JP5328122B2

JP5328122B2 - 有機薄膜トランジスタ

Info

Publication number: JP5328122B2
Application number: JP2007214078A
Authority: JP
Inventors: 優奥山; 良彰奥; 規之下地
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2007-08-20
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2027-08-20
Also published as: KR101035763B1; US7923721B2; KR20090019715A; JP2009049204A; US20090050882A1

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタに関し、特に電磁的に保護され、特性が安定し、集積化に適した有機薄膜トランジスタに関する。

有機半導体を用いた回路素子において、長期間安定して有機半導体の特性を維持し、また外部からの種々の応力および衝撃などに対しても耐久性が高い、信頼性に優れた回路素子が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に係る回路素子においては、有機半導体を含む回路部を基板上に形成してなる回路素子であって、当該回路部を所定空間をもって、囲む封止缶を有することを特徴とする。

一方、大気中の水蒸気の存在に起因して特性が変化若しくは劣化することを抑制し得る構造を有する電界効果トランジスタが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に開示された電界効果トランジスタは、基体上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたソース／ドレイン電極と、および、ソース／ドレイン電極間であってゲート絶縁膜上に形成された有機半導体材料層からなるチャネル形成領域とを備える。少なくともチャネル形成領域の上には保護層が形成され、この保護層は、少なくとも、吸湿性を有する層と、耐湿性を有する層の積層構造を有する。

従来の有機トランジスタの構造は、図１１に示すように、基板１０上に配置されたゲート電極１２と、ゲート電極１２上に配置されたゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上に配置された有機半導体層２０と、ゲート絶縁膜１４と有機半導体層２０との間に配置されたソース電極１６およびドレイン電極１８を備える。従来の有機トランジスタの製造においては、図１１に示すように、ゲート電極１２を下部に設け、その上にゲート絶縁膜１４、続いて有機半導体層２０を成膜する。図１１に示す従来の有機トランジスタの構造では、有機半導体層２０が大気に対して露出された状態となる。

有機半導体材料は空気中の酸素、水分などによって移動度の変化や、その他の諸特性の劣化などが起こることから、上述のように、有機半導体層２０の上部に保護膜を形成し（例えば、特許文献２参照。）、或いは、ガラスや金属からなる封止管を使用するなどして大気と遮断することが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

また、上述の有機半導体層２０の上部に有機絶縁層と金属層の積層構造を設け、有機トランジスタの封止膜として用いる方法が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

さらには、上述の有機半導体層２０の上部に絶縁層、および金属層を設け、この金属層を第２のゲート電極として用いる構造が知られている（例えば、非特許文献２参照。）。
特開２００５−２７７０６５号公報（第３−７頁、第２図−第３図）特開２００５−１９１０７７号公報（第１０−１１頁、第３図）電子情報通信学会技術研究報告、ＯＭＥ２００６−１２０、Ｖｏｌ.１０６、Ｎｏ.４３９、ｐｐ.６５−６８電子情報通信学会技術研究報告、ＯＭＥ２００６−５６、Ｖｏｌ.１０６、Ｎｏ.１８３、ｐｐ.３３−３５

しかし、前述の特許文献１，２の手法では電磁的な保護という観点で問題があった。すなわち、有機トランジスタ技術が進み、集積化が実施されるようになると、近接する素子から発生される電界や磁界によってキャリアが誘起されるなどトランジスタの誤動作が起こり得る。

金属製の封止管では外部からの電磁的保護は可能だが、装置内部の素子からの電磁的保護は不可能である。

非特許文献１においては、大気中の酸素・水分からの保護のみならず外部からの電磁的保護がなされる。しかし、１層目の金属層は絶縁層・有機半導体層を挟んでソース電極およびドレイン電極と対向しているため、寄生のキャパシタンスが存在することになる。金属層に対し電気的接続をとり、直接電位を与えない場合、ソース電極のみならずドレイン電極の電位変化によって、金属層の電位は不安定に変動してしまう。絶縁層を介して隣接する金属層は、ゲート電極として作用し得るため、金属層の電位が不安定であれば、トランジスタのＯＦＦ時に意図しない電流が発生する要因となる。すなわち、リーク電流の増大、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下などを引き起こす。

非特許文献２においては、金属層を第２のゲート電極として電気的接続をとり、直接電位を与えて使用するため、前述の限りではない。しかし、この場合、第２のゲート電極に対し、配線やコンタクトを別に設けなければならない。形成する回路によっては、第２のゲート電極は、下層のゲート電極やその他の電極と接続する必要があるということが容易に予想されるが、その際にはコンタクト形成のための領域を確保しなければならず、集積化が困難になる。

本発明の目的は、酸素や水分から保護され、電磁的に保護されて特性が安定化し、集積化に適した有機薄膜トランジスタを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、基板と、前記基板上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、前記有機半導体層上に、前記有機半導体層に直に接するように配置された電荷輸送層と、前記電荷輸送層上に、前記電荷輸送層に直に接するように、且つ前記有機半導体層の上部を被覆するように配置された導電体層とを備える有機薄膜トランジスタが提供される。

本発明によれば、酸素や水分から保護され、電磁的に保護されて特性が安定化し、集積化に適した有機薄膜トランジスタを提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的断面構造を示す。

本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタは、図１に示すように、基板１０と、基板１０上に配置されたゲート電極１２と、ゲート電極１２上に配置されたゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上に配置されたソース電極１６およびドレイン電極１８と、ソース電極１６とドレイン電極１８間であって、ゲート絶縁膜１４上に配置されたｐ型有機半導体層２８と、ｐ型有機半導体層２８上に配置された正孔輸送層２２と、正孔輸送層２２上に配置された電子輸送層２４と、電子輸送層２４上に配置された導電体層２６とを備える。

また、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタは、ｐ型有機半導体層２８のＨＯＭＯ(Highest Occupied Molecular Orbital)のエネルギー準位の絶対値が導電体層２６の仕事関数の絶対値よりも大きいことを特徴とする。

ここで、ＨＯＭＯのエネルギー準位とは、有機分子の基底状態を表す。また、後述するＬＵＭＯ(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)のエネルギー準位とは、有機分子の励起状態を表す。ここで、ＬＵＭＯ準位は最低励起一重項準位（Ｓ₁）に対応する。さらに電子や正孔が有機物に注入され、ラジカルアニオン（Ｍ^-）,ラジカルカチオン（Ｍ⁺）が形成された場合の正孔および電子の準位は、励起子結合エネルギーが存在しない分、ＨＯＭＯ準位,ＬＵＭＯ準位の外側の位置に電子伝導準位、正孔伝導準位が位置することになる。

本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの構造において、各電極、各層はそれぞれスパッタ、蒸着、塗布などにより成膜される。

本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタは、図１に示すように、有機半導体層２０の上部に導電体の導電体層２６を備え、ｐ型有機半導体層２８と導電体層２６の間に電子輸送層２４と正孔輸送層２２で構成されるｐｎダイオードが形成されている。

上記ｐｎダイオードによって、ソース電極１６とドレイン電極１８間の短絡を防止している。すなわち、上記ｐｎダイオードによって、キャリアの逆流を防ぐことができ、導電体層２６を介してソース・ドレイン間が短絡することは原理的に発生しない。

ｐ型トランジスタとして、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加する場合、導電体層２６とドレイン電極１８間は、電界の向きがｐｎ接合の逆方向バイアスにあたるため、導電体層２６を介してソース電極１６とドレイン電極１８間が短絡することはない。

同様に、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加した場合、導電体層２６とソース電極１６間は、ｐｎ接合の順方向バイアスにあたるため、導電体層２６はソース電極（基準電位）からｐｎ接合の順方向電圧降下（Ｖｆ）分の電位差をもって安定する。また、ｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８内部の電位は、導電体層２６の電磁シールド効果によって安定化する。

基板１０は、例えば、厚さ約３０μｍ〜１ｍｍ程度のガラス基板,ステンレス基板,サファイア基板,シリコン基板などの無機材料基板、或いは、ポリイミド（ＰＩ）,ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ),ポリエチレンナフタレート(ＰＥＮ),ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）などの有機材料基板、或いはプラスチック基板などが用いられる。

ゲート電極１２は、例えばＭｇＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属、或いは、例えばＩＴＯ、ＩＺＯなどの無機導電体材料、或いは、例えば、ＰＥＤＯＴなどの有機導電体材料で形成される。ここで、ＰＥＤＯＴとは、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳであり、ポリ−（３,４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリスチレンスルフォネート（Poly-(3,4-ethylenedioxy-thiophene):poly-styrenesulfonate）と呼ばれる材料であり、後述する図１０（ａ）に示すような分子構造を有する。

ゲート絶縁膜１４は、例えば、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅などの無機絶縁体材料、或いは、ポリイミド（ＰＩ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの有機絶縁体材料で形成される。

ソース電極１６およびドレイン電極１８には、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属、或いはＰｔ，Ｔａなどの仕事関数の高い金属、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの無機導電体材料、ＰＥＤＯＴなどの有機導電体材料が用いられ、ｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８へのキャリア注入に適した材料を使用する。

ｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８は、例えば、ペンタセン、ポリ−３−ヘキシルチオフェン(Ｐ３ＨＴ)、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの有機半導体材料で形成される。

ペンタセンは、後述する図３（ｂ）に示すような分子構造を有する。ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）は、後述する図５（ｄ）に示すような分子構造を有する。銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）は、後述する図３（ｃ）に示すような分子構造を有する。

或いはまた、ｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８は、例えば、ａ−Ｓｉ，ポリシリコンなどの無機半導体材料などで置換形成することもできる。

正孔輸送層２２は、α−ＮＰＤであり、４,４−ビスＮ−（１−ナフチル−１−）[Ｎ−フェニル−アミノ]−ビフェニル（4,4-bis[N-(1-naphtyl-1-)N-phenyl-amino]-biphenyl）と呼ばれ、後述する図３（ｄ）に示すような分子構造を有する。

電子輸送層２４は、例えばＡｌｑ３などで形成することができる。ここで、Ａｌｑ３は、アルミニウム８−ヒドロキシキノリネート（Aluminum 8-hydroxyquinolinate）或いは、トリ８−キノリノラトアルミニウムと呼ばれる材料であり、後述する図１０（ａ）に示すような分子構造を有する。

導電体層２６は、例えば、ＭｇＡｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属材料、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの無機導電体材料、ＰＥＤＯＴなどの有機導電体材料で形成することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの構造においては、導電体層２６がｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８の上部を被覆しているので、電磁ノイズシールドとして作用することができる。また、上部の導電体層２６は、酸素や水分からの保護膜としても作用する。また、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの構造においては、ｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８の電位が、導電体層２６によって安定化されている。

また、ソース電極１６と導電体層２６の間は、コンタクトや配線などを追加すること無しに電気的接続がなされているため、集積化に適している。

（ｐ型有機半導体材料）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタのｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８に適用可能なｐ型有機半導体材料の分子構造例であって、図３（ａ）は、アセン系材料としてのテトラセンの分子構造例、図３（ｂ）は、アセン系材料としてのペンタセンの分子構造例、図３（ｃ）は、フタロシアニン系材料としての銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）の分子構造例、図３（ｄ）は、フタロシアニン系材料としてのα―ＮＰＤの分子構造例、図３（ｅ）は、Ｐ−６Ｐの分子構造例、図３（ｆ）は、ＤＢＴＢＴの分子構造例、図３（ｇ）は、ＢＶ２ＴＶＢの分子構造例、図３（ｈ）は、ＢＰ２Ｔの分子構造例、図３（ｉ）は、ＤＨＡＤＴの分子構造例をそれぞれ示す。

（高分子系半導体材料）
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタのｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８に適用可能な高分子系半導体材料の分子構造例であって、図５（ａ）は、ポリチオフェン（ＰＴ）の分子構造例、図５（ｂ）は、ポリアセチレン（ＰＡ）の分子構造例、図５（ｃ）は、ポリチエニレンビニレン（ＰＴＶ）の分子構造例、図５（ｄ）は、ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）の分子構造例、図５（ｅ）は、９,９−ジオクチルフルオレン−ビチオフェン共重合体（Ｆ８Ｔ２）の分子構造例をそれぞれ示す。

（電極材料）
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタのソース電極１６,ドレイン電極１８或いはゲート電極１２に適用可能な有機電極材料の分子構造例であって、図６（ａ）は、ポリ３,４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）：ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）の分子構造例、図６（ｂ）は、ＰＶＰＴＡ２：ＴＢＰＡＨの分子構造例、図６（ｃ）は、Ｅｔ−ＰＴＰＤＥＫ：ＴＢＰＡＨの分子構造例をそれぞれ示す。

（正孔輸送層を形成する正孔輸送材料）
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの正孔輸送層２２を形成する正孔輸送材料の分子構造例であって、図７（ａ）は、ＴＰＤの分子構造例、図７（ｂ）は、spiro-ＴＡＤの分子構造例、図７（ｃ）は、spiro-ＮＰＤの分子構造例、図７（ｄ）は、oxidized-ＴＰＤの分子構造例をそれぞれ示す。

また、図８は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの正孔輸送層２２を形成する別の正孔輸送材料の分子構造例であって、図８（ａ）は、ＴＤＡＰＢの分子構造例、図８（ｂ）は、ＭＴＤＡＴＡの分子構造例をそれぞれ示す。

（電子輸送層を形成する電子輸送材料）
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの電子輸送層２４を形成する電子輸送材料の分子構造例であって、図９（ａ）は、オキサジアゾール誘導体（t-butyl-ＰＢＤ）の分子構造例、図９（ｂ）は、トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）の分子構造例、図９（ｃ）は、シロール誘導体の分子構造例、図９（ｄ）は、ホウ素置換型トリアリール系化合物の分子構造例、図９（ｅ）は、フェニルキノキサリン誘導体の分子構造例をそれぞれ示す。

また、図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの電子輸送層２４を形成する別の電子輸送材料の分子構造例であって、図１０（ａ）は、Ａｌｑ３の分子構造例、図１０（ｂ）は、フェナンスロリン誘導体（ＢＣＰ：Bathocuproine）の分子構造例、図１０（ｃ）は、オキサジアゾール二量体の分子構造例、図１０（ｄ）は、スターバーストオキサジアゾールの分子構造例をそれぞれ示す。

本発明の第１の実施の形態によれば、酸素や水分から保護され、電磁的に保護されて特性が安定化し、集積化に適した有機薄膜トランジスタを提供することができる。

[第２の実施の形態]
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的断面構造を示す。

本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタは、図２に示すように、基板１０と、基板１０上に配置されたゲート電極１２と、ゲート電極１２上に配置されたゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上に配置されたソース電極１６およびドレイン電極１８と、ソース電極１６とドレイン電極１８間であって、ゲート絶縁膜１４上に配置されたｎ型有機半導体層３０と、ｎ型有機半導体層３０上に配置された電子輸送層２４と、電子輸送層２４上に配置された正孔輸送層２２と、正孔輸送層２２上に配置された導電体層２６とを備える。

また、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタは、ｎ型有機半導体層３０のＬＵＭＯのエネルギー準位の絶対値が導電体層２６の仕事関数の絶対値よりも小さいことを特徴とする。ここで、ＬＵＭＯのエネルギー準位とは、前述の通り有機分子の励起状態を表す。ここで前述の通り、ＬＵＭＯ準位は最低励起一重項準位（Ｓ₁）に対応する。さらに電子や正孔が有機物に注入され、ラジカルアニオン（Ｍ^-）,ラジカルカチオン（Ｍ⁺）が形成された場合の正孔および電子の準位は、励起子結合エネルギーが存在しない分、ＨＯＭＯ準位,ＬＵＭＯ準位の外側の位置に電子伝導準位、正孔伝導準位が位置することになる。

導電体層２６は、例えば、ＡｌもしくはＰｔ、Ａｕ、Ｔａなどを含むことを特徴とする。

導電体層２６は、ＰＥＤＯＴなどの有機導電体で形成されていても良い。

或いはまた、導電体層２６は、ＩＴＯ無機導電体で形成されていても良い。

本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの構造において、各電極、各層はそれぞれスパッタ、蒸着、塗布などにより成膜される。

本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタは、図２に示すように、ｎ型有機半導体層３０の上部に導電体の導電体層２６を備え、ｎ型有機半導体層３０と導電体層２６の間に電子輸送層２４と正孔輸送層２２で構成されるｐｎダイオードが形成されている。

上記ｐｎダイオードによって、ソース電極１６とドレイン電極１８間の短絡を防止している。すなわち、上記ｐｎダイオードによって、キャリアの逆流を防ぐことができ、導電体層２６を介してソース・ドレイン間が短絡するのを防ぐことができる。

導電体層２６とドレイン電極１８間若しくは導電体層２６とソース電極１６間のいずれか一方は、ｎ型トランジスタとして、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加時、電界の向きがｐｎ接合の逆方向バイアスにあたるため、導電体層２６を介してソース電極１６とドレイン電極１８間が短絡することはない。

また、ｎ型有機半導体層（トランジスタ活性層）３０の内部の電位は、導電体層２６の電磁シールド効果によって安定化する。

基板１０、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１４、ソース電極１６およびドレイン電極１８、電子輸送層２４、正孔輸送層２２、および導電体層２６の形成材料も、それぞれ第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

（ｎ型有機半導体材料）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタのｎ型有機半導体層（トランジスタ活性層）３０に適用可能なｎ型有機半導体材料の分子構造例であって、図４（ａ）は、テトラデカフルオロペンタセンの分子構造例、図４（ｂ）は、銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ₁₆ＣｕＰｃ）の分子構造例、図４（ｃ）は、ＴＣＮＱの分子構造例、図４（ｄ）は、ＴＣＮＮＱの分子構造例、図４（ｅ）は、ＰＴＣＤＡの分子構造例、図４（ｆ）は、ＮＴＣＤＡの分子構造例、図４（ｇ）は、ＰＴＣＤＩ−Ｃ８の分子構造例をそれぞれ示す。

本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの構造においては、導電体層２６がｎ型有機半導体層（トランジスタ活性層）３０の上部を被覆しているので、電磁ノイズシールドとして作用することができる。また、上部の導電体層２６は、酸素や水分からの保護膜としても作用する。また、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの構造においては、ｎ型有機半導体層（トランジスタ活性層）３０の電位が、導電体層２６によって安定化されている。

本発明の第２の実施の形態によれば、酸素や水分から保護され、電磁的に保護されて特性が安定化し、集積化に適した有機薄膜トランジスタを提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１乃至第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタは、フレキシブルディスプレイを実現するための有機ＥＬディスプレイ、照明機器、有機レーザ、太陽電池、ガスセンサ、味覚センサ,匂いセンサなどのバイオセンサなど幅広い分野において適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的断面構造図。本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的断面構造図。本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタのｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８に適用可能なｐ型有機半導体材料の分子構造例であって、（ａ）アセン系材料としてのテトラセンの分子構造例、（ｂ）アセン系材料としてのペンタセンの分子構造例、（ｃ）フタロシアニン系材料としての銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）の分子構造例、（ｄ）α―ＮＰＤの分子構造例、（ｅ）Ｐ−６Ｐの分子構造例、（ｆ）ＤＢＴＢＴの分子構造例、（ｇ）ＢＶ２ＴＶＢの分子構造例、（ｈ）ＢＰ２Ｔの分子構造例、（ｉ）ＤＨＡＤＴの分子構造例。本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタのｎ型有機半導体層（トランジスタ活性層）３０に適用可能なｎ型有機半導体材料の分子構造例であって、（ａ）テトラデカフルオロペンタセンの分子構造例、（ｂ）銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ₁₆ＣｕＰｃ）の分子構造例、（ｃ）ＴＣＮＱの分子構造例、（ｄ）ＴＣＮＮＱの分子構造例、（ｅ）ＰＴＣＤＡの分子構造例、（ｆ）ＮＴＣＤＡの分子構造例、（ｇ）ＰＴＣＤＩ−Ｃ８の分子構造例。本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタのｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）２８に適用可能な高分子系半導体材料の分子構造例であって、（ａ）ポリチオフェン（ＰＴ）の分子構造例、（ｂ）ポリアセチレン（ＰＡ）の分子構造例、（ｃ）ポリチエニレンビニレン（ＰＴＶ）の分子構造例、（ｄ）ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）の分子構造例、（ｅ）９,９−ジオクチルフルオレン−ビチオフェン共重合体（Ｆ８Ｔ２）の分子構造例。本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタのソース電極１６、ドレイン電極１８およびゲート電極１２に適用可能な電極材料の分子構造例であって、（ａ）ポリ３,４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）：ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）の分子構造例、（ｂ）ＰＶＰＴＡ２：ＴＢＰＡＨの分子構造例、（ｃ）Ｅｔ−ＰＴＰＤＥＫ：ＴＢＰＡＨの分子構造例。本発明の第１乃至第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの正孔輸送層２２を形成する正孔輸送材料の分子構造例であって、（ａ）ＴＰＤの分子構造例、（ｂ）spiro-ＴＡＤの分子構造例、（ｃ）spiro-ＮＰＤの分子構造例、（ｄ）oxidized-ＴＰＤの分子構造例。本発明の第１乃至第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの正孔輸送層２２を形成するさらに別の正孔輸送材料の分子構造例であって、（ａ）ＴＤＡＰＢの分子構造例、（ｂ）ＭＴＤＡＴＡの分子構造例。本発明の第１乃至第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの電子輸送層２４を形成する電子輸送材料の分子構造例であって、（ａ）t-butyl-ＰＢＤの分子構造例、（ｂ）ＴＡＺの分子構造例、（ｃ）シロール誘導体の分子構造例、（ｄ）ホウ素置換型トリアリール系化合物の分子構造例、（ｅ）フェニルキノキサリン誘導体の分子構造例。本発明の第１乃至第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの電子輸送層２４を形成する別の電子輸送材料の分子構造例であって、（ａ）Ａｌｑ３の分子構造例、（ｂ）ＢＣＰの分子構造例、（ｃ）オキサジアゾール二量体の分子構造例、（ｄ）スターバーストオキサジアゾールの分子構造例。従来の有機薄膜トランジスタの模式的断面構造図。

符号の説明

１０…基板
１２…ゲート電極
１４…ゲート絶縁膜
１６…ソース電極
１８…ドレイン電極
２０…有機半導体層（トランジスタ活性層）
２２…正孔輸送層
２４…電子輸送層
２６…導電体層
２８…ｐ型有機半導体層（トランジスタ活性層）
３０…ｎ型有機半導体層（トランジスタ活性層）
３２…絶縁層

Claims

基板と、
前記基板上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に、前記有機半導体層に直に接するように配置された電荷輸送層と、
前記電荷輸送層上に、前記電荷輸送層に直に接するように、且つ前記有機半導体層の上部を被覆するように配置された導電体層と
を備えることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層がｐ型であり、前記ｐ型有機半導体層のＨＯＭＯのエネルギー準位の絶対値が前記導電体層の仕事関数の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層がｎ型であり、前記ｎ型有機半導体層のＬＵＭＯのエネルギー準位の絶対値が前記導電体層の仕事関数の絶対値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層が材料の異なる２層以上の積層構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層がｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の積層構造であることを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記電荷輸送層が２つ以上の異なる材料による積層構造であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記電荷輸送層が正孔輸送層と電子輸送層とを含むことを特徴とする請求項６に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層がｐ型であり、前記ｐ型有機半導体層上に配置された正孔輸送層と、
前記正孔輸送層上に配置された電子輸送層と、
前記電子輸送層上に配置された導電体層と
を備えることを特徴とする請求項７に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層がｎ型であり、前記ｎ型有機半導体層上に配置された電子輸送層と、
前記電子輸送層上に配置された正孔輸送層と、
前記正孔輸送層上に配置された導電体層と
を備えることを特徴とする請求項７に記載の有機薄膜トランジスタ。