CN102194996B - 薄膜晶体管和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了薄膜晶体管和电子装置。本发明提供的薄膜晶体管能够稳定地获得良好性能。所述薄膜晶体管包括：有机半导体层；以及保护层及源极电极和漏极电极，所述保护层及所述源极电极和所述漏极电极形成在所述有机半导体层上。所述保护层至少设置在所述源极电极与所述漏极电极之间的区域中。根据本发明，在所述源极电极和所述漏极电极的形成步骤(蚀刻步骤)中，由于所述有机半导体层被所述保护层保护着，因此所述有机半导体层不会被上述蚀刻步骤所损坏。于是，本发明的薄膜晶体管和电子装置可以稳定地得到良好的性能。

Description

薄膜晶体管和电子装置

相关申请的交叉参考

本申请包含与2010年3月8日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2010-050481的公开内容相关的主题，在此将该优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及具有有机半导体层的薄膜晶体管和使用该薄膜晶体管的电子装置。

背景技术

近年来，已经对利用有机半导体层作为沟道层的薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，TFT)(被称作有机TFT)有所关注。有机TFT允许通过涂敷方法来形成沟道层，从而降低制造成本。另外，因为相比于通过蒸发沉积方法形成的沟道层而言，有机TFT的沟道层可在低温下予以形成，所以可将有机TFT安装在具有低抗热性的柔性塑料膜上。

按照与先前的利用无机半导体层作为沟道层的无机TFT相同的方式，对有机TFT进行了研究以将其用作诸如显示装置等电子装置的开关元件，并且该有机TFT具有有机半导体层以及与该有机半导体层连接的源极电极和漏极电极。

按照与无机TFT相同的方式，根据有机半导体层相对于源极电极和漏极电极的位置关系而将有机TFT分成了顶接触型或底接触型。特别地，顶接触型被看作是大有前途的，因为其将源极电极及漏极电极设置成位于有机半导体层上，从而减小了有机半导体层与源极电极及漏极电极之间的接触电阻，并提高了有机半导体层与源极电极及漏极电极的机械稳定性。

同时，顶接触型存在着这样的困难：由于有机半导体层对有机溶剂的抵抗性低，因而在形成源极电极和漏极电极的步骤中很难使用有机溶剂进行微细加工而不对有机半导体层造成任何损坏。

然而，最近提出了一种利用剥离法在有机半导体层上形成源极电极和漏极电极的方法(例如，见日本专利申请公开公报特开第2008-085200号)。

在无机TFT的制造过程中，当形成源极电极和漏极电极时，一般地，是在无机半导体层上形成电极层然后对该电极层进行蚀刻。诸如干式蚀刻等蚀刻技术是成熟的技术，因此这种蚀刻技术从产率和加工精度的观点看是可靠的。此外，因为无机半导体层在耐蚀刻性方面十分优异，即使上述电极层被过蚀刻，大体上也不会影响无机TFT的性能。

甚至在有机TFT的制造过程中，也同样期望能够使用诸如湿式蚀刻等蚀刻技术在有机半导体层上形成源极电极和漏极电极。然而，有机半导体层的耐蚀刻性相比于无机半导体层的耐蚀刻性而言是极低的，并且蚀刻剂很容易损坏对有机溶剂性的抵抗性低的有机半导体层。因此，蚀刻过程会显著影响有机TFT的性能。在此情况下，不仅仅由于有机半导体层的厚度的减小而且还由于化学品成分的表面吸附和扩散，都会使有机TFT的性能劣化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是期望提供一种具有稳定且良好性能的薄膜晶体管，以及使用这种薄膜晶体管的电子装置。

本发明实施例的薄膜晶体管包括有机半导体层、保护层及源极电极和漏极电极，所述保护层及所述源极电极和所述漏极电极形成在所述有机半导体层上。所述保护层至少设置在所述源极电极与所述漏极电极之间的区域中。

本发明实施例的电子装置设置有上述薄膜晶体管。

根据本发明实施例的薄膜晶体管或电子装置，至少在所述源极电极与所述漏极电极之间的区域中的有机半导体层上设有保护层。在此结构中，在源极电极和漏极电极的形成步骤(蚀刻步骤)中由于有机半导体层被所述保护层保护着，因此有机半导体层不可能会被上述蚀刻过程所损坏。于是，可以稳定地得到良好的性能。

根据下面的说明将更充分地呈现本发明的其他及进一步的目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出了本发明第一实施例的薄膜晶体管的结构的截面图。

图2是示出了图1所示的薄膜晶体管的结构的平面图。

图3是用于说明薄膜晶体管的制造方法(第一制造方法)的截面图。

图4是用于说明跟在图3之后的步骤的截面图。

图5是用于说明跟在图4之后的步骤的截面图。

图6是用于说明薄膜晶体管的制造方法(第二制造方法)的截面图。

图7是示出了薄膜晶体管的结构的一个变形例的截面图。

图8是用于说明薄膜晶体管(变形例)的制造方法的截面图。

图9是用于说明跟在图8之后的步骤的截面图。

图10是用于说明跟在图9之后的步骤的截面图。

图11是示出了薄膜晶体管的结构的另一变形例的截面图。

图12是用于说明薄膜晶体管(另一变形例)的制造方法的截面图。

图13是用于说明跟在图12之后的步骤的截面图。

图14是示出了本发明第二实施例的薄膜晶体管的结构的截面图。

图15是示出了液晶显示装置的主要部分的结构的截面图，该液晶显示装置作为薄膜晶体管的应用例。

图16示出了图15所示的液晶显示装置的电路结构。

图17是示出了有机电致发光(EL)显示装置的主要部分的结构的截面图，该有机EL显示装置是薄膜晶体管的另一应用例。

图18示出了图17所示的有机EL显示装置的电路结构。

图19是示出了电子纸(electronicpaper)显示装置的主要部分的结构的截面图，该电子纸显示装置是薄膜晶体管的又一应用例。

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。说明的顺序如下。

1.薄膜晶体管

1-1.第一实施例(由绝缘材料制成的保护层)

1-2.第二实施例(由半导体材料制成的保护层)

2.薄膜晶体管的应用例(电子装置)

2-1.液晶显示装置

2-2.有机EL显示装置

2-3.电子纸显示装置

1.薄膜晶体管

1-1.第一实施例(由绝缘材料制成的保护层)

薄膜晶体管的结构

图1和图2分别示出了作为本实施例薄膜晶体管的有机TFT的截面结构和平面结构，其中图1示出了沿图2中所示的线I-I的截面。

在有机TFT中，有机半导体层3及保护层4被设置为与栅极电极1相对，且在有机半导体层3及保护层4与栅极电极1之间设有栅极绝缘层2，并且彼此分离开的源极电极5和漏极电极6都与有机半导体层3连接。

这里所述的有机TFT是顶接触式/底栅型有机TFT，其中栅极电极1位于有机半导体层3的下方，并且源极电极5和漏极电极6位于有机半导体层3上。

栅极电极1例如是由金属材料、无机导电材料、有机导电材料或碳材料中的一种或至少两种形成的。上述金属材料包括：例如铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)和铂(Pt)等金属；或者包含该金属的合金。上述无机导电材料包括：例如氧化铟(In₂O₃)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或氧化锌(ZnO)。上述有机导电材料包括：例如聚乙烯二氧基噻吩(polyethylenedioxythiophene，PEDOT)和聚苯乙烯磺酸酯(polystyrenesulfonate，PSS)。上述碳材料包括例如石墨。栅极电极1可具有多层结构，该多层结构包含两个或更多个由任何上述材料制成的层。同样，下述的栅极绝缘层2等也可具有这样的多层结构。

栅极绝缘层2被形成得覆盖着栅极电极1，并且由例如无机绝缘材料或有机绝缘材料中的一种或者至少两种形成。上述无机绝缘材料包括：例如硅氧化物(SiO_x)、硅氮化物(SiN_x)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、铪氧化物(HfO_x)和钛酸钡(BaTiO₃)。上述有机绝缘材料包括：例如聚乙烯苯酚(PVP)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯(polymethacrylicacrylate)、感光性聚酰亚胺、感光性酚醛清漆(novolak)树脂和聚对二甲苯(polyparaxylylene)。

形成在栅极绝缘层2上的有机半导体层3由例如低分子材料、可溶性低分子材料或高分子材料中的一种或至少两种形成。上述低分子材料通常难以溶解在溶剂中，并且包括：例如并五苯、双噻吩蒽(anthradithiophene)、二萘并[2，3-b：2′，3′-f]噻吩并[3，2-b]噻吩并苯(dinaphto[2，3-b：2’，3’-f]thieno[3，2-b]thienophene)、2，9-二苯基-迫呫吨并呫吨(2，9-diphenyl-peri-xanthenoxanthene)、2，9-二萘基-迫呫吨并呫吨(2，9-dinaphthyl-peri-xanthenoxanthene)和铜酞菁。通过对上述低分子材料进行化学上的修改而使溶解度提高的可溶性低分子材料包括：例如6，13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(6，13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene)、2，7-双十二烷基[1]苯并噻吩并[3，2-b][1]苯并噻吩(2，7-didodecyl[1]benzothieno[3，2-b][1]benzothiophene)和2，9-双(对乙基苯基)迫呫吨并呫吨(2，9-bis(p-ethylphenyl)-peri-xanthenoxanthene)。上述高分子材料包括：例如α-四噻吩(α-quarter-thiophene)、聚(β-己基噻吩)和聚(2，5-双(3-十二烷基-5-(3-十二烷基噻吩-2-基)噻吩-2-基)噻唑并[5，4-d]噻唑)(poly(2，5-bis(3-dodecyl-5-(3-dodecylthiophene-2-yl)thiophene-2-yl)thiazolo[5，4-d]thiazole))。

有机半导体材料还可包括例如下列材料：诸如丁省、葸、2，9-二甲基并五苯、红荧烯、或全氟代并五苯等并苯(acene)化合物；诸如α，ω-二烷基双噻吩葸(α，ω-dialkylanthradithiophene)等双噻吩葸化合物；诸如2，9-双(对丙基苯基)-迫呫吨并呫吨化合物等迫呫吨并呫吨化合物；诸如2，6-二(2-萘基)萘并[1，8-bc：5，4-b′c′]二噻吩等萘并[1，8-bc：5，4-b′c′]二噻吩化合物；诸如2，6-二苯基苯并[1，2-b：4，5-b′]二噻吩等苯并二噻吩化合物；诸如2，7-二苯基[1]苯并噻吩并[3，2-b][1]苯并噻吩等[1]苯并噻吩并[3，2-b][1]苯并噻吩化合物；诸如α-四硒吩(α-quarter-selenophene)等低聚噻吩和低聚硒吩化合物；诸如聚(3，3′″-双十二烷基-四噻吩)等β取代噻吩的高聚物和低聚物化合物；诸如α，ω-二己基-四噻吩等α，ω取代噻吩的低聚物化合物；诸如双(苯并二噻吩)等稠合噻吩低聚物化合物；诸如2，5-双(4-正己基苯基)噻吩等噻吩-亚苯基低聚物化合物；诸如5，5′-双-(7-己基-9H-芴-2-基)-[2，2′]联噻吩等噻吩-芴低聚物化合物；诸如6，6′-二己基-[2，2′]联蒽等噻吩-并苯低聚物化合物；诸如酞菁或锌酞菁等酞菁化合物；诸如四苯并卟啉(tetrabenzoporphyrin)等卟啉化合物；以及诸如C₆₀等富勒烯化合物。

保护层4在有机TFT的制造过程(用于形成源极电极5和漏极电极6的蚀刻步骤)中保护着有机半导体层3。保护层4形成在有机半导体层3上，并且至少设置在源极电极5与漏极电极6之间的区域R中。位于区域R中的有机半导体层3(部分3P)实质上变成源极电极5与漏极电极6之间的电流通道。因为保护层4至少设置在区域R中，所以在用于形成源极电极5和漏极电极6的蚀刻步骤中用保护层4将部分3P保护着。这确保了从源极电极5经由有机半导体层3(部分3P)到漏极电极6的电流路径C。

保护层4的形成区域不受具体限制，只要该形成区域包括区域R即可。如图2所示，保护层4(深色阴影区域)的宽度W4大于源极电极5的宽度W5(浅色阴影区域)或漏极电极6的宽度W6(浅色阴影区域)就够了。

保护层4是绝缘性的，该保护层4由例如有机绝缘材料或无机绝缘材料中的一种或两种以上形成。上述有机绝缘材料包括：例如氟树脂(该氟树脂例如是(C₆F₁₀)_n)、聚对二甲苯(parylene)树脂、聚乙烯醇和聚乙烯肉桂酸酯(polyvinylcinnamate)等。上述无机绝缘材料包括：例如二氧化硅(SiO₂)。特别地，保护层4的形成材料优选可溶于任意溶剂中。可以使用涂敷或印刷方法作为保护层4的形成方法，从而在该保护层的形成过程中减少对有机半导体层3的损坏。这种可溶性材料包括：例如水溶性聚对二甲苯树脂或者可溶解于氟溶剂中的氟树脂等有机绝缘材料。在此情况下，为了防止在形成保护层4的过程中无意地导致有机半导体层3被溶剂溶解，上述有机绝缘材料优选可溶解于不能溶解有机半导体层3的溶剂中，即，该溶剂优选是对于有机半导体层3而言的正交溶剂(orthogonalsolvent)。该正交溶剂能够充分溶解保护层4的形成材料但几乎不能溶解有机半导体层3的形成材料。表述“能够充分溶解”是指保护层4的形成材料可以分散到溶剂中以使得能够使用涂敷方法。表述“几乎不能溶解”是指有机半导体层3不能以使电导率显著降低的程度溶解于溶剂中。然而，保护层4的形成方法不是必须限于涂敷方法。

源极电极5和漏极电极6分别形成在有机半导体层3上，并且源极电极5和漏极电极6例如部分地位于保护层4上。源极电极5和漏极电极6由例如与栅极电极1相同的材料形成。

有机TFT可具有其他的构成要素。这些构成要素包括：例如用于支撑有机TFT的基板。该基板可以是例如由玻璃、塑料或金属材料制成的基板，或者是由塑料或金属材料制成的膜。上述塑料材料包括：例如聚醚砜(polyethersulfone，PES)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚醚醚酮(PEEK)。上述金属材料包括：例如铝、镍或不锈钢。

薄膜晶体管的制造方法

可以使用一些工序来制造有机TFT。图3～图6图示了有机TFT的制造方法，每幅图都示出与图1相对应的截面结构。因为前面已经对一系列构成要素的形成材料进行了说明，因而下文会适当省略对材料的说明。下面说明的有机TFT的制造方法仅仅是示例，也可对各构成要素的形成材料、形成方法和厚度进行适当地修改和改变。

第一制造方法

首先，如图3所示，图形化地形成栅极电极1(例如，30nm厚)。这里，例如形成Cu的金属材料层，然后在该金属材料层上形成抗蚀剂图形。接着，利用该抗蚀剂图形作为掩模对上述金属材料层进行蚀刻，之后除去该抗蚀剂图形。

上述金属材料层的形成方法为例如蒸发沉积方法或溅射沉积方法等真空沉积方法。在形成上述抗蚀剂图形时，例如通过涂敷光致抗蚀剂来形成光致抗蚀剂膜，然后利用光刻方法等对该光致抗蚀剂膜进行图形化(曝光/显影)。上述金属材料层的蚀刻方法包括例如干式蚀刻法或湿式蚀刻法，并且该干式蚀刻法包括例如离子铣削方法或反应离子蚀刻(RIE)方法。在除去上述掩模时，例如，将紫外光照射到该抗蚀剂图形上，然后把被照射后的图形浸入显影液(例如，四甲基氢氧化铵(3％水溶液))中以便进行剥离。可使用金属模版来代替抗蚀剂图形作为掩模。

接着，形成覆盖栅极电极1的栅极绝缘层2。这里，例如，准备PVP和固化剂(例如，三聚氰胺树脂)的混合溶液，并通过旋转涂敷方法等涂敷该混合溶液，然后对该混合溶液进行烧制。在该烧制过程中，温度和时间任意设定。

接下来，在栅极绝缘层2上形成有机半导体层3。有机半导体层3的形成方法包括例如使用含有并五苯或(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯的溶液的涂敷或印刷方法。上述涂敷方法包括：例如，旋转涂敷法、帽式涂敷法(capcoatmethod)或者浸渍涂敷法。上述印刷方法包括例如喷墨方法。可供选择地，例如，可使用如真空蒸发沉积方法等真空沉积方法来沉积并五苯等。

接下来，在有机半导体层3上图形化地形成保护层4(例如，100nm厚)。这里，例如准备含有溶解于氟溶剂(例如，全氟辛烷)中的氟树脂(例如，(C₆F₁₀O)_n)的溶液，并通过印刷方法等来涂敷该溶液，然后对该溶液进行烧制。上述印刷方法包括：例如凹版印刷方法(gravureprintingmethod)、丝网印刷方法、凸版印刷方法(reliefprintingmethod)或喷墨印刷方法。在烧制过程中，温度和时间分别为例如100℃和10min。

可以使用感光性氟树脂或感光性聚乙烯醇(PVA)代替上述氟树脂，并且可以使用光刻方法代替上述印刷方法。

接着，如图4所示，将电极层7(例如，100nm厚)形成得覆盖保护层4及保护层4周边的有机半导体层3。这里，可通过电阻加热蒸发沉积方法等来沉积金、铬或铝。然而，也可使用例如溅射沉积方法等其他的真空沉积方法。

接下来，如图5所示，在电极层7上形成具有开口8K的抗蚀剂图形8。抗蚀剂图形8的形成工序与对栅极电极1的说明中的形成工序相同。

最后，利用抗蚀剂图形8作为掩模来选择性地蚀刻电极层7。电极层7的蚀刻方法包括例如湿式蚀刻方法，在该湿式蚀刻方法中，蚀刻剂类型可根据电极层7的形成材料来任意选择。该蚀刻剂例如为：对于金的碘化钾溶液；对于铬的盐酸(HCl)、氟化氢(HF)、或者氯化铁(FeCl₂)与盐酸的混合溶液；以及对于铝的磷酸(H₃PO₄)、醋酸(CH₃COOH)或者硝酸(HNO₃)。这样就形成了图1所示的源极电极5和漏极电极6。

然后，按照与对栅极电极1的说明中相同的工序除去抗蚀剂图形8。因此，完成了图1和图2所示的有机TFT。

第二制造方法

在图形化地形成保护层4时，可使用蚀刻方法代替印刷方法。

具体地，按照与参照图3所说明的相同工序形成有机半导体层3，然后如图6所示，形成覆盖有机半导体层3表面的保护层4。

这里，例如，通过涂敷方法来涂敷含有PVA的水溶液或者含有聚乙烯醇肉桂酸酯的γ-丁内酯溶液，然后对该溶液进行烧制。因为含有PVA的水溶液的溶剂是水，所以在涂敷过程中不会损坏有机半导体层3。因为含有聚乙烯醇肉桂酸酯的γ-丁内酯溶液的溶剂(γ-丁内酯)是对于(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯而言的正交溶剂，所以当有机半导体层3的形成材料是(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯时，不会损坏该有机半导体层3。可供选择地，例如，可以使用诸如化学气相沉积(CVD)方法等真空沉积方法来沉积聚对二甲苯树脂等。

可供选择地，例如可以使用诸如CVD方法等真空沉积方法来沉积诸如二氧化硅等无机绝缘材料。在此情况下，例如保护层4的厚度可以很小(例如，30nm)。

保护层4的其他形成条件(厚度、烧制条件等)例如与使用印刷方法的情况相同。

接下来，在保护层4上形成抗蚀剂图形9。抗蚀剂图形9的形成工序例如与抗蚀剂图形8的形成工序相同。

随后，利用抗蚀剂图形9作为掩模来选择性地蚀刻保护层4。保护层4的蚀刻方法包括：例如使用氧气(O₂)或者使用氧与四氟甲烷(CF₄)的混合气体的RIE方法。然后，按照与对栅极电极1的说明中相同的工序除去抗蚀剂图形9。于是，如图3所示，在有机半导体层3上图形化地形成了保护层4。

最后，按照与参照图4和图5所说明的相同工序形成源极电极5和漏极电极6。因此，完成了图1和图2所示的有机TFT。

薄膜晶体管的作用和效果

根据本实施例的有机TFT，在有机半导体层3上形成有绝缘性的保护层4，并且该保护层4至少设置在源极电极5与漏极电极6之间的区域R中。在该结构中，如图1和图5所示，因为在电极层7的蚀刻步骤中有机半导体层3(部分3P)被保护层4保护着，所以部分3P不会被损坏。另外，由于保护层4是绝缘性的，所以即使保护层4留在完成后的有机TFT上，保护层4也不会在电气方面对有机TFT产生不利影响。这样，由于在制造过程中不会使有机半导体层3的电特性劣化，因而能够稳定地得到良好的性能。

特别是，当集成多个有机TFT时，甚至在每个有机TFT上形成的层间膜等的形成步骤中，有机半导体层3(部分3P)也同样被保护层4保护着。具体地，例如，当使用有机溶剂通过涂敷方法形成层间膜时，部分3P不会被该有机溶剂损坏。当通过CVD方法或溅射沉积方法形成层间膜时，部分3P不会被等离子体损坏。因此，抑制了各个有机TFT的性能的劣化(例如，迁移率降低或阈值变动)，于是可稳定地将多个有机TFT集成在一起且各TFT的性能是均一的。显然，甚至在有机TFT上形成除了层间膜之外的其他膜的情况下也同样能得到上述优点。

变形例

如与图1相对应的图7所示，源极电极5和漏极电极6可以不位于保护层4上。当形成这样的源极电极5和漏极电极6时，例如形成电极层7(图4)，然后在电极层7的表面上涂敷光致抗蚀剂从而形成图8所示的光致抗蚀剂膜12。接着，利用回蚀方法对光致抗蚀剂膜12进行蚀刻，如图9所示使得电极层7露出来，然后如图10所示，利用湿式蚀刻方法等将电极层7的露出部分蚀刻掉。结果，电极层7被分成两部分，且在这两部分之间具有保护层4，由此形成了如图7所示的源极电极5和漏极电极6。根据这样的工序，源极电极5和漏极电极6被正确地设置在与保护层4间不会形成间隙的位置上。甚至在这种情况下，也因为在电极层7的蚀刻步骤中有机半导体层3(部分3P)被保护层4保护着，所以可得到与图1所示情况相同的效果。

如与图1相对应的图11所示，有机半导体层3的不与保护层4相邻接的部分的厚度T1可以小于有机半导体层3的与保护层4相邻接的部分的厚度T2。当形成这样的有机半导体层3时，在形成保护层4(图3)之后，例如，必要时如图12所示在保护层4上形成抗蚀剂图形10。接着，如图13所示，利用抗蚀剂图形10作为掩模通过干式蚀刻方法等对有机半导体层3进行部分蚀刻，然后除去抗蚀剂图形10。抗蚀剂图形10的形成工序和有机半导体层3的蚀刻工序例如分别与抗蚀剂图形8的形成工序和电极层7的蚀刻工序相同。然后，形成了如图11所示的源极电极5和漏极电极6。即使在这种情况下，也能得到与图1所示情况相同的效果。另外，由于有机半导体层3的厚度为T1的那部分的电阻小于厚度为T2那部分的电阻，因此能够提高电流路径C的导电性。

此外，虽然这里没有具体图示，但也可使用图7和图11所示结构的组合。

1-2.第二实施例(由半导体材料制成的保护层)

薄膜晶体管的结构

与图1相对应的图14示出了作为本实施例薄膜晶体管的有机TFT的截面结构。除了设置有保护层11来代替保护层4以外，该有机TFT具有与第一实施例的有机TFT相同的结构。

保护层11由例如与有机半导体层3的形成材料不同的有机半导体材料形成，并且该有机半导体材料的种类是根据有机半导体层3的形成材料来确定的。

当有机半导体层3包括p型半导体时，保护层11由HOMO能级(最高占据能级)比有机半导体层3的形成材料的HOMO能级更深(更低)的有机半导体材料形成。这就使得保护层11实质上相对于有机半导体层3、源极电极5和漏极电极6起到绝缘层的作用。

例如，当有机半导体层3的形成材料是并五苯时，保护层11的形成材料为蒽。

具体地，并五苯的HOMO能级和LUMO能级分别为-5.1eV和-2.9eV，蒽的HOMO能级和LUMO能级分别为-6.0eV和-2.0eV。因此，蒽的HOMO能级比并五苯的HOMO能级更深(更低)。在此情况下，由于载流子不会注入到具有更低HOMO能级的葸中，因此即便保护层11存在于源极电极5与漏极电极6之间且与有机半导体层3接触，该保护层11也用作绝缘层。

当有机半导体层3包括n型半导体时，保护层11由例如LUMO能级(最低未占据能级)比有机半导体层3的形成材料的LUMO能级更浅(更高)的有机半导体材料形成。这就使得保护层11实质上相对于有机半导体层3、源极电极5和漏极电极6起到绝缘层的作用。

例如，当有机半导体层3的形成材料为[6，6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)时，保护层11的形成材料为二苯萘胺(α-NPD)。

具体地，PCBM的HOMO能级和LUMO能级分别为-6.1eV和-3.7eV，α-NPD的HOMO能级和LUMO能级分别为-5.3eV和-2.3eV。因此，α-NPD的LUMO能级比PCBM的LUMO能级更浅(更高)。在此情况下，由于载流子不会注入到具有更高LUMO能级的α-NPD中，因此即便保护层11存在于源极电极5与漏极电极6之间且与有机半导体层3接触，该保护层11实质上也用作绝缘层。

保护层11的其他结构(例如包括图1和图2中所示区域R的形成区域)与第一实施例中所述的保护层4的那些结构相同。

薄膜晶体管的制造方法

除了形成保护层11来代替保护层4以外，该有机TFT的制造方法与第一实施例中所述的制造方法相同。下面所述的该有机TFT的制造方法仅仅是示例，还可对各构成要素的形成材料、形成方法及厚度进行适当地修改和改变。

保护层11的形成方法可以是例如蒸发沉积方法等真空沉积方法，或者是使用含有预定溶剂的溶液的涂敷方法。

在形成电极层7之前，可以通过真空沉积方法或涂敷方法形成空穴注入层或电子注入层，然后视需要对该层进行烧制。当需要对该空穴注入层等进行图形化时，该层可与电极层7一起被蚀刻，或者该层可被单独蚀刻。该空穴注入层等的蚀刻方法包括例如灰化方法或RIE方法。

具体地，当有机半导体层3包括p型半导体时，可在有机半导体层3与源极电极5及漏极电极6之间形成空穴注入层。该空穴注入层的HOMO能级优选介于有机半导体层3的HOMO能级与源极电极5及漏极电极6的功函数之间。该空穴注入层的形成材料包括：例如二苯萘胺(α-NPD)、7，7，8，8-四氰基对醌二甲烷(TCNQ)、铜酞菁、聚乙烯二氧基噻吩(PEDOT)-聚苯乙烯磺酸酯(PSS)、或者碳纳米管(CNT)。

当有机半导体层3包括n型半导体时，可在有机半导体层3与源极电极5及漏极电极6之间形成电子注入层。该电子注入层的LUMO能级优选介于有机半导体层3的LUMO能级与源极电极5或漏极电极6的功函数之间。该电子注入层的形成材料包括例如富勒烯(C₆₀)或CNT。

薄膜晶体管的作用和效果

根据本实施例的有机TFT，在有机半导体层3上形成有实质上作为绝缘层的保护层11，并且该保护层11至少设置在源极电极5与漏极电极6之间的区域R中。因此，按照与第一实施例中相同的作用，在制造过程中不会使有机半导体层3的电特性劣化，从而能够稳定地得到良好的性能。其他效果与第一实施例中的效果相同。

虽然这里没有具体图示，但参照图7和图11所说明的第一实施例的变形例也同样适用于本实施例的有机TFT。即便在此情况下，也可得到同样的效果。

2.薄膜晶体管的应用例(电子装置)

下面，将说明薄膜晶体管(有机TFT)的应用例。有机TFT例如可应用于下面依次说明的几种电子装置。下述的装置结构和电路结构仅仅是示例，因此可进行适当地修改和改变。

2-1.液晶显示装置

有机TFT应用于例如液晶显示装置。图15和图16分别示出了液晶显示装置的主要部分的截面结构和电路结构。

这里所述的液晶显示装置例如是使用了有机TFT的有源矩阵透射型液晶显示器，其中各有机TFT被用作切换用(像素选择)元件。如图15所示，该液晶显示装置包括密封在驱动基板20与对置基板30之间的液晶层41。

驱动基板20例如被制成为这样：在支撑基板21的表面上依次形成有有机TFT22、平坦化绝缘层23和像素电极24，并且各有机TFT22和各像素电极24分别以矩阵形式布置着。

支撑基板21例如由诸如玻璃或塑料材料等透光性材料形成，并且各有机TFT22具有与前述有机TFT相同的结构。上述塑料材料的种类例如与对有机TFT的说明中的种类相同。平坦化绝缘层23例如由诸如聚酰亚胺等绝缘树脂材料形成，并且像素电极24例如由诸如ITO等透光性导电材料形成。像素电极24通过设在平坦化绝缘层23中的接触孔(未图示)而与有机TFT22连接。

例如，对置基板30包括形成在支撑基板31表面的整个区域上的对置电极32。支撑基板31例如由诸如玻璃或塑料材料等透光性材料形成，并且对置电极32例如由诸如ITO等透光性导电材料形成。

液晶层41被夹在驱动基板20与对置基板30之间，且像素电极24与对置电极32相对着，并且通过密封件40使驱动基板20和对置基板30相互贴合在一起。液晶层41中的液晶分子的种类可任意选择。

另外，该液晶显示装置可具有诸如位相差板、偏光板、取向膜和背光单元等其他构成要素(均未图示)。

如图16所示，用于驱动该液晶显示装置的电路包括例如有机TFT22、液晶显示元件44(这些元件是包括像素电极24、对置电极32和液晶层41的元件部)和电容45。在该电路中，在列方向上布置有多条信号线42，且在行方向上布置有多条扫描线43，并且有机TFT22、液晶显示元件44和电容45被布置在对应于信号线42与扫描线43的每个交叉点的位置处。有机TFT22中的源极电极、栅极电极和漏极电极不限于如图16所示这种情况下与各对象的连接，而可以以任意改动的方式与其他对象连接。信号线42和扫描线43分别连接至未图示的信号线驱动电路(数据驱动器)和未图示的扫描线驱动电路(扫描驱动器)。

在该液晶显示装置中，由有机TFT22来选择液晶显示元件44，且由此向该液晶显示元件44的像素电极24与对置电极32之间施加电场，并且液晶层41中液晶分子的取向状态根据该电场的强度而变化。因此，根据液晶分子的取向状态来控制透光量(透过率)，从而致使灰度图像显示。

根据该液晶显示装置，因为有机TFT22具有与前述有机TFT相同的结构，所以在制造过程中能够保持有机TFT22的电特性。因此，能稳定地得到良好的显示性能。

该液晶显示装置不仅可以是透射型的也可以是反射型的。

2-2.有机EL显示装置

有机TFT例如应用于有机EL显示装置。图17和图18分别示出了有机EL显示装置的主要部分的截面结构和电路结构。

这里所述的有机EL显示装置例如是使用有机TFT作为开关元件的有源矩阵型有机EL显示器。如图17所示，在该有机EL显示装置中，驱动基板50和对置基板60通过二者之间的粘结层70而相互贴合，该有机EL显示装置例如是使光穿过对置基板60而出射的顶出射型有机EL显示装置。

驱动基板50例如被制成为这样：在支撑基板51的表面上依次形成有有机TFT52(52A和52B)、保护层53、平坦化绝缘层54、像素分离用绝缘层55、像素电极56、有机层57、对置电极58和保护层59。各有机TFT52、各像素电极56和各有机层57分别以矩阵形式布置着。这里，例如在每一个像素中包含有两个有机TFT52(选择TFT52A和驱动TFT52B)。

支撑基板51例如由玻璃或塑料材料形成。对于顶出射型，由于是通过对置基板60而让光出射，因此支撑基板51可由透光性材料或者非透光性材料形成。有机TFT52具有与前述有机TFT相同的结构，并且保护层53例如由诸如聚乙烯醇(PVA)或聚对二甲苯等聚合物材料形成。平坦化绝缘层54和像素分离用绝缘层55例如由聚酰亚胺等绝缘树脂材料形成。

像素电极56由例如铝、银、钛或铬等反射性材料形成，而对置电极58由例如ITO或IZO等透光性导电材料形成。然而，对置电极58也可由诸如钙(Ca)等透光性金属材料或该金属的合金形成，或者由诸如PEDOT等透光性有机导电材料形成。有机层57包括产生红色、绿色或蓝色光的发光层，视需要也可具有包括空穴输运层和电子输运层的多层结构。该发光层的形成材料可根据所产生光的颜色而任意选择。像素电极56和有机层57分别以被像素分离用绝缘层55分隔开的方式而按矩阵形式布置着，对置电极58与像素电极56相对地连续延伸且有机层57介于对置电极58与像素电极56之间。保护层59由例如氮化硅(SiN)等透光性介电材料形成。像素电极56通过设置在保护层53和平坦化绝缘层54中的接触孔(未图示)与有机TFT52连接。

例如，对置基板60包括设置在支撑基板61表面上的滤色器62。支撑基板61由例如玻璃或塑料材料等透光性材料形成，并且滤色器62具有与通过有机层57产生的光的颜色相对应的多个颜色区域。然而，可以省略滤色器62。

粘结层70包括例如热硬化树脂等粘合剂。

如图18所示，用于驱动该有机EL显示装置的电路包括例如有机TFT52(选择TFT52A和驱动TFT52B)、有机EL显示元件73(这些元件是包括像素电极56、有机层57和对置电极58的元件部)和电容74。在该电路中，有机TFT52、有机EL显示元件73和电容74都布置在对应于多条信号线71与多条扫描线72间的每个交叉点的位置处。选择TFT52A或驱动TFT52B的源极电极、栅极电极和漏极电极不限于如图18所示这种情况下与各对象的连接，而可以以任意改动的方式与其他对象连接。

在该有机EL显示装置中，例如通过选择TFT52A来选择有机EL显示元件73，并通过驱动TFT52B来驱动该有机EL显示元件73。因此向像素电极56与对置电极58之间施加电场，从而使有机层57产生光。这里，例如，彼此相邻的三个有机EL显示元件73分别产生红光、绿光和蓝光。这三种颜色光合成后穿过对置基板60而出射至外部，由此致使灰度图像显示。

根据该有机EL显示装置，因为有机TFT52具有与前述有机TFT相同的结构，所以在该有机EL显示装置中能稳定地得到良好的显示性能。

该有机EL显示装置不仅可以是顶出射型也可以是让光穿过驱动基板50而出射的底出射型，或者可以是让光既穿过驱动基板50而出射又穿过对置基板60而出射的双出射型。在每种情况下，像素电极56和对置电极58中的位于出射侧的那一个电极由透光性材料形成，而位于非出射侧的另一个电极由反射性材料形成。

2-3.电子纸显示装置

有机TFT例如应用于电子纸显示装置。图19示出了电子纸显示装置的截面结构。

这里所述的电子纸显示装置例如是使用有机TFT作为开关元件的有源矩阵型电子纸显示器。该电子纸显示装置例如被制成为这样：驱动基板80和包括多个电泳元件93的对置基板90通过粘结层100而相互贴合，该粘结层100设置在驱动基板80与对置基板90之间。

驱动基板80例如被制成为这样：在支撑基板81的表面上依次形成有有机TFT82、保护层83、平坦化绝缘层84和像素电极85，并且各有机TFT82和各像素电极85分别以矩阵形式布置着。支撑基板81由例如玻璃或塑料材料形成，并且有机TFT82具有与前述有机TFT相同的结构。保护层83和平坦化绝缘层84由例如聚酰亚胺等绝缘树脂材料形成，并且像素电极85由例如银(Ag)等金属材料形成。像素电极85通过设在保护层83和平坦化绝缘层84中的接触孔(未图示)与有机TFT82连接。

对置基板90例如被制成为这样：在支撑基板91的表面上依次形成有对置电极92和包括多个电泳元件93的层，并且对置电极92形成在该支撑基板91表面的整个区域上。支撑基板91由例如玻璃或塑料材料等透光性材料形成，并且对置电极92由例如ITO等透光性导电材料形成。电泳元件93包括例如封在微囊体中且散布于绝缘性液体中的荷电粒子。荷电粒子例如包括诸如石墨粒子等黑粒子以及诸如氧化钛粒子等白粒子。

另外，该电子纸显示装置可包括诸如滤色器等其他构成要素(未图示)。

用于驱动该电子纸显示装置的电路具有例如与图16所示的液晶显示装置的电路相同的结构。该电子纸显示装置的电路包括代替有机TFT22的有机TFT82和代替液晶显示元件44的电子纸显示元件(这些元件是包括像素电极85、对置电极92和电泳元件93的元件部)。

在该电子纸显示装置中，通过有机TFT82来选择电子纸显示元件，且由此向该电子纸显示元件的像素电极85与对置电极92之间施加电场，并且根据该电场的强度而将电泳元件93中的黑粒子或白粒子吸引至对置电极92。这导致了由黑粒子和白粒子表现出的对比度，由此致使灰度图像显示。

根据该电子纸显示装置，由于有机TFT82具有与前述有机TFT相同的结构，因而在该电子纸显示装置中能够稳定地得到良好的显示性能。

虽然根据上文的一些实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于各实施例中所说明的这些方面，并且可以进行各种变形和改变。例如，本发明的薄膜晶体管不仅可以是顶接触式/底栅型薄膜晶体管还可以是顶接触式/顶栅型薄膜晶体管。以图1作为示例进行说明，在顶接触式/顶栅型中，在保护层4以及源极电极5和漏极电极6上依次形成有栅极绝缘层2和栅极电极1。另外，例如，使用本发明薄膜晶体管的电子装置可包括除了上述显示装置(包括液晶显示装置)之外的其他显示装置，或者可包括除了显示装置之外的其他电子装置。即使在这些情况下，也能稳定地得到良好的性能。

本领域的技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (5)

1.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：

有机半导体层；以及

保护层及源极电极和漏极电极，所述保护层及所述源极电极和所述漏极电极形成在所述有机半导体层上，

其中，所述保护层至少设置在所述源极电极与所述漏极电极之间的区域中，

其中，所述有机半导体层包括p型半导体，且所述保护层由HOMO能级比所述有机半导体层的HOMO能级低的有机半导体材料形成，或者所述有机半导体层包括n型半导体，且所述保护层由LUMO能级比所述有机半导体层的LUMO能级高的有机半导体材料形成。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述保护层由有机绝缘材料或无机绝缘材料形成。

3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述保护层能够溶解在不能溶解所述有机半导体层的溶剂中。

4.如权利要求1至3任一项所述的薄膜晶体管，其中，所述有机半导体层的不与所述保护层相邻接的部分的厚度小于所述有机半导体层的与所述保护层相邻接的部分的厚度。

5.一种电子装置，所述电子装置包括如权利要求1至4任一项所述的薄膜晶体管。