を照射すると、表面エネルギーが高い領域が形成され、印刷法により、ソース電極４及びドレイン電極５を高精細にパターン形成することができる。ゲート絶縁膜３を構成する材料としては、ポリイミド；ポリパラキシレン；ポリビニルフェノール；ポリエステル；ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂；エポキシ樹脂；熱硬化型樹脂等の高分子材料が挙げられる。

ゲート絶縁膜３の表面エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にするためには、ゲート絶縁膜３の表面に撥液性の官能基を付与することが好ましく、自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ：ＳＡＭ）を用いることができる。具体的には、ゲート絶縁膜３の表面と結合する官能基と、撥液性の官能基を有する化合物を用いて、ゲート絶縁膜３の表面に機能性単分子膜を設ける。基板の表面と結合する官能基としては、ハロシリル基、アルコキシシリル基等が挙げられる。これらの官能基は、ゲート絶縁膜３の表面のヒドロキシル基等と反応し、加水分解反応をして、ゲート絶縁膜３の表面に吸着することができる。撥液性の官能基としては、フルオロ基を有するアルキル基、長鎖脂肪族アルキル基、フェニル基を有するアルキル基等が挙げられる。

また、ゲート絶縁膜３の表面エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にするためには、撥液性の官能基を有する材料を用いて、ゲート絶縁膜３を形成してもよい。

図７に、本発明の有機トランジスタアレイの第一例を示す。有機トランジスタアレイ２０は、有機トランジスタ１０を複数有する。

図８に、本発明の有機トランジスタアレイの第二例を示す。有機トランジスタアレイ３０は、図５（ａ）に示す形状のドレイン電極５が形成されている以外は、有機トランジスタ１０と同様の有機トランジスタを複数有する。

図９に、本発明の有機トランジスタアレイの第三例を示す。有機トランジスタアレイ４０は、図５（ｂ）に示す形状のドレイン電極５が形成されている以外は、有機トランジスタ１０と同様の有機トランジスタを複数有する。

図１０に、本発明の有機トランジスタアレイの第四例を示す。有機トランジスタアレイ３０は、図１１に示すソース電極４が形成されている以外は、有機トランジスタ１０と同様の有機トランジスタを複数有する。このとき、ソース電極４は、ゲート電極２上に形成されている第一の領域４ａと、第二の領域４ｂと、第一の領域４ａと第二の領域４ｂを第一の領域４ａの幅（チャネル幅）よりも短い幅で連結する連結部４ｃとを有する。

また、アクティブマトリックス素子として、本発明の有機トランジスタアレイを有するアクティブマトリックス基板を用い、電気泳動素子、液晶素子、有機ＥＬ素子等の画素表示素子と組み合わせることにより、アクティブマトリックス表示装置が得られる。

以下、アクティブマトリックス表示装置の製造方法の一例について説明する。まず、図１に示すように、ガラス基板（又はフィルム基板）１上に、Ａｇ粒子が分散されているＡｇインクを用いて、インクジェット法により印刷し、ゲート電極２（走査配線）を形成する。次に、ゲート電極２上に、ポリアミド酸をスピンコート法により塗布し、焼成することにより、ゲート絶縁膜３を形成する。さらに、ゲート絶縁膜３上に、フォトマスクを介して紫外線を照射し、表面に高エネルギーパターンを形成する。次に、高エネルギーパターン上に、Ａｇ粒子が分散されているＡｇインクを用いて、インクジェット法により印刷し、ソース電極４及びドレイン電極５（信号配線）を形成する。さらに、有機半導体インクを用いて、インクジェット印刷し、有機半導体層６を形成する。次に、ＣＶＤ法を用いて、厚さ２μｍのパラキシリレンからなる保護層（不図示）を形成し、アクティブマトリックス基板が得られる。

一方、対向基板上に、厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）をスパッタリング法により成膜し、透明導電膜を形成する。次に、透明導電膜上に、ポリアミド酸をスピンコート法により塗布し、ラビングすることにより、厚さ２００ｎｍ程度の配向膜を形成した後、配向処理する。さらに、配向膜が形成された対向基板と、アクティブマトリックス基板を、シリカスペーサーを介して接合し、ギャップ間に液晶性材料を封入することにより、液晶パネルが得られる。

また、透明導電膜が形成された対向基板に、アクティブマトリックス基板を、シリカスペーサーを介して接合し、キャップ間にマイクロカプセル（電気泳動素子）を封入することにより、電気泳動表示パネルが得られる。

さらに、アクティブマトリックス基板に、有機ＥＬ素子を形成し、大気遮蔽シールドを配置させることにより、有機ＥＬパネルが得られる。

［実施例１］
シャドウマスクを用いた真空蒸着法により、ガラス基板１上に、膜厚３ｎｍのＣｒからなる密着層（不図示）、膜厚１００ｎｍのＡｌからなるゲート電極２を成膜した。次に、ゲート電極２上に、ポリイミド溶液のリカコートＳＮ−２０（新日本理化社製）をスピンコート法により塗布し、プリベークした後、２００℃で焼成することにより、膜厚５００ｎｍのゲート絶縁膜３の下層を形成した。さらに、ゲート絶縁膜３の下層上に、化学式（Ｂ）

で表されるポリイミドの溶液を、同様にスピンコート法により塗布し、焼成して、厚さ１００ｎｍのゲート絶縁膜３の上層を形成した。なお、ゲート絶縁膜３の表面エネルギーは、３０ｍＮ／ｍであった。

次に、ゲート絶縁膜３の上層に、フォトマスクを介してＵＶ光を照射することにより、図２に示す形状のソース電極４及びドレイン電極５を形成するためのパターン（表面エネルギーが高い領域）を形成した。

さらに、パターン上に、Ａｇインクを用いて、インクジェット法により印刷し、２８０℃で焼結することにより、膜厚１００ｎｍのソース電極４及びドレイン電極５を形成した。このとき、チャネル長（ソース電極４及びドレイン電極５の間の距離）は５μｍであった。次に、ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、化学式（Ａ）で表される材料の溶液を用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層６を形成し、有機トランジスタ１０を得た。

［比較例１］
ドレイン電極５の形状を図４に示す形状に変更した以外は、実施例１と同様に、有機トランジスタを得た。

［評価方法及び評価結果］
実施例１及び比較例１の有機トランジスタについて、有機半導体層のサイズと、トランジスタ特性の評価を行った。

［有機半導体層のサイズ］
金属顕微鏡を用いて、有機半導体層６のサイズを測定したところ、比較例１の有機半導体層６は、チャネル幅方向及びチャネル長方向共に、長さが約１００μｍであった。一方、実施例１の有機半導体層６は、比較例１の有機半導体層６と比較して、チャネル長方向の長さが５０％程度であり（図１２参照）、ドレイン電極５の形状により有機半導体層６の拡がりを抑制できることがわかる。これにより、有機半導体層６の高精細なパターンを安定に形成することができる。

［トランジスタ静特性］
酸素＜１ｐｐｍ、水分＜１ｐｐｍの雰囲気下で、ドレイン電圧Ｖ_ｄｓを−２０Ｖ印加し、ゲート電圧Ｖ_ｇを＋２０Ｖから−２０Ｖに走査することにより、実施例１の有機トランジスタのトランジスタ静特性を評価した（図１３参照）。その結果、オン電流Ｉ_ｄｓが２．４×１０^−９Ａ（Ｖ_ｇ＝−２０Ｖ）、オフ電流Ｉ_ｄｓが４．０×１０^−１３Ａ（Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ）、オンオフ比（Ｖ_ｇ＝−２０Ｖ／Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ）が６．０×１０^３であった（図１３参照）。なお、オン電流及びオフ電流は、２０箇所の平均値である。同様に、比較例１の有機トランジスタのトランジスタ静特性を評価したところ、オン電流Ｉ_ｄｓが１．８×１０^−９Ａ（Ｖ_ｇ＝−２０Ｖ）、オフ電流Ｉ_ｄｓが７．２×１０^−１３Ａ（Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ）、オンオフ比（Ｖ_ｇ＝−２０Ｖ／Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ）が２．５×１０^３であった。これにより、実施例１の有機トランジスタは、比較例１の有機トランジスタと比較して、良好なトランジスタ静特性が得られることがわかる。

［ゲートリーク電流］
Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ、Ｖ_ｄｓ＝−２０Ｖのオフ状態におけるゲートリーク電流を評価した（図１４参照）。図１４より、実施例１の有機トランジスタは、比較例１の有機トランジスタと比較して、リーク電流が大幅に抑制されていることがわかる。これは、実施例１の有機トランジスタは、比較例１の有機トランジスタと比較して、ゲート・ドレインオーバーラップ領域の面積が小さいためである（図６参照）。

［トランジスタ動特性］
ドレイン電圧Ｖ_ｄｓを−２０Ｖ印加した状態で、ゲート電圧Ｖ_ｇを周波数１〜２０００Ｈｚで−２０Ｖ印加したときの出力電流を測定することにより、トランジスタ動特性を評価した（図１５参照）。その結果、実施例１及び比較例１の有機トランジスタは、それぞれ遮断周波数が約６５０Ｈｚ及び約１１０Ｈｚであり、実施例１の有機トランジスタは、比較例１の有機トランジスタと比較して、良好なトランジスタ動特性が得られることがわかる。なお、減衰率が−６ｄＢにおける周波数を遮断周波数とした。

［実施例２］
素子間ピッチ５００μｍで、３２×３２の有機トランジスタ１０を二次元アレイ状に有する有機トランジスタアレイ２０を、実施例１と同様に得た。

次に、上記と同様に、トランジスタ静特性を評価したところ、オン電流Ｉ_ｄｓが２．２×１０^−９Ａ（Ｖ_ｇ＝−２０Ｖ）、オフ電流Ｉ_ｄｓが３．８×１０^−１３Ａ（Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ）、オンオフ比（Ｖ_ｇ＝−２０Ｖ／Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ）が５．８×１０^３であった。

さらに、有機半導体層６の拡がりを抑制することができるため、膜厚やパターンの安定性が向上し、その結果として、有機トランジスタ間のトランジスタ静特性のバラつきは、オン電流及びオフ電流共に１０％以下に抑えることができた。

［比較例２］
素子間ピッチ５００μｍで、３２×３２の有機トランジスタ１０を二次元アレイ状に有する有機トランジスタアレイ２０を、比較例１と同様に得た。

次に、上記と同様に、トランジスタ静特性を評価したところ、オン電流Ｉ_ｄｓが１．９×１０^−９（Ｖ_ｇ＝−２０Ｖ）、オフ電流Ｉ_ｄｓが６．３×１０^−１３Ａ（Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ）、オンオフ比（Ｖ_ｇ＝−２０Ｖ／Ｖ_ｇ＝＋２０Ｖ）が３．０×１０^３であった。

しかしながら、有機半導体層６の膜厚やパターンの制御が困難であるため、有機トランジスタ間のトランジスタ静特性のバラつきが大きく、オン電流は最大で３０％程度、オフ電流は最大で７０％程度異なるものがあった。

［実施例３］
実施例２の有機トランジスタアレイを用いて、アクティブマトリックス表示装置（図１３参照）を作製した。具体的には、酸化チタン粒子６１ａとオイルブルーで着色したアイソパー６１ｂを内包するマイクロカプセル６１と、ポリビニルアルコール水溶液を混合した塗布液を、ポリカーボネート基板６２上に設けられたＩＴＯからなる透明電極６３上に塗布して、マイクロカプセル６１とバインダー６４からなる層を形成した。得られた基板と、実施例２の有機トランジスタアレイを、ガラス基板１及びポリカーボネート基板６２が最外面となるように、バインダー６４を介して接着させた。

得られたアクティブマトリックス表示装置６０のゲート電極２に繋がるバスラインに走査信号用のドライバーＩＣを、ソース電極４に繋がるバスラインにデータ信号用のドライバーＩＣを各々接続し、０．５秒毎に画像の切り替えを行ったところ、良好な静止画像を表示することができた。

本発明の有機トランジスタの一例を示す断面図である。 図１の有機トランジスタのドレイン電極の形状を示す上面図である。 図１の有機トランジスタのドレイン電極を形成した場合の有機半導体インクの拡がりを示す上面図である。 一般的な形状のドレイン電極を形成した場合の有機半導体インクの拡がりを示す上面図である。 図１の有機トランジスタのドレイン電極の他の形状を示す上面図である。 ゲート・ドレインオーバーラップ領域を示す上面図である。 本発明の有機トランジスタアレイの第一例を示す上面図である。 本発明の有機トランジスタアレイの第二例を示す上面図である。 本発明の有機トランジスタアレイの第三例を示す上面図である。 本発明の有機トランジスタアレイの第四例を示す上面図である。 図１０の有機トランジスタアレイのソース電極の形状を示す上面図である。 実施例１及び比較例１の有機半導体層のサイズを示す図である。 実施例１の有機トランジスタのトランジスタ静特性を示す図である。 実施例１及び比較例１の有機トランジスタのゲートリーク電流を示す図である。 実施例１及び比較例１の有機トランジスタのトランジスタ動特性を示す図である。 実施例３のアクティブマトリックス表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁膜
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ 有機半導体層
１０ 有機トランジスタ
２０、３０、４０、５０ 有機トランジスタアレイ
６０ アクティブマトリックス表示装置

Claims (12)

1. 基板上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜が順次形成されており、
   該ゲート絶縁膜上に、ソース電極及びドレイン電極並びに有機半導体層が順次形成されており、
   該ゲート絶縁膜は、該ソース電極及び該ドレイン電極が形成されていない領域の表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であり、
   該ドレイン電極は、該ゲート電極上に形成されている第一の領域と、該ゲート電極上に形成されていない第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域及び該第二の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、
   該有機半導体層は、有機溶剤に可溶な有機半導体材料を含有し、インクジェット法により、該ドレイン電極の第一の領域を含む領域上に形成されており、
   該有機半導体材料は、無配向性高分子材料であることを特徴とする有機トランジスタ。
2. 前記ソース電極は、前記ゲート電極上に形成されている第一の領域と、前記ゲート電極上に形成されていない第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、
   前記有機半導体層は、前記ドレイン電極の第一の領域及び該ソース電極の第一の領域を含む領域上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタ。
3. 前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されている領域は、前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていない領域よりも表面エネルギーが大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機トランジスタ。
4. 前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されている領域は、紫外線が照射されていることを特徴とする請求項３に記載の有機トランジスタ。
5. 前記ゲート絶縁膜は、高分子材料を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機トランジスタ。
6. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機トランジスタ。
7. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、金属粒子又は金属錯体を含有するインクを用いて形成されていることを特徴とする請求項６に記載の有機トランジスタ。
8. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、導電性高分子を含有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機トランジスタ。
9. 基板上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜を順次形成する工程と、
   該ゲート絶縁膜上に、ソース電極及びドレイン電極並びに有機半導体層を順次形成する工程を有し、
   該ゲート絶縁膜は、該ソース電極及び該ドレイン電極が形成されていない領域の表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であり、
   該ドレイン電極は、該ゲート電極上に形成されている第一の領域と、該ゲート電極上に形成されていない第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域及び該第二の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、
   有機半導体材料が有機溶剤に溶解している液を用いて、インクジェット法により、該ドレイン電極の第一の領域を含む領域上に該有機半導体層を形成し、
   該有機半導体材料は、無配向性高分子材料であることを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
10. 前記ソース電極は、前記ゲート電極上に形成されている第一の領域と、前記ゲート電極上に形成されていない第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、
    前記ドレイン電極の第一の領域及び該ソース電極の第一の領域を含む領域上に前記有機半導体層を形成することを特徴とする請求項９に記載の有機トランジスタの製造方法。
11. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の有機トランジスタを複数有することを特徴とする有機トランジスタアレイ。
12. 請求項１１に記載の有機トランジスタアレイを有することを特徴とする表示装置。

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