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JP2006108400A - Semiconductor device - Google Patents

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Publication number
JP2006108400A
JP2006108400A JP2004293267A JP2004293267A JP2006108400A JP 2006108400 A JP2006108400 A JP 2006108400A JP 2004293267 A JP2004293267 A JP 2004293267A JP 2004293267 A JP2004293267 A JP 2004293267A JP 2006108400 A JP2006108400 A JP 2006108400A
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JP
Japan
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group
organic
molecule
semiconductor device
functional group
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004293267A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroteru Ishioka
裕輝 石岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a configuration in which a particulate and an organic semiconductor molecule for constituting a conductive path can join certainly and firmly. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes the particulate 21 which is a conductor or a semiconductor and made of an organic material and a conductive path 20 configured by an organic semiconductor molecule 22 is formed on the substrate 13. The functional group provided in the organic molecule for constituting the organic material and the functional group provided in the organic semiconductor molecule are joined. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

現在、多くの電子機器に用いられている薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,TFT)を含む電界効果型トランジスタ(FET)は、例えば、シリコン半導体基板あるいはシリコン半導体層に形成されたチャネル形成領域及びソース/ドレイン領域、シリコン半導体基板表面あるいはシリコン半導体層表面に形成されたSiO2から成るゲート絶縁層、並びに、ゲート絶縁層を介してチャネル形成領域に対向して設けられたゲート電極から構成されている。あるいは又、支持体上に形成されたゲート電極、ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層、並びに、ゲート絶縁層上に形成されたチャネル形成領域及びソース/ドレイン電極から構成されている。そして、これらの構造を有する電界効果型トランジスタの作製には、非常に高価な半導体製造装置が使用されており、製造コストの低減が強く要望されている。 Field effect transistors (FETs) including thin film transistors (TFTs) currently used in many electronic devices are, for example, channel formation regions and source / drains formed in a silicon semiconductor substrate or silicon semiconductor layer. A gate insulating layer made of SiO 2 formed on the region, the surface of the silicon semiconductor substrate or the surface of the silicon semiconductor layer, and a gate electrode provided facing the channel formation region via the gate insulating layer. Alternatively, it includes a gate electrode formed on the support, a gate electrode and a gate insulating layer formed on the support, and a channel formation region and source / drain electrodes formed on the gate insulating layer. . For manufacturing field effect transistors having these structures, very expensive semiconductor manufacturing apparatuses are used, and reduction of manufacturing costs is strongly demanded.

そこで、近年、スピンコート法、印刷法、スプレー法に例示される真空技術を用いない方法に基づき製造が可能な、有機半導体材料を用いたFETの研究、開発に注目が集まっている。   Thus, in recent years, attention has been focused on the research and development of FETs using organic semiconductor materials that can be manufactured based on methods that do not use vacuum technology exemplified by spin coating, printing, and spraying.

ところで、ディスプレイ装置をはじめとして、多くの電子機器に組み込まれることが要求されるが故に、FETには高速動作が要求される。例えば、映像信号を随時必要なデータに変換し、更に、オン/オフのスイッチング動作を高速で行うことができるFETが必要とされる。   By the way, since it is required to be incorporated into many electronic devices including a display device, the FET is required to operate at high speed. For example, there is a need for an FET that can convert a video signal into necessary data at any time and can perform an on / off switching operation at high speed.

然るに、有機半導体材料から成るチャネル形成領域を備えたTFT(以下、有機TFTと呼ぶ場合がある)の特性指標である移動度は、典型的な値として10-3〜1cm2/Vsが得られているに過ぎない(例えば、C. D. Dimitrakopoulos, et al., Adv. Mater. (2002), 14, 99 参照)。この値は、アモルファスシリコンの移動度である数cm2/Vsやポリシリコンの移動度であるおおよそ100cm2/Vsに比べて低く、ディスプレイ装置用TFTで要求される移動度1〜3cm2/Vsに達していない。従って、有機FETにおいては、移動度の改善が大きな課題となっている。 However, the mobility, which is a characteristic index of a TFT having a channel formation region made of an organic semiconductor material (hereinafter sometimes referred to as an organic TFT), is typically 10 −3 to 1 cm 2 / Vs. (See, for example, CD Dimitrakopoulos, et al., Adv. Mater. (2002), 14, 99). This value is lower than several cm 2 / Vs, which is the mobility of amorphous silicon, and approximately 100 cm 2 / Vs, which is the mobility of polysilicon, and is 1 to 3 cm 2 / Vs required for TFTs for display devices. Not reached. Therefore, in organic FETs, improvement of mobility is a major issue.

有機FETにおける移動度は、分子内の電荷移動及び分子間の電荷移動によって決定される。分子内の電荷移動は、単結合を挟んで隣接する多重結合の間で原子軌道が重なり合い、電子が非局在化して共役系を形成することによって可能となる。分子間の電荷の移動は、分子間の結合、ファン・デル・ワールス力による分子軌道の重なりによる伝導、あるいは又、分子間のトラップ準位を介してのホッピング伝導によって行われる。   Mobility in organic FETs is determined by intramolecular charge transfer and intermolecular charge transfer. Intramolecular charge transfer is made possible by overlapping atomic bonds in adjacent multiple bonds across a single bond and delocalizing electrons to form a conjugated system. The movement of charge between molecules is performed by intermolecular bonding, conduction due to overlapping of molecular orbitals by van der Waals forces, or hopping conduction through trap levels between molecules.

この場合、分子内での移動度をμintra、分子間の結合による移動度をμinter、分子間のホッピング伝導による移動度をμhopとすると、以下の関係にある。有機半導体材料では、遅い分子間の電荷移動が全体としての移動度を制限しているため、電荷の移動度が小さい。 In this case, if the intramolecular mobility is μ intra , the intermolecular mobility is μ inter , and the intermolecular hopping mobility is μ hop , the following relationship is established. In an organic semiconductor material, the charge mobility is low because slow intermolecular charge transfer limits the overall mobility.

μintra≫μinter>μhop μ intra ≫μ inter > μ hop

国際公開WO2004/006337A1International Publication WO2004 / 006337A1 特開2004−6827JP 2004-6827 A C. D. Dimitrakopoulos, et al., Adv. Mater. (2002), 14, 99C. D. Dimitrakopoulos, et al., Adv. Mater. (2002), 14, 99

そこで、有機FETにおける移動度を改善するために、種々の検討がなされている。   Therefore, various studies have been made to improve the mobility in organic FETs.

例えば、国際公開WO2004/006337A1に開示された半導体装置においては、導体又は半導体から成る微粒子と、この微粒子と結合した有機半導体分子とによって導電路が形成され、この導電路の導電性が電界によって制御される。そして、このような構造を採用することで、導電路内の電荷移動が、有機半導体分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に起こり、分子の軸方向の移動度、例えば非局在化したp電子による高い分子内移動度を最大限に利用することが可能となる。その結果、単分子層トランジスタに匹敵する、今までにない高い移動度を実現することができる。   For example, in the semiconductor device disclosed in International Publication WO2004 / 006337A1, a conductive path is formed by fine particles made of a conductor or a semiconductor and organic semiconductor molecules bonded to the fine particles, and the conductivity of the conductive path is controlled by an electric field. Is done. By adopting such a structure, charge movement in the conductive path occurs predominantly in the axial direction of the molecule along the main chain of the organic semiconductor molecule, and the mobility in the axial direction of the molecule, for example, non-locality It is possible to make maximum use of the high intramolecular mobility due to the activated p electrons. As a result, an unprecedented high mobility comparable to that of a monolayer transistor can be realized.

また、特開2004−6827には有機薄膜トランジスタ素子が開示されており、この有機薄膜トランジスタ素子にあっては、ソース電極及びドレイン電極を連結する有機半導体層中に、電界が付与されない時にはソース電極又はドレイン電極の少なくとも一方と絶縁状態にある導電性領域が設けられている。そして、この導電性領域は導電性微粒子から構成され、導電性微粒子として、各種の導電性ポリマーや金属微粒子が挙げられている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-6827 discloses an organic thin film transistor element. In this organic thin film transistor element, when an electric field is not applied to the organic semiconductor layer connecting the source electrode and the drain electrode, the source electrode or drain A conductive region is provided that is insulative with at least one of the electrodes. And this electroconductive area | region is comprised from electroconductive fine particles, and various electroconductive polymer and metal microparticles | fine-particles are mentioned as electroconductive fine particles.

ところで、国際公開WO2004/006337A1に開示された半導体装置にあっては、微粒子は無機材料から成るので、導電路全体としては、可撓性に乏しいといった欠点がある。また、無機材料から成る微粒子は、その構造や組成を人為的に変えることが困難であるため、導電路の性能の向上を図るには、微粒子を構成する材料そのものを変えるしかない。   By the way, in the semiconductor device disclosed in International Publication WO2004 / 006337A1, since the fine particles are made of an inorganic material, the entire conductive path has a drawback of poor flexibility. In addition, fine particles made of an inorganic material are difficult to artificially change the structure and composition, so the only way to improve the performance of the conductive path is to change the material itself of the fine particles.

特開2004−6827に開示された有機薄膜トランジスタ素子にあっては、導電性微粒子として各種の導電性ポリマーが挙げられているものの、導電性微粒子と有機半導体材料との具体的な結合形態、結合方法に関しては、何ら言及されていない。   In the organic thin film transistor element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-6827, although various conductive polymers are listed as the conductive fine particles, specific bonding modes and bonding methods between the conductive fine particles and the organic semiconductor material Is not mentioned at all.

従って、本発明の目的は、導電路を構成する微粒子と有機半導体分子とを確実に、しかも、強固に結合させ得る構成を有する半導体装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a configuration capable of reliably and firmly bonding fine particles constituting a conductive path and organic semiconductor molecules.

上記の目的を達成するための半導体装置は、導体又は半導体であって有機材料から成る微粒子と、有機半導体分子とによって構成された導電路が基体上に形成された半導体装置であって、
有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合していることを特徴とする。
A semiconductor device for achieving the above object is a semiconductor device in which a conductive path formed of a fine particle made of an organic material, which is a conductor or a semiconductor, and an organic semiconductor molecule is formed on a substrate,
The functional group which the organic molecule which comprises an organic material has, and the functional group which an organic-semiconductor molecule has are couple | bonded.

本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合として、共有結合、水素結合、イオン結合、配位結合、ファンデルワールス結合を挙げることができるが、中でも、強固な結合を達成するといった観点から、共有結合であることが望ましい。   In the semiconductor device of the present invention, examples of the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule include a covalent bond, a hydrogen bond, an ionic bond, a coordinate bond, and a van der Waals bond. Among them, a covalent bond is desirable from the viewpoint of achieving a strong bond.

本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ジアゾカップリング反応に基づく形態とすることができ、この場合、(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せとして、(ジアゾニウム基,フェノール基)、(ジアゾニウム基,フェニルアミノ基)、(フェノール基,ジアゾニウム基)、又は、(フェニルアミノ基,ジアゾニウム基)を挙げることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule can be based on a diazo coupling reaction. As a combination of (functional group possessed by organic molecule constituting organic group, functional group possessed by organic semiconductor molecule), (diazonium group, phenol group), (diazonium group, phenylamino group), (phenol group, diazonium group), or ( Phenylamino group, diazonium group).

あるいは又、本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、アルドール縮合に基づく形態とすることができ、この場合、(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せとして、(アルデヒド基,アルデヒド基)、(アルデヒド基,リンイリド基)、(ケトン基,リンイリド基)、(リンイリド基,アルデヒド基)、又は、(リンイリド基,ケトン基)を挙げることができる。   Alternatively, in the semiconductor device of the present invention, the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule can be based on aldol condensation. As a combination of the functional group of the organic molecule constituting the material and the functional group of the organic semiconductor molecule), (aldehyde group, aldehyde group), (aldehyde group, phosphorus ylide group), (ketone group, phosphorus ylide group), (phosphorus ylide group) , Aldehyde group) or (phosphorus ylide group, ketone group).

あるいは又、本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、エステル結合に基づく形態とすることができ、この場合、(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せとして、(カルボキシル基,ヒドロキシル基)、(ハロゲン化アシル基,ヒドロキシル基)、(無水カルボキシル基,ヒドロキシル基)、(ヒドロキシル基,カルボキシル基)、(ヒドロキシル基,ハロゲン化アシル基)、又は、(ヒドロキシル基,無水カルボキシル基)を挙げることができる。   Alternatively, in the semiconductor device of the present invention, the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule can be based on an ester bond. As a combination of the functional group of the organic molecule constituting the material, the functional group of the organic semiconductor molecule), (carboxyl group, hydroxyl group), (halogenated acyl group, hydroxyl group), (anhydrous carboxyl group, hydroxyl group), (Hydroxyl group, carboxyl group), (hydroxyl group, halogenated acyl group), or (hydroxyl group, anhydrous carboxyl group).

あるいは又、本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、アミド結合に基づく形態とすることができ、この場合、(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せとして、(カルボキシル基,アミノ基)、(ハロゲン化アシル基,アミノ基)、(無水カルボキシル基,アミノ基)、(アミノ基,カルボキシル基)、(アミノ基,ハロゲン化アシル基)、又は、(アミノ基,無水カルボキシル基)を挙げることができる。   Alternatively, in the semiconductor device of the present invention, the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule can be based on an amide bond. As a combination of the functional group of the organic molecule constituting the material, the functional group of the organic semiconductor molecule), (carboxyl group, amino group), (halogenated acyl group, amino group), (anhydrous carboxyl group, amino group), (Amino group, carboxyl group), (amino group, acyl halide group), or (amino group, anhydrous carboxyl group) can be mentioned.

あるいは又、本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ウレタン結合に基づく形態とすることができ、この場合、(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せとして、(イソシアネート基,ヒドロキシル基)、(ヒドロキシル基,イソシアネート基)、(イソシアネート基,チオール基)、(チオール基,イソシアネート基)、(イソチオシアネート基,ヒドロキシル基)、(ヒドロキシル基,イソチオシアネート基)、(イソチオシアネート基,チオール基)、又は、(チオール基,イソチオシアネート基)を挙げることができる。   Alternatively, in the semiconductor device of the present invention, the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule can be based on a urethane bond. As a combination of the functional group of the organic molecule constituting the material and the functional group of the organic semiconductor molecule), (isocyanate group, hydroxyl group), (hydroxyl group, isocyanate group), (isocyanate group, thiol group), (thiol group) , Isocyanate group), (isothiocyanate group, hydroxyl group), (hydroxyl group, isothiocyanate group), (isothiocyanate group, thiol group), or (thiol group, isothiocyanate group).

あるいは又、本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ジスルフィド結合に基づく形態とすることができ、この場合、(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せとして、(チオール基,チオール基)を挙げることができる。   Alternatively, in the semiconductor device of the present invention, the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule can be based on a disulfide bond. (Thiol group, thiol group) can be given as a combination of the functional group of the organic molecule constituting the material and the functional group of the organic semiconductor molecule.

あるいは又、本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ハロゲン化アルキル基とアルキンとの結合に基づく形態とすることができ、この場合、(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せとして、(ハロゲン化アルキル基,アルキン)、又は、(アルキン,ハロゲン化アルキル基)を挙げることができる。   Alternatively, in the semiconductor device of the present invention, the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule may be based on the bond between the halogenated alkyl group and the alkyne. In this case, as a combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule), (halogenated alkyl group, alkyne) or (alkyne, halogenated alkyl group) Can be mentioned.

あるいは又、本発明の半導体装置において、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、クライゼン縮合に基づく形態とすることができ、この場合、(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せとして、(エステル結合,エステル結合)を挙げることができる。   Alternatively, in the semiconductor device of the present invention, the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule can be based on Claisen condensation. Examples of the combination of the functional group possessed by the organic molecule constituting the material and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule include (ester bond, ester bond).

以上に説明した各種の形態を含む本発明の半導体装置において、有機半導体分子は、官能基を2つ以上有していることが好ましい。あるいは又、以上に説明した各種の形態を含む本発明の半導体装置において、有機半導体分子は、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に、チオール基(−SH)、アミノ基(−NH2)、ジアゾニウム基(−N2 +)、フェノール基(−C64OH)、フェニルアミノ基(−C64NH2)、アルデヒド基(−CHO)、ケトン基(−CO−)、リンイリド基(=P(C653)、カルボキシル基(−COOH)、ヒドロキシル基(−OH)、ハロゲン化アシル基(−COX(X:Cl,Br,I))、無水カルボキシル基(−COOCO−)、イソシアネート基(−NCO)、イソチオシアネート基(−NCS)、アルキン(−C≡C−H)、又は、エステル結合(−COO−)を有することが好ましい。尚、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基とが結合している状態で、有機半導体分子内のπ共役系が維持されることが好ましい。また、有機材料を構成する有機分子が有する官能基として、有機半導体分子が有する上記の官能基を挙げることができる。 In the semiconductor device of the present invention including the various forms described above, the organic semiconductor molecule preferably has two or more functional groups. Alternatively, in the semiconductor device of the present invention including the various forms described above, the organic semiconductor molecule is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, and a thiol group (—SH), an amino group ( —NH 2 ), diazonium group (—N 2 + ), phenol group (—C 6 H 4 OH), phenylamino group (—C 6 H 4 NH 2 ), aldehyde group (—CHO), ketone group (—CO -), phosphorus ylide group (= P (C 6 H 5 ) 3), a carboxyl group (-COOH), a hydroxyl (-OH), an acyl halide group (-COX (X: Cl, Br , I)), anhydrous It preferably has a carboxyl group (—COOCO—), an isocyanate group (—NCO), an isothiocyanate group (—NCS), an alkyne (—C≡C—H), or an ester bond (—COO—). Note that it is preferable that the π-conjugated system in the organic semiconductor molecule is maintained in a state where the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule are bonded. Further, examples of the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material include the above functional group possessed by the organic semiconductor molecule.

具体的には、有機半導体分子として、例えば、構造式(1)の4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)、構造式(2)のベンジジン(ビフェニル−4,4'−ジアミン)、構造式(3)のビフェニル−4,4'−ジカルボン酸、構造式(4)の1,4−ジ(4−チオフェニルエチニル)−2−エチルベンゼン、あるいは、Bovine Serum Albumin、Horse Radish Peroxidase、antibody-antigen を例示することができる。これらは、いずれも、π共役系分子であって、少なくとも2箇所で微粒子と化学的に結合する官能基を有していることが好ましい。また、有機半導体分子として、構造式(5)で表されるデンドリマー、2,2”−ジヒドロキシ−1,1’:4’,1”−テルフェニル、4,4’−ビフェニルジエタナール、4,4’−ビフェニルジオール、4,4’−ビフェニルジイソシアネート、1,4−ジアセチニルベンゼン、ジエチルビフェニル−4,4’−ジカルボキシレートも用いることができる。   Specifically, as an organic semiconductor molecule, for example, 4,4′-biphenyldithiol (BPDT) of the structural formula (1), benzidine (biphenyl-4,4′-diamine) of the structural formula (2), structural formula ( 3) biphenyl-4,4′-dicarboxylic acid, 1,4-di (4-thiophenylethynyl) -2-ethylbenzene of structural formula (4), or Bovine Serum Albumin, Horse Radish Peroxidase, and antibody-antigen. It can be illustrated. These are all π-conjugated molecules and preferably have functional groups that chemically bond to the fine particles in at least two places. Further, as an organic semiconductor molecule, a dendrimer represented by the structural formula (5), 2,2 ″ -dihydroxy-1,1 ′: 4 ′, 1 ″ -terphenyl, 4,4′-biphenyldietanal, 4 4,4'-biphenyldiol, 4,4'-biphenyl diisocyanate, 1,4-diacetinylbenzene, diethylbiphenyl-4,4'-dicarboxylate can also be used.

構造式(1):4,4’−ビフェニルジチオール

Figure 2006108400
Structural formula (1): 4,4′-biphenyldithiol
Figure 2006108400

構造式(2):ベンジジン(ビフェニル−4,4'−ジアミン)

Figure 2006108400
Structural formula (2): benzidine (biphenyl-4,4′-diamine)
Figure 2006108400

構造式(3):ビフェニル−4,4'−ジカルボン酸

Figure 2006108400
Structural formula (3): Biphenyl-4,4′-dicarboxylic acid
Figure 2006108400

構造式(4):1,4−ジ(4−チオフェニルエチニル)−2−エチルベンゼン

Figure 2006108400
Structural formula (4): 1,4-di (4-thiophenylethynyl) -2-ethylbenzene
Figure 2006108400

構造式(5):デンドリマー

Figure 2006108400
Structural formula (5): Dendrimer
Figure 2006108400

以上に説明した各種の形態を含む本発明の半導体装置にあっては、導電路を配線や電極として用いることができるし、導電路に加えられる電界によって導電路の導電性が制御される構成とすることもできる。そして、後者の場合、本発明の半導体装置は、ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン電極を有する電界効果型トランジスタ(FET)から成り、導電路によってチャネル形成領域が構成されている構造とすることができる。このような構造にあっては、共役系を有する有機半導体分子として可視部付近の光に対して光吸収性のある色素の使用により、光センサ等としても動作可能である。   In the semiconductor device of the present invention including the various forms described above, the conductive path can be used as a wiring or an electrode, and the conductivity of the conductive path is controlled by the electric field applied to the conductive path. You can also In the latter case, the semiconductor device of the present invention includes a field effect transistor (FET) having a gate electrode, a gate insulating layer, a channel formation region, and a source / drain electrode, and the channel formation region is configured by a conductive path. The structure can be made. In such a structure, it is possible to operate as an optical sensor or the like by using a dye that absorbs light near the visible region as an organic semiconductor molecule having a conjugated system.

尚、電界効果型トランジスタのより具体的な構成として、
(A)支持体上に形成されたゲート電極、
(B)支持体及びゲート電極上に形成されたゲート絶縁層(基体に相当する)、
(C)ゲート絶縁層上に形成されたソース/ドレイン電極、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極の間であってゲート絶縁層上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域、
を備えている、所謂ボトムゲート/ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタを挙げることができる。
As a more specific configuration of the field effect transistor,
(A) a gate electrode formed on a support;
(B) a gate insulating layer (corresponding to a substrate) formed on the support and the gate electrode;
(C) source / drain electrodes formed on the gate insulating layer, and
(D) a channel formation region formed between the source / drain electrodes and on the gate insulating layer and configured by a conductive path;
A so-called bottom-gate / bottom-contact field effect transistor can be given.

あるいは又、
(A)支持体上に形成されたゲート電極、
(B)支持体及びゲート電極上に形成されたゲート絶縁層(基体に相当する)、
(C)ゲート絶縁層上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域を含むチャネル形成領域構成層、並びに、
(D)チャネル形成領域構成層上に形成されたソース/ドレイン電極、
を備えている、所謂ボトムゲート/トップコンタクト型の電界効果型トランジスタを挙げることができる。
Alternatively,
(A) a gate electrode formed on a support;
(B) a gate insulating layer (corresponding to a substrate) formed on the support and the gate electrode;
(C) a channel formation region forming layer including a channel formation region formed on the gate insulating layer and configured by a conductive path; and
(D) Source / drain electrodes formed on the channel forming region constituting layer,
A so-called bottom-gate / top-contact field effect transistor including the above can be given.

あるいは又、
(A)基体上に形成されたソース/ドレイン電極、
(B)ソース/ドレイン電極の間の基体上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域、
(C)ソース/ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
(D)ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている、所謂トップゲート/ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタを挙げることができる。
Alternatively,
(A) Source / drain electrodes formed on the substrate,
(B) a channel forming region formed on the substrate between the source / drain electrodes and constituted by a conductive path;
(C) a gate insulating layer formed on the source / drain electrode and the channel formation region, and
(D) a gate electrode formed on the gate insulating layer;
A so-called top gate / bottom contact type field effect transistor can be given.

あるいは又、
(A)基体上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域を含むチャネル形成領域構成層、
(B)チャネル形成領域構成層上に形成されたソース/ドレイン電極、
(C)ソース/ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
(D)ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている、所謂トップゲート/トップコンタクト型の電界効果型トランジスタを挙げることができる。
Alternatively,
(A) a channel forming region constituting layer including a channel forming region formed on a substrate and configured by a conductive path;
(B) a source / drain electrode formed on the channel forming region constituting layer;
(C) a gate insulating layer formed on the source / drain electrode and the channel formation region, and
(D) a gate electrode formed on the gate insulating layer;
A so-called top-gate / top-contact field effect transistor can be given.

本発明においては、導体としての微粒子を構成する有機材料として、構造式(21)にて示すポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]、構造式(22)にて示すポリアニリン、構造式(23)にて示すポリチオフェン、構造式(24)にて示すポリピロール、構造式(25)にて示すポリ(p−フェニレン)[PPP]、構造式(26)にて示すポリアセン、構造式(27)にて示すポリアセチレン、構造式(28)にて示すポリフェニレンビニレン[PPV]を例示することができ、半導体としての微粒子を構成する有機材料として、構造式(29)にて示すフラーレン、構造式(30)にて示すフタロシアニンを例示することができる。尚、導体としての微粒子とは、体積抵抗率が10-4Ω・m(10-6Ω・cm)のオーダー以下である材料から成る微粒子を指す。また、半導体としての微粒子とは、体積抵抗率が10-4Ω・m(10-6Ω・cm)乃至乃至1012Ω・m(1010Ω・cm)のオーダーを有する材料から成る微粒子を指す。尚、上記の各種有機材料への前述した各種の官能基の導入(各種有機材料それ自体が有している場合、及び、修飾される場合を含む)は、微粒子の作製前及びドーピング前に行えばよい。 In the present invention, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid [PEDOT / PSS] represented by Structural Formula (21), Structural Formula (22) as the organic material constituting the fine particles as the conductor. In the polyaniline represented by the structural formula (23), polypyrrole represented by the structural formula (24), poly (p-phenylene) [PPP] represented by the structural formula (25), and the structural formula (26). And polyphenylene vinylene [PPV] represented by the structural formula (28) can be exemplified as an organic material constituting fine particles as a semiconductor. And the phthalocyanine represented by the structural formula (30). The fine particles as a conductor refer to fine particles made of a material having a volume resistivity of the order of 10 −4 Ω · m (10 −6 Ω · cm) or less. The fine particles as a semiconductor are fine particles made of a material having a volume resistivity of the order of 10 −4 Ω · m (10 −6 Ω · cm) to 10 12 Ω · m (10 10 Ω · cm). Point to. The introduction of the above-mentioned various functional groups into the above-mentioned various organic materials (including the cases where the various organic materials themselves have and modifications) is performed before the preparation of the fine particles and before the doping. Just do it.

構造式(21):ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]

Figure 2006108400
Structural formula (21): Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid [PEDOT / PSS]
Figure 2006108400

構造式(22):ポリアニリン

Figure 2006108400
Structural formula (22): Polyaniline
Figure 2006108400

構造式(23):ポリチオフェン

Figure 2006108400
Structural formula (23): Polythiophene
Figure 2006108400

構造式(24):ポリピロール

Figure 2006108400
Structural formula (24): Polypyrrole
Figure 2006108400

構造式(25):ポリ(p−フェニレン)[PPP]

Figure 2006108400
Structural formula (25): poly (p-phenylene) [PPP]
Figure 2006108400

構造式(26):ポリアセン

Figure 2006108400
Structural formula (26): Polyacene
Figure 2006108400

構造式(27):ポリアセチレン

Figure 2006108400
Structural formula (27): Polyacetylene
Figure 2006108400

構造式(28)ポリフェニレンビニレン[PPV]

Figure 2006108400
Structural formula (28) polyphenylene vinylene [PPV]
Figure 2006108400

構造式(29)フラーレン[C60

Figure 2006108400
Structural formula (29) Fullerene [C 60 ]
Figure 2006108400

構造式(30):フタロシアニン

Figure 2006108400
Structural formula (30): phthalocyanine
Figure 2006108400

微粒子の作製方法として、一般的に良く知られている懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法、スプレードライ法の他に、再沈法(H. Kasai et al., Jpn. J. Appl. Phys., 31, L1132 (1992)参照)を挙げることができる。有機材料を構成する有機分子は、有機半導体分子と化学結合可能な官能基を有している必要があるが、有機材料を構成する有機分子がこのような官能基をそれ自体が有していない場合には、有機材料を構成する有機分子を予め化学修飾することにより官能基を導入しておく。   In addition to the well-known suspension polymerization method, emulsion polymerization method, dispersion polymerization method, spray drying method, reprecipitation method (H. Kasai et al., Jpn. J. Appl) Phys., 31, L1132 (1992)). The organic molecule constituting the organic material needs to have a functional group capable of chemically bonding with the organic semiconductor molecule, but the organic molecule constituting the organic material does not have such a functional group itself. In some cases, a functional group is introduced by chemically modifying organic molecules constituting the organic material in advance.

本発明の半導体装置において、微粒子を基体上に配置(配列)させた後(即ち、基体上に微粒子層を形成した後)、有機半導体分子を接触させると(より具体的には、例えば、有機半導体分子を含む溶液に浸漬したり、有機半導体分子を含む溶液をスピンコート法等によって塗布すると)、有機材料を構成する有機分子が有する官能基(あるいは、有機材料を構成する有機分子を修飾する官能基)と、有機半導体分子が有する官能基とが反応し、結合する。尚、反応、結合には、熱や紫外光等の外部からのエネルギーや、触媒、酸、塩基等の試薬を必要とする場合もある。   In the semiconductor device of the present invention, after the fine particles are arranged (arranged) on the base (that is, after the fine particle layer is formed on the base), the organic semiconductor molecules are brought into contact (more specifically, for example, organic Soaking in a solution containing semiconductor molecules or applying a solution containing organic semiconductor molecules by spin coating or the like), the functional groups of the organic molecules constituting the organic material (or modifying the organic molecules constituting the organic material) The functional group) and the functional group of the organic semiconductor molecule react and bond. The reaction and bonding may require external energy such as heat and ultraviolet light, and reagents such as catalysts, acids and bases.

導体としての(場合によっては半導体としての)微粒子とするために、ドーピングによって微粒子にキャリアを導入する必要がある場合がある。ドーピング方法として、ヨウ素や臭素等のハロゲン類、ルイス酸、アルカリ金属類等のドーピング材料を用いた化学的ドーピング法(微粒子を構成する有機材料とドーピング材料とを化学的に反応させる方法)、エレクトロ・ケミカル・ドーピング法(微粒子を電解質溶液に浸漬して電気化学的に電解質イオン[ドーピング材料,ドーパント]をドーピングする方法)等の方法が挙げることができる。微粒子層は微粒子が導電性を有した状態で形成されることが好ましいが、即ち、粒子作製時に微粒子にドーピングを行うことが好ましいが、微粒子層形成前、微粒子層形成後にドーピングを行ってもよい。   In order to obtain fine particles as a conductor (in some cases, as a semiconductor), it may be necessary to introduce carriers into the fine particles by doping. As a doping method, a chemical doping method using a doping material such as a halogen such as iodine or bromine, a Lewis acid, or an alkali metal (a method of chemically reacting an organic material constituting a fine particle with a doping material), electro A method such as a chemical doping method (a method in which fine particles are immersed in an electrolyte solution and electrochemically doped with electrolyte ions [doping material, dopant]) can be used. The fine particle layer is preferably formed in a state in which the fine particles have conductivity, that is, it is preferable to dope the fine particles at the time of particle preparation, but the doping may be performed before the fine particle layer formation and after the fine particle layer formation. .

あるいは又、導体としての(場合によっては半導体としての)微粒子とするために、微粒子作製後に重合を行う必要がある場合には、熱や紫外光等に基づき重合を行えばよい。重合工程は、粒子作製時、微粒子層形成前、微粒子層形成後といった、どの段階でも行うことができる。   Alternatively, in order to form fine particles as a conductor (in some cases as a semiconductor), when it is necessary to perform polymerization after the production of the fine particles, the polymerization may be performed based on heat, ultraviolet light, or the like. The polymerization step can be carried out at any stage, such as during particle preparation, before formation of the fine particle layer, and after formation of the fine particle layer.

本発明の半導体装置において、微粒子の平均粒径をrAVE、微粒子の粒径の標準偏差をσとしたとき、σ/rAVE≦0.5を満足することが好ましい。尚、rAVEの範囲として、5.0×10-10m≦rAVE≦1.0×10-6m、好ましくは5.0×10-10m≦rAVE≦1.0×10-8mであることが望ましい。微粒子の形状として球形を挙げることができるが、本発明はこれに限るものではない。尚、微粒子の形状が球形以外の場合の微粒子の平均粒径は、球形以外の微粒子の測定された体積と同じ体積を有する球を想定し、係る球の直径の平均値を微粒子の平均粒径とすればよい。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that σ / r AVE ≦ 0.5 is satisfied, where r AVE is the average particle size of the fine particles and σ is the standard deviation of the particle size of the fine particles. The r AVE range is 5.0 × 10 −10 m ≦ r AVE ≦ 1.0 × 10 −6 m, preferably 5.0 × 10 −10 m ≦ r AVE ≦ 1.0 × 10 −8. m is desirable. Examples of the shape of the fine particles include a spherical shape, but the present invention is not limited to this. The average particle diameter of the fine particles when the shape of the fine particles is other than a spherical shape is assumed to be a sphere having the same volume as the measured volume of the fine particles other than the spherical shape, and the average value of the diameters of the spheres is the average particle diameter of the fine particles. And it is sufficient.

本発明の半導体装置にあっては、微粒子は基体上に配置(配列)される。ここで、微粒子は、基体の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列されることが好ましい。このような状態は、例えば、浸漬法、キャスティング法、スピンコート法等に基づき、微粒子を含む溶液から成る薄膜を基体上に形成した後、溶液に含まれる溶媒を蒸発させることによって達成することができる。ここで、微粒子の大きさに大きなバラツキがあると、2次元配列に空隙ができ、充填状態にて配列させることができなくなる。尚、この場合、溶液に含まれる溶媒を蒸発させる工程において、蒸発速度を制御しながら溶液に含まれる溶媒を蒸発させることが望ましい。溶媒の蒸発速度が早すぎると、自己組織化による2次元規則配列化が達成される前に、微粒子がその場に取り残されてしまい、基体上を自由に動けなくなってしまう。あるいは又、この場合、微粒子を含む溶液から成る薄膜を形成する前に、基体の表面処理を行うことが望ましい。あるいは又、この場合、微粒子を含む溶液から成る薄膜を形成する工程において、微粒子を含む溶液と基体との間の濡れ性を制御することが望ましい。あるいは又、このような状態は、微粒子を含む溶液に基づき薄膜を成膜した後、該薄膜を基体上に転写する工程、即ち、所謂LB(Langmuir-Blodgett)法に類似した方法によって達成することが、2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列させるといった観点から好ましい。具体的には、親水性溶媒(例えば水)上に疎水性表面を有する微粒子を単層で2次元規則配列を有するように浮かべ、あるいは、これとは逆に、疎水性溶媒上に親水性表面を有する微粒子を単層で2次元規則配列を有するように浮かべ、それをLB法のように基体上に転写する方法を採用すればよい。あるいは又、リソグラフィ技術等によって基体表面に凹部を予め形成しておき、この凹部を含む基体表面に微粒子を含む溶液を滴下させ、溶媒を蒸発させる方法、あるいは、基体表面に置かれたOリング等によって囲まれた基体表面部分に微粒子を含む溶液を滴下させ、溶媒を蒸発させる方法を採用することもでき、これらの方法を採用することで、一般的に見られる液滴の周辺部からの溶媒の蒸発とは異なり、中心部から溶媒の蒸発が始まる結果、均一な微粒子層を形成することが可能となる。   In the semiconductor device of the present invention, the fine particles are arranged (arranged) on the substrate. Here, the fine particles are preferably arranged two-dimensionally regularly and in a packed state in a plane substantially parallel to the surface of the substrate. Such a state can be achieved by, for example, forming a thin film made of a solution containing fine particles on a substrate based on a dipping method, a casting method, a spin coating method, and the like, and then evaporating the solvent contained in the solution. it can. Here, if there is a large variation in the size of the fine particles, voids are formed in the two-dimensional array, and it becomes impossible to arrange in a packed state. In this case, in the step of evaporating the solvent contained in the solution, it is desirable to evaporate the solvent contained in the solution while controlling the evaporation rate. If the evaporation rate of the solvent is too fast, the fine particles are left in place before the two-dimensional regular arrangement by self-organization is achieved, and the substrate cannot move freely. Alternatively, in this case, it is desirable to perform surface treatment of the substrate before forming a thin film made of a solution containing fine particles. Alternatively, in this case, it is desirable to control the wettability between the solution containing fine particles and the substrate in the step of forming a thin film made of the solution containing fine particles. Alternatively, such a state is achieved by a method similar to a so-called LB (Langmuir-Blodgett) method in which a thin film is formed based on a solution containing fine particles and then the thin film is transferred onto a substrate. Is preferable from the viewpoint of two-dimensional regular arrangement in a packed state. Specifically, fine particles having a hydrophobic surface are floated on a hydrophilic solvent (for example, water) so as to have a two-dimensional regular arrangement in a single layer, or conversely, a hydrophilic surface is formed on a hydrophobic solvent. A method of floating fine particles having a single layer so as to have a two-dimensional regular arrangement and transferring the fine particles onto a substrate as in the LB method may be employed. Alternatively, a method in which a concave portion is formed in advance on the surface of the substrate by lithography technology or the like, a solution containing fine particles is dropped on the surface of the substrate including the concave portion, and the solvent is evaporated, or an O-ring placed on the surface of the substrate, etc. It is also possible to adopt a method in which a solution containing fine particles is dropped on the surface portion of the substrate surrounded by the substrate, and the solvent is evaporated. By adopting these methods, the solvent from the periphery of the droplets generally found can be used. Unlike evaporation of (3), as a result of evaporation of the solvent from the center, a uniform fine particle layer can be formed.

本発明の半導体装置にあっては、微粒子は最密充填状態にて配列されることが一層望ましい。ここで、より具体的には、「微粒子は充填状態にて配列される」とは、微粒子と結合した有機半導体分子から成る導電路が、例えば少なくともソース/ドレイン電極間に形成される程度に、微粒子が配列している状態を云う。多少の空乏、格子の欠陥等があってもよいことは云うまでもない。また、「微粒子が最密充填状態にて配列される」とは、微粒子を剛体とみなしたとき、その2次元平面、あるいは、3次元空間を物理的に占め得る最大の密度で規則的に配列している状態を云う。但し、ここでは、微粒子間には有機半導体分子が必ず存在するため、微粒子同士は接触していない。隣り合う微粒子間の表面間距離は、用いる有機半導体分子の長軸方向の長さと同じかそれ以下である。微粒子間の距離が有機半導体分子の全長よりも長く、しかも、微粒子が基体上に固定され、移動できないような状態にあっては、導電パスがそこで切れることになり、その結果、有機半導体分子と微粒子によって構成された導電路の数が減少し、半導体装置の特性の劣化につながる。優れた特性を有する半導体装置を得ようとしたとき、この半導体装置が例えば電界効果型トランジスタ(FET)から構成されている場合、一方のソース/ドレイン電極から他方のソース/ドレイン電極まで、切れ目無く導電路が繋がっている必要がある。また、導電路の数がFETの特性向上に大きく影響する。導電路の数を増加させるためには、微粒子同士が有機半導体分子の長さより近い距離で隣接しており、更には、微粒子が六方最密充填様に2次元規則配列していることが望ましい。   In the semiconductor device of the present invention, it is more desirable that the fine particles are arranged in a close packed state. More specifically, “fine particles are arranged in a packed state” means that a conductive path composed of organic semiconductor molecules bonded to the fine particles is formed at least between the source / drain electrodes, for example. A state in which fine particles are arranged. Needless to say, there may be some depletion, lattice defects, and the like. In addition, “fine particles are arranged in the closest packing state” means that when the fine particles are regarded as a rigid body, they are regularly arranged at the maximum density that can physically occupy a two-dimensional plane or three-dimensional space. The state which is doing. However, here, since the organic semiconductor molecules always exist between the fine particles, the fine particles are not in contact with each other. The distance between the surfaces of adjacent fine particles is equal to or less than the length of the organic semiconductor molecule used in the major axis direction. If the distance between the fine particles is longer than the total length of the organic semiconductor molecules, and the fine particles are fixed on the substrate and cannot move, the conductive path will be broken there. The number of conductive paths constituted by the fine particles is reduced, leading to deterioration of the characteristics of the semiconductor device. When an attempt is made to obtain a semiconductor device having excellent characteristics, when this semiconductor device is composed of, for example, a field effect transistor (FET), there is no break from one source / drain electrode to the other source / drain electrode. The conductive path needs to be connected. In addition, the number of conductive paths greatly affects the improvement of FET characteristics. In order to increase the number of conductive paths, it is desirable that the fine particles are adjacent to each other at a distance closer than the length of the organic semiconductor molecule, and further, the fine particles are two-dimensionally arranged in a hexagonal close packed manner.

更には、本発明の半導体装置にあっては、より具体的には、2次元的に規則配列した層が、単層であっても、3次元的な最密充填状態で多層に存在していてもよい。「2次元的に規則的に配列される」とは、少なくとも概ね微粒子1層分の厚みの空間内に粒径の揃った微粒子が充填状態で、好ましくは最密充填状態で、配列していることを意味する。尚、「基体の表面と略平行な面内」とは、基体の製造方法等によって基体の表面に微小凹凸が存在する場合、係る微小凹凸に対して実質的に平行であることを意味する。   Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, more specifically, even though the two-dimensionally ordered layers are single layers, they exist in multiple layers in a three-dimensional close-packed state. May be. “Two-dimensionally regularly arranged” means that fine particles having a uniform particle size are arranged in a packed state, preferably in a close packed state, in a space that is at least approximately one layer thick. Means that. Note that “in a plane substantially parallel to the surface of the substrate” means that when there are minute irregularities on the surface of the substrate by the manufacturing method of the substrate, the surface is substantially parallel to the minute irregularities.

本発明の半導体装置にあっては、有機半導体分子が末端に有する官能基が、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と結合していることが好ましい。そして、この場合、有機半導体分子が両端に有する官能基と有機材料を構成する有機分子が有する官能基との結合によって、有機半導体分子と微粒子とが化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路が構築されていることが好ましく、更には、微粒子と有機半導体分子との結合体の単一層によって導電路が構成されていることが好ましい。あるいは又、この場合、有機半導体分子が両端に有する官能基と有機材料を構成する有機分子が有する官能基との結合によって、有機半導体分子と微粒子とが3次元的に化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路が構築されていることが好ましく、更には、微粒子と有機半導体分子との結合体の積層構造によって導電路が構成されていることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the functional group possessed by the organic semiconductor molecule at the terminal is bonded to the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material. In this case, the organic semiconductor molecules and the fine particles are chemically (alternately) bonded by the bond between the functional groups of the organic semiconductor molecules at both ends and the functional groups of the organic molecules constituting the organic material. It is preferable that a network-like conductive path is constructed, and further, it is preferable that the conductive path is constituted by a single layer of a combination of fine particles and organic semiconductor molecules. Alternatively, in this case, the organic semiconductor molecules and the fine particles are chemically (alternately) three-dimensionally by bonding between the functional groups of the organic semiconductor molecules at both ends and the functional groups of the organic molecules constituting the organic material. It is preferable that a network-like conductive path is constructed by bonding, and further, it is preferable that the conductive path is constituted by a laminated structure of a combination of fine particles and organic semiconductor molecules.

本発明の半導体装置にあっては、このようにネットワーク状の導電路を構築することで、導電路内の電荷移動が、有機半導体分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に起こる構造となる結果、分子の軸方向の移動度、例えば非局在化したπ電子による高い移動度を最大限に利用することができるので、単分子層トランジスタに匹敵する、今までにない高い移動度を実現することが可能となる。   In the semiconductor device of the present invention, by constructing a network-like conductive path in this way, charge movement in the conductive path occurs predominantly in the molecular axial direction along the main chain of the organic semiconductor molecule. As a result of the structure, the mobility in the axial direction of the molecule, for example, high mobility due to delocalized π electrons, can be utilized to the maximum, so that unprecedented high mobility comparable to monolayer transistors The degree can be realized.

本発明の半導体層において、基体は、酸化ケイ素系材料(例えば、SiOXやスピンオンガラス(SOG));窒化ケイ素(SiNY);酸化アルミニウム(Al23);金属酸化物高誘電絶縁膜から構成することができる。基体をこれらの材料から構成する場合、基体を、以下に挙げる材料から適宜選択された支持体上に(あるいは支持体の上方に)形成すればよい。即ち、支持体として、あるいは又、上述した基体以外の基体として、ポリメチルメタクリレート(ポリメタクリル酸メチル,PMMA)やポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)に例示される有機ポリマー(高分子材料から構成された可撓性を有するプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板といった高分子材料の形態を有する)を挙げることができ、あるいは又、雲母を挙げることができる。このような可撓性を有する高分子材料から構成された基体を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への半導体装置の組込みあるいは一体化が可能となる。あるいは又、基体(あるいは支持体)として、各種ガラス基板や、表面に絶縁膜が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、表面に絶縁膜が形成されたシリコン基板を挙げることができる。電気絶縁性の支持体としては、以上に説明した材料から適切な材料を選択すればよい。支持体として、その他、導電性基板(金等の金属、高配向性グラファイトから成る基板)を挙げることができる。また、半導体装置の構成、構造によっては、半導体装置が支持体上に設けられている場合もあるが、この支持体も上述した材料から構成することができる。 In the semiconductor layer of the present invention, the substrate is made of a silicon oxide-based material (for example, SiO x or spin-on glass (SOG)); silicon nitride (SiN Y ); aluminum oxide (Al 2 O 3 ); metal oxide high dielectric insulating film It can consist of When the base is composed of these materials, the base may be formed on a support appropriately selected from the following materials (or above the support). That is, as a support or a substrate other than the above-described substrates, polymethyl methacrylate (polymethyl methacrylate, PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylphenol (PVP), polyethersulfone (PES), polyimide, Organic polymers exemplified by polycarbonate (PC) and polyethylene terephthalate (PET) (having the form of a polymer material such as a flexible plastic film, plastic sheet or plastic substrate made of a polymer material) Or mica can be mentioned. If a substrate made of such a polymer material having flexibility is used, for example, a semiconductor device can be incorporated or integrated into a display device or electronic device having a curved shape. Alternatively, as the substrate (or support), various glass substrates, various glass substrates with an insulating film formed on the surface, quartz substrates, a quartz substrate with an insulating film formed on the surface, and an insulating film formed on the surface A silicon substrate can be mentioned. As the electrically insulating support, an appropriate material may be selected from the materials described above. Other examples of the support include a conductive substrate (a substrate made of a metal such as gold or highly oriented graphite). Further, depending on the configuration and structure of the semiconductor device, the semiconductor device may be provided on the support, but this support can also be formed from the above-described materials.

本発明において、半導体装置を電界効果型トランジスタ(FET)とする場合、ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、ネオジム(Nd)、ルビジウム(Rb)、ロジウム(Rh)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、銅(Cu)、チタン(Ti)、インジウム(In)、錫(Sn)等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子、不純物を含有したポリシリコンやアモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物(ITO)等の導電性物質を挙げることができるし、これらの元素を含む層の積層構造とすることもできる。更には、ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]といった有機材料(導電性高分子)を挙げることもできる。ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料は、微粒子と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。   In the present invention, when a semiconductor device is a field effect transistor (FET), as a material constituting a gate electrode, a source / drain electrode, and various wirings, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), Chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), niobium (Nb), neodymium (Nd), rubidium (Rb), rhodium (Rh), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), Metals such as tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), or alloys containing these metal elements, conductive particles made of these metals, these metals Conductive particles of alloys containing copper, polysilicon and amorphous silicon containing impurities, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), etc. It may be mentioned a conductive material may be a stacked structure of layers containing these elements. Furthermore, an organic material (conductive polymer) such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid [PEDOT / PSS] is used as a material constituting the gate electrode, the source / drain electrode, and various wirings. It can also be mentioned. The material constituting the gate electrode, source / drain electrode, and various wirings may be the same material as the fine particles, or may be a different material.

ゲート電極やソース/ドレイン電極、配線の形成方法として、これらを構成する材料にも依るが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法(PVD法);MOCVD法を含む各種の化学的気相成長法(CVD法);スピンコート法;スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法といった各種印刷法;エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法といった各種コーティング法;スタンプ法;リフトオフ法;シャドウマスク法;電解メッキ法や無電解メッキ法あるいはこれらの組合せといったメッキ法;及び、スプレー法の内のいずれかと、必要に応じてパターニング技術との組合せを挙げることができる。尚、物理的気相成長法(PVD法)として、(a)電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着等の各種真空蒸着法、(b)プラズマ蒸着法、(c)2極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、バイアススパッタリング法等の各種スパッタリング法、(d)DC(direct current)法、RF法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法を挙げることができる。   Depending on the material constituting the gate electrode, source / drain electrode, and wiring, the physical vapor deposition method (PVD method) exemplified by vacuum deposition method and sputtering method; various types including MOCVD method Chemical vapor deposition method (CVD method); Spin coating method; Various printing methods such as screen printing method, inkjet printing method, offset printing method, gravure printing method; air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife Various coating methods such as coater method, squeeze coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, gravure coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calendar coater method, dipping method; stamp method Lift-off method Doumasuku method; plating method such as electrolytic plating or electroless plating method, or a combination thereof; and can include any of a spraying method, a combination of a patterning technique as necessary. In addition, as physical vapor phase growth method (PVD method), (a) various vacuum deposition methods such as electron beam heating method, resistance heating method, flash deposition, (b) plasma deposition method, (c) bipolar sputtering method, DC sputtering method, DC magnetron sputtering method, high frequency sputtering method, magnetron sputtering method, ion beam sputtering method, bias sputtering method and other various sputtering methods, (d) DC (direct current) method, RF method, multi-cathode method, activation Various ion plating methods such as a reaction method, a field evaporation method, a high frequency ion plating method, and a reactive ion plating method can be given.

本発明において、半導体装置を電界効果型トランジスタ(FET)とする場合、ゲート絶縁層を構成する材料として酸化ケイ素系材料、窒化ケイ素(SiNY)、Al23、HfO2、金属酸化物高誘電絶縁膜にて例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート(PMMA)やポリビニルフェノール(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリカーボネート(PC)、ポリイミドにて例示される有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組合せを用いることもできる。尚、酸化ケイ素系材料として、二酸化シリコン(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、低誘電率SiO2系材料(例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機SOG)を例示することができる。 In the present invention, when the semiconductor device is a field effect transistor (FET), silicon oxide-based material, silicon nitride (SiN Y ), Al 2 O 3 , HfO 2 , metal oxide In addition to inorganic insulating materials exemplified by dielectric insulating films, polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl phenol (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene terephthalate (PET), polyoxymethylene (POM), polychlorinated Examples thereof include organic insulating materials exemplified by vinyl, polyvinylidene fluoride, polysulfone, polycarbonate (PC), and polyimide, and combinations thereof can also be used. As silicon oxide materials, silicon dioxide (SiO x ), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, silicon oxynitride (SiON), SOG (spin on glass), low dielectric constant SiO 2 materials (for example, polyaryl) And ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, and organic SOG).

また、ゲート絶縁層の形成方法として、上述の各種PVD法;各種CVD法;スピンコート法;上述した各種印刷法;上述した各種コーティング法;浸漬法;キャスティング法;及び、スプレー法の内のいずれかを挙げることができる。あるいは又、ゲート絶縁層は、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化することによって形成することができるし、ゲート電極の表面に酸化膜や窒化膜を成膜することで得ることもできる。ゲート電極の表面を酸化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、O2プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。また、ゲート電極の表面を窒化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、N2プラズマを用いた窒化法を例示することができる。あるいは又、例えば、Au電極に対しては、一端をメルカプト基で修飾された直鎖状炭化水素やアルカンチオール、シラノール誘導体(シランカップリング剤)のように、ゲート電極と化学的に結合を形成し得る官能基を有する絶縁性分子によって、浸漬法等の方法で自己組織的にゲート電極表面を被覆することで、ゲート電極の表面に絶縁膜を形成することもできる。 In addition, as a method for forming the gate insulating layer, any of the above-described various PVD methods; various CVD methods; spin coating methods; various printing methods described above; various coating methods described above; dipping methods; Can be mentioned. Alternatively, the gate insulating layer can be formed by oxidizing or nitriding the surface of the gate electrode, or can be obtained by forming an oxide film or a nitride film on the surface of the gate electrode. As a method for oxidizing the surface of the gate electrode, although depending on the material constituting the gate electrode, an oxidation method using O 2 plasma and an anodic oxidation method can be exemplified. Further, as a method of nitriding the surface of the gate electrode, although it depends on the material constituting the gate electrode, a nitriding method using N 2 plasma can be exemplified. Alternatively, for example, for an Au electrode, a chemical bond is formed with the gate electrode, such as a linear hydrocarbon modified with a mercapto group at one end, an alkanethiol, or a silanol derivative (silane coupling agent). An insulating film can also be formed on the surface of the gate electrode by coating the surface of the gate electrode with an insulating molecule having a functional group capable of self-organizing by a method such as an immersion method.

本発明の半導体装置を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体に多数の半導体装置を集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各半導体装置を切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。また、電子装置や半導体装置を樹脂にて封止してもよい。   When the semiconductor device of the present invention is applied to and used in a display device or various electronic devices, it may be a monolithic integrated circuit in which a large number of semiconductor devices are integrated on a support, or each semiconductor device may be cut and individualized to provide discrete components. It may be used as a part. Further, the electronic device or the semiconductor device may be sealed with resin.

本発明にあっては、導電路は、導体又は半導体であって有機材料から成る微粒子と、有機半導体分子とによって構成されているので、有機材料を構成する有機分子に官能基を導入することで微粒子の性質、特性を変えることが可能となり、導電路の性能向上のために微粒子を構成する有機材料の最適化を図ることができるし、有機分子のパッキング構造を変化させることが可能となり、基体上の微粒子の配置(配列)状態の最適化を図ることができる。しかも、有機材料を適切に選択すれば、導電路全体として可撓性を付与することが可能となる。また、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基とが結合しているので、強固な導電路を確実に形成することができる。   In the present invention, the conductive path is composed of fine particles made of an organic material, which are conductors or semiconductors, and organic semiconductor molecules, so that by introducing a functional group into the organic molecules constituting the organic material, The properties and characteristics of the fine particles can be changed, the organic material constituting the fine particles can be optimized to improve the performance of the conductive path, and the packing structure of the organic molecules can be changed. It is possible to optimize the arrangement (arrangement) state of the fine particles. In addition, if the organic material is appropriately selected, flexibility can be imparted to the entire conductive path. Moreover, since the functional group which the organic molecule which comprises an organic material has, and the functional group which an organic-semiconductor molecule has are couple | bonded, a firm conductive path can be formed reliably.

しかも、導電路は、常圧下で200゜C以下の低温プロセスで一層毎に形成することが可能であるが故に、所望の厚さを有する導電路を容易に形成でき、低コストで半導体装置を作製できる。また、本発明の半導体装置にあっては、チャネル形成領域を含めて全ての構成要素を有機材料、有機素材で構築することが可能となり、安価な有機材料、有機素材を用いることによる低コスト化が可能となる。   Moreover, since the conductive path can be formed one layer at a time in a low temperature process of 200 ° C. or less under normal pressure, a conductive path having a desired thickness can be easily formed, and a semiconductor device can be manufactured at low cost. Can be made. Also, in the semiconductor device of the present invention, all the components including the channel formation region can be constructed with organic materials and organic materials, and the cost can be reduced by using inexpensive organic materials and organic materials. Is possible.

更には、有機材料を構成する有機分子内の分子骨格に沿った導電路と有機半導体分子内の分子骨格に沿った導電路とが連結したネットワーク状の導電路を形成することができる。従って、導電路内の電荷移動が分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に起こる構造となる。導電路には分子間の電子移動が含まれないため、従来の有機半導体材料を用いた半導体装置における低い移動度の原因であった分子間の電子移動によって移動度が制限されることがない。そのため、有機半導体分子内の軸方向の電荷移動を最大限に利用することができる。例えば、主鎖に沿って形成された共役系を有する分子を有機半導体分子として用いる場合、非局在化したπ電子による高い移動度を利用できる。   Furthermore, it is possible to form a network-like conductive path in which a conductive path along a molecular skeleton in an organic molecule constituting an organic material and a conductive path along a molecular skeleton in an organic semiconductor molecule are connected. Accordingly, a structure in which charge transfer in the conductive path occurs predominantly in the axial direction of the molecule along the main chain of the molecule is obtained. Since the conduction path does not include electron transfer between molecules, the mobility is not limited by the electron transfer between molecules, which is a cause of low mobility in a semiconductor device using a conventional organic semiconductor material. Therefore, the charge transfer in the axial direction in the organic semiconductor molecule can be utilized to the maximum extent. For example, when a molecule having a conjugated system formed along the main chain is used as an organic semiconductor molecule, high mobility due to delocalized π electrons can be used.

しかも、有機材料から成る微粒子にあっては、金属微粒子のような保護膜分子を必要としないため、導電路を、余分なものが混入していない簡素な系とすることが可能である。   In addition, since fine particles made of an organic material do not require protective film molecules such as metal fine particles, the conductive path can be a simple system in which no extra material is mixed.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

実施例1は、本発明の半導体装置に関する。実施例1の半導体装置を一部切断した概念図を図1の(A)に示し、導電路20の概念図を図1の(B)に示す。   Example 1 relates to a semiconductor device of the present invention. A conceptual diagram in which the semiconductor device of Example 1 is partially cut is shown in FIG. 1A, and a conceptual diagram of the conductive path 20 is shown in FIG.

実施例1の半導体装置においては、図1の(A)及び(B)に概念図を示すように、導体であって有機材料から成る微粒子21(円形で示す)と、有機半導体分子22(二重線によって示す)とによって構成された導電路20が基体(具体的には、ゲート絶縁層13)上に形成されている。そして、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合している。尚、結合状態をジグザグの図形で示す。ここで、導電路20に加えられる電界によって導電路20の導電性が制御される。尚、電荷移動の概念図を図1の(A)に矢印で示す。尚、微粒子21は、好適には、基体(ゲート絶縁層13)の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列されている。具体的には、実施例1の半導体装置は、ボトムゲート型であり、且つ、一種のボトムコンタクト型のFET(TFT)である。   In the semiconductor device of Example 1, as shown in conceptual diagrams in FIGS. 1A and 1B, fine particles 21 (shown in a circle) made of an organic material, which are conductors, and organic semiconductor molecules 22 (two A conductive path 20 is formed on the substrate (specifically, the gate insulating layer 13). And the functional group which the organic molecule (organic polymer) which comprises an organic material has, and the functional group which an organic-semiconductor molecule has have couple | bonded. The combined state is indicated by a zigzag figure. Here, the conductivity of the conductive path 20 is controlled by the electric field applied to the conductive path 20. A conceptual diagram of charge transfer is indicated by an arrow in FIG. The fine particles 21 are preferably arranged in a two-dimensional regular and filled state in a plane substantially parallel to the surface of the substrate (gate insulating layer 13). Specifically, the semiconductor device of Example 1 is a bottom gate type and a kind of bottom contact type FET (TFT).

実施例1の半導体装置は、より具体的には、図2の(D)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)支持体11上に形成されたゲート電極12、
(B)支持体11及びゲート電極12上に形成されたゲート絶縁層13(基体に相当する)、
(C)ゲート絶縁層13上に形成されたソース/ドレイン電極14、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極14の間であってゲート絶縁層13上に形成され、導電路20によって構成されたチャネル形成領域15、
から構成されている。
More specifically, in the semiconductor device of Example 1, as shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG.
(A) a gate electrode 12 formed on the support 11;
(B) a gate insulating layer 13 (corresponding to a substrate) formed on the support 11 and the gate electrode 12;
(C) a source / drain electrode 14 formed on the gate insulating layer 13, and
(D) a channel forming region 15 formed between the source / drain electrodes 14 and on the gate insulating layer 13 and constituted by the conductive path 20;
It is composed of

実施例1においては、導体から成る微粒子21として、ドーパントとしてヨウ素がドーピングされた構造式(23)にて示すポリチオフェンの一部にジアゾニウム基(−N+≡N)を導入した有機材料から作製した微粒子を使用し、有機半導体分子22として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端にフェノール基を有する2,2”−ジヒドロキシ−1,1’:4’,1”−テルフェニルを用いる。尚、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は共有結合であり、更には、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ジアゾカップリング反応に基づく。(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(ジアゾニウム基,フェノール基)である。基体は、ゲート絶縁層13(具体的には、SiO2)から成る。 In Example 1, the fine particles 21 made of a conductor were prepared from an organic material in which a diazonium group (—N + ≡N) was introduced into part of the polythiophene represented by the structural formula (23) doped with iodine as a dopant. 2,2 ″ -dihydroxy-1,1 ′: 4 ′, 1 ″ -terphenyl, which is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond as the organic semiconductor molecule 22 and having phenol groups at both ends of the molecule. Is used. The bond between the functional group of the organic molecule (organic polymer) constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond, and further, the functional group of the organic molecule constituting the organic material is The bond with the functional group of the organic semiconductor molecule is based on a diazo coupling reaction. The combination of (functional group possessed by organic molecule constituting organic material, functional group possessed by organic semiconductor molecule) is (diazonium group, phenol group). The base is made of a gate insulating layer 13 (specifically, SiO 2 ).

チャネル形成領域15は、微粒子21と有機半導体分子22との結合体の単一層としてもよいし、2層以上、10層程度の結合体の積層構造としてもよい。1層の厚さは、微粒子の粒径(数nm)と概ね同じである。微粒子21の平均粒径を約10nmと仮定し、10層の結合体の積層構造とする場合、チャネル形成領域15の厚さはおおよそ100nmとなる。尚、結合体の1層ずつを独立して形成することによってチャネル形成領域15を得ることができるので、各結合体毎、又は、結合体の積層構造毎に、微粒子21を構成する材料や微粒子21の平均粒径、有機半導体分子22を変えて、チャネル形成領域15の特性を制御してもよい。   The channel forming region 15 may be a single layer of a combination of the fine particles 21 and the organic semiconductor molecules 22 or may be a laminated structure of a combination of two or more layers and about ten layers. The thickness of one layer is approximately the same as the particle size (several nm) of the fine particles. When the average particle diameter of the fine particles 21 is assumed to be about 10 nm, and the laminated structure of 10 layers is combined, the thickness of the channel forming region 15 is approximately 100 nm. In addition, since the channel formation region 15 can be obtained by forming each layer of the bonded body independently, the material or the fine particles constituting the fine particles 21 for each bonded body or for each stacked structure of the bonded body The characteristics of the channel forming region 15 may be controlled by changing the average particle size 21 and the organic semiconductor molecules 22.

以下、図2の(A)〜(D)を参照して、実施例1の半導体装置の製造方法の概要を説明する。   Hereinafter, with reference to FIGS. 2A to 2D, an outline of a method of manufacturing the semiconductor device of Example 1 will be described.

[工程−100]
先ず、支持体11上にゲート電極12を形成する。具体的には、表面にSiO2から成る絶縁膜が形成されたガラス基板から成る支持体11上に、ゲート電極12を形成すべき部分が除去されたレジスト層(図示せず)を、リソグラフィ技術に基づき形成する。その後、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ゲート電極12としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフトオフ法に基づき、ゲート電極12を得ることができる。
[Step-100]
First, the gate electrode 12 is formed on the support 11. Specifically, a resist layer (not shown) from which a portion where the gate electrode 12 is to be formed has been removed on a support 11 made of a glass substrate having an insulating film made of SiO 2 formed on the surface, is applied to a lithography technique. Form based on. Thereafter, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a gate electrode 12 are sequentially formed on the entire surface by vacuum deposition, and then the resist layer is removed. To do. Thus, the gate electrode 12 can be obtained based on a so-called lift-off method.

[工程−110]
次に、ゲート電極12を含む支持体11上にゲート絶縁層13を形成する。具体的には、SiO2から成るゲート絶縁層13を、スパッタリング法に基づきゲート電極12及び支持体11上に形成する。ゲート絶縁層13の成膜を行う際、ゲート電極12の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極12の取出部(図示せず)をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-110]
Next, the gate insulating layer 13 is formed on the support 11 including the gate electrode 12. Specifically, the gate insulating layer 13 made of SiO 2 is formed on the gate electrode 12 and the support 11 based on the sputtering method. When forming the gate insulating layer 13, by covering a part of the gate electrode 12 with a hard mask, an extraction portion (not shown) of the gate electrode 12 can be formed without a photolithography process.

[工程−120]
次に、ゲート絶縁層13の上に金(Au)層から成るソース/ドレイン電極14を形成する。具体的には、ゲート絶縁層13上に、ソース/ドレイン電極14を形成すべき部分が除去されたレジスト層をリソグラフィ技術に基づき形成する。そして、[工程−100]と同様にして、レジスト層及びゲート絶縁層13上に、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフトオフ法に基づき、ソース/ドレイン電極14を得ることができる(図2の(A)参照)。
[Step-120]
Next, a source / drain electrode 14 made of a gold (Au) layer is formed on the gate insulating layer 13. Specifically, a resist layer from which a portion where the source / drain electrode 14 is to be formed is removed is formed on the gate insulating layer 13 based on the lithography technique. Then, similarly to [Step-100], a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and gold (Au) as a source / drain electrode 14 on the resist layer and the gate insulating layer 13. The layers are sequentially formed by vacuum deposition, and then the resist layer is removed. In this way, the source / drain electrode 14 can be obtained based on the so-called lift-off method (see FIG. 2A).

[工程−130]
その後、微粒子21を含む溶液から成る薄膜を形成した後、溶液に含まれる溶媒を蒸発させる。尚、溶液に含まれる溶媒を蒸発させる工程において、蒸発速度を制御しながら溶液に含まれる溶媒を蒸発させることで、微粒子21を、基体(ゲート絶縁層13)の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列させることができる。この状態を模式的に図2の(B)に示す。
[Step-130]
Thereafter, after forming a thin film made of a solution containing the fine particles 21, the solvent contained in the solution is evaporated. In the step of evaporating the solvent contained in the solution, the solvent contained in the solution is evaporated while controlling the evaporation rate, so that the fine particles 21 are in a plane substantially parallel to the surface of the substrate (gate insulating layer 13). They can be arranged two-dimensionally and in a filled state. This state is schematically shown in FIG.

[工程−140]
次いで、有機半導体分子22をpH3の希硫酸に溶解した溶液にゲート絶縁層13を含む全体を浸漬した後、トルエンで洗浄して溶液を置換し、その後、溶媒を蒸発させる。このとき、微粒子21における有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子22が有する官能基とが結合する。1個の微粒子21の表面には、多数の有機半導体分子22が微粒子21を包み込むように結合する。そして、それらの内の一部が、もう一方の分子末端にある官能基によって他の微粒子21における有機材料を構成する有機分子が有する官能基とも結合するため、有機半導体分子22によって微粒子21が2次元ネットワーク状に連結された1層目の結合体層23が形成される。この状態を、模式的に図2の(C)に示す。また、2種類の一般的な反応式、及び、具体的な反応式を、以下に示すが、(R1,R2)は(有機半導体分子,有機材料)又は(有機材料,有機半導体分子)を示す。
[Step-140]
Next, the whole including the gate insulating layer 13 is immersed in a solution in which the organic semiconductor molecules 22 are dissolved in dilute sulfuric acid having a pH of 3, and then washed with toluene to replace the solution. Thereafter, the solvent is evaporated. At this time, the functional group which the organic molecule which comprises the organic material in the fine particle 21 has, and the functional group which the organic-semiconductor molecule 22 has couple | bond together. A large number of organic semiconductor molecules 22 are bonded to the surface of one fine particle 21 so as to enclose the fine particle 21. A part of them is also bonded to the functional group of the organic molecule constituting the organic material in the other fine particle 21 by the functional group at the other molecular end. A first combined body layer 23 connected in a dimensional network is formed. This state is schematically shown in FIG. In addition, two general reaction formulas and specific reaction formulas are shown below. (R 1 , R 2 ) is (organic semiconductor molecule, organic material) or (organic material, organic semiconductor molecule) Indicates.

Figure 2006108400
Figure 2006108400

Figure 2006108400
Figure 2006108400

こうして、有機半導体分子22が両端に有する官能基によって有機半導体分子22と微粒子21とが化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路20が構築される。図2の(C)に示す状態にあっては、微粒子21と有機半導体分子22との結合体の単一層によって導電路20が構築されている。   Thus, the organic semiconductor molecules 22 and the fine particles 21 are chemically (alternatively) bonded to each other by the functional groups of the organic semiconductor molecules 22 at both ends, whereby the network-like conductive path 20 is constructed. In the state shown in FIG. 2C, the conductive path 20 is constructed by a single layer of a combination of the fine particles 21 and the organic semiconductor molecules 22.

[工程−150]
次に、必要に応じて、[工程−130]及び[工程−140]を所望の回数だけ繰り返す。こうして、有機半導体分子22が両端に有する官能基によって有機半導体分子22と微粒子21とが3次元的に化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路20が構築され、微粒子21と有機半導体分子22との結合体の積層構造によって導電路20が構成されている構造を得ることができる。尚、図2の(D)には、[工程−140]及び[工程−150]を3回、繰り返し、微粒子21と有機半導体分子22との結合体の3層の積層構造を得た状態を示している。
[Step-150]
Next, [Step-130] and [Step-140] are repeated as many times as necessary. Thus, the organic semiconductor molecules 22 and the fine particles 21 are three-dimensionally and chemically (alternatively) bonded by the functional groups of the organic semiconductor molecules 22 at both ends, whereby the network-like conductive path 20 is constructed, and the fine particles 21 are formed. It is possible to obtain a structure in which the conductive path 20 is configured by a laminated structure of a combination of the organic semiconductor molecule 22 and the organic semiconductor molecule 22. In FIG. 2D, [Step-140] and [Step-150] are repeated three times to obtain a state where a three-layer laminated structure of a combination of the fine particles 21 and the organic semiconductor molecules 22 is obtained. Show.

[工程−160]
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層(図示せず)を形成し、ソース/ドレイン電極14の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース/ドレイン電極14に接続された配線(図示せず)が絶縁層上に形成された実施例1の半導体装置(電界効果型トランジスタ)を完成させることができる。
[Step-160]
Finally, an insulating layer (not shown) as a passivation film is formed on the entire surface, an opening is formed in the insulating layer above the source / drain electrode 14, and a wiring material layer is formed on the entire surface including the inside of the opening. Then, by patterning the wiring material layer, the semiconductor device (field effect transistor) of Example 1 in which the wiring (not shown) connected to the source / drain electrode 14 is formed on the insulating layer can be completed. it can.

実施例2は、実施例1の変形である。実施例2の半導体装置は、ボトムゲート型であり、且つ、一種のトップコンタクト型のFET(TFT)である。   The second embodiment is a modification of the first embodiment. The semiconductor device of Example 2 is a bottom gate type and a kind of top contact type FET (TFT).

実施例2の半導体装置は、より具体的には、図3の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)支持体11上に形成されたゲート電極12、
(B)支持体11及びゲート電極12上に形成されたゲート絶縁層13(基体に相当する)、
(C)ゲート絶縁層13上に形成され、導電路20によって構成されたチャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15A、並びに、
(D)チャネル形成領域構成層15A上に形成されたソース/ドレイン電極14、
を備えている。
More specifically, in the semiconductor device of Example 2, as shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG.
(A) a gate electrode 12 formed on the support 11;
(B) a gate insulating layer 13 (corresponding to a substrate) formed on the support 11 and the gate electrode 12;
(C) a channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 formed on the gate insulating layer 13 and constituted by the conductive path 20, and
(D) source / drain electrodes 14 formed on the channel formation region constituting layer 15A;
It has.

実施例2においても、導電路20は、実施例1と同様に、導体から成る微粒子21と、有機半導体分子22とによって構成されており、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子22が有する官能基とが結合している。そして、ゲート電極12に印加されるゲート電圧に基づき、導電路20に加えられる電界によって導電路20の導電性が制御される。   Also in the second embodiment, the conductive path 20 is configured by the fine particles 21 made of a conductor and the organic semiconductor molecules 22 as in the first embodiment, and the functional groups of the organic molecules constituting the organic material and the organic A functional group of the semiconductor molecule 22 is bonded. Then, the conductivity of the conductive path 20 is controlled by the electric field applied to the conductive path 20 based on the gate voltage applied to the gate electrode 12.

以下、図3の(A)及び(B)を参照して、実施例2の半導体装置の製造方法の概要を説明する。   Hereinafter, with reference to FIGS. 3A and 3B, an outline of a method for manufacturing the semiconductor device of Example 2 will be described.

[工程−200]
先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、支持体11上にゲート電極12を形成した後、実施例1の[工程−110]と同様にして、ゲート電極12を含む支持体11上にゲート絶縁層13を形成する。
[Step-200]
First, after forming the gate electrode 12 on the support 11 in the same manner as [Step-100] in Example 1, the support including the gate electrode 12 in the same manner as [Step-110] in Example 1. A gate insulating layer 13 is formed on 11.

[工程−210]
次に、実施例1の[工程−130]〜[工程−140]を実行することで、微粒子21と有機半導体分子22とを化学的に結合させる。こうして、有機半導体分子22によって微粒子21が2次元ネットワーク状に連結された1層目の結合体層23から成る導電路20を形成することができ、チャネル形成領域構成層15Aを得ることができる。即ち、ソース/ドレイン電極14を形成すべきゲート絶縁層13の部分の上にチャネル形成領域15を形成することができる。この状態を、模式的に図3の(A)に示す。更に、必要に応じて、実施例1の[工程−150]と同様に、実施例1の[工程−130]及び[工程−140]を所望の回数だけ繰り返す。
[Step-210]
Next, [Step-130] to [Step-140] of Example 1 are executed to chemically bond the fine particles 21 and the organic semiconductor molecules 22. Thus, the conductive path 20 composed of the first combined body layer 23 in which the fine particles 21 are connected in a two-dimensional network by the organic semiconductor molecules 22 can be formed, and the channel forming region constituting layer 15A can be obtained. That is, the channel formation region 15 can be formed on the portion of the gate insulating layer 13 where the source / drain electrode 14 is to be formed. This state is schematically shown in FIG. Furthermore, if necessary, [Step-130] and [Step-140] of Example 1 are repeated a desired number of times in the same manner as [Step-150] of Example 1.

[工程−220]
その後、チャネル形成領域構成層15Aの上に、チャネル形成領域15を挟むようにソース/ドレイン電極14を形成する(図3の(B)参照)。具体的には、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。ソース/ドレイン電極14の成膜を行う際、チャネル形成領域構成層15Aの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-220]
After that, the source / drain electrodes 14 are formed on the channel formation region constituting layer 15A so as to sandwich the channel formation region 15 (see FIG. 3B). Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a source / drain electrode 14 are sequentially formed based on a vacuum deposition method. When the source / drain electrode 14 is formed, the source / drain electrode 14 can be formed without a photolithography process by covering a part of the channel formation region constituting layer 15A with a hard mask.

[工程−230]
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層(図示せず)を形成し、ソース/ドレイン電極14の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース/ドレイン電極14に接続された配線(図示せず)が絶縁層上に形成された実施例2の半導体装置(電界効果型トランジスタ)を完成させることができる。
[Step-230]
Finally, an insulating layer (not shown) as a passivation film is formed on the entire surface, an opening is formed in the insulating layer above the source / drain electrode 14, and a wiring material layer is formed on the entire surface including the inside of the opening. Then, by patterning the wiring material layer, the semiconductor device (field effect transistor) of Example 2 in which the wiring (not shown) connected to the source / drain electrode 14 is formed on the insulating layer is completed. it can.

実施例3も、実施例1の変形である、実施例3の半導体装置は、図4の(C)に模式的な一部断面図を示すように、トップゲート型であって、一種のボトムコンタクト型のFET(より具体的には、TFT)であり、
(A)基体に相当する支持体11上に形成されたソース/ドレイン電極14、
(B)ソース/ドレイン電極14の間の基体(支持体11)上に形成され、導電路20によって構成されたチャネル形成領域15、
(C)ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に形成されたゲート絶縁層13、並びに、
(D)ゲート絶縁層13上に形成されたゲート電極12、
を備えている。
Example 3 is also a modification of Example 1, and the semiconductor device of Example 3 is a top gate type as shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG. Contact type FET (more specifically, TFT),
(A) a source / drain electrode 14 formed on a support 11 corresponding to a substrate;
(B) a channel forming region 15 formed on the substrate (support 11) between the source / drain electrodes 14 and configured by the conductive path 20;
(C) a gate insulating layer 13 formed on the source / drain electrode 14 and the channel formation region 15, and
(D) a gate electrode 12 formed on the gate insulating layer 13;
It has.

ここで、導電路20は、実施例1と同様に、導体から成る微粒子21と、有機半導体分子22とによって構成されており、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と、有機半導体分子22が有する官能基とが結合している。そして、ゲート電極12に印加されるゲート電圧に基づき、導電路20に加えられる電界によって導電路20の導電性が制御される。   Here, the conductive path 20 is composed of the fine particles 21 made of a conductor and the organic semiconductor molecules 22 as in the first embodiment, and the functional groups of the organic molecules (organic polymer) constituting the organic material The functional group of the organic semiconductor molecule 22 is bonded. Then, the conductivity of the conductive path 20 is controlled by the electric field applied to the conductive path 20 based on the gate voltage applied to the gate electrode 12.

以下、図4の(A)〜(C)を参照して、実施例3の半導体装置の製造方法を説明する。   Hereinafter, with reference to FIGS. 4A to 4C, a method of manufacturing the semiconductor device of Example 3 will be described.

[工程−300]
先ず、劈開した雲母から成る基体に相当する支持体11上にソース/ドレイン電極14を形成する(図4の(A)参照)。具体的には、支持体11上に、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を真空蒸着法に基づき形成する。ソース/ドレイン電極14の成膜を行う際、支持体11の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。尚、雲母と金層との間の密着性は良好であるが故に、密着層の形成は不要である。
[Step-300]
First, a source / drain electrode 14 is formed on a support 11 corresponding to a substrate made of cleaved mica (see FIG. 4A). Specifically, a gold (Au) layer as the source / drain electrode 14 is formed on the support 11 based on a vacuum deposition method. When the source / drain electrode 14 is formed, the source / drain electrode 14 can be formed without a photolithography process by covering a part of the support 11 with a hard mask. In addition, since the adhesiveness between a mica and a gold layer is favorable, formation of an adhesive layer is unnecessary.

[工程−310]
その後、ソース/ドレイン電極14の間の支持体11上に、導電路20によって構成されたチャネル形成領域15を形成する。具体的には、実施例1の[工程−130]〜[工程−140]を実行することで、有機半導体分子22によって微粒子21が2次元ネットワーク状に連結された1層目の結合体層から成る導電路20を形成することができる。即ち、ソース/ドレイン電極14の間の支持体11上にチャネル形成領域15を形成することができる。この状態を、模式的に図4の(B)に示す。更に、必要に応じて、実施例1の[工程−150]と同様に、実施例1の[工程−130]及び[工程−140]を所望の回数だけ繰り返す。
[Step-310]
Thereafter, the channel forming region 15 constituted by the conductive path 20 is formed on the support 11 between the source / drain electrodes 14. Specifically, by performing [Step-130] to [Step-140] of Example 1, the first combined layer in which the fine particles 21 are connected in a two-dimensional network form by the organic semiconductor molecules 22 is used. A conductive path 20 can be formed. That is, the channel forming region 15 can be formed on the support 11 between the source / drain electrodes 14. This state is schematically shown in FIG. Furthermore, if necessary, [Step-130] and [Step-140] of Example 1 are repeated a desired number of times in the same manner as [Step-150] of Example 1.

[工程−320]
次いで、ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上にゲート絶縁層13を形成する。具体的には、PVAをスピンコーティング法にて全面に成膜することで、ゲート絶縁層13を得ることができる。
[Step-320]
Next, the gate insulating layer 13 is formed on the source / drain electrodes 14 and the channel formation region 15. Specifically, the gate insulating layer 13 can be obtained by depositing PVA on the entire surface by spin coating.

[工程−330]
その後、ゲート絶縁層13上にゲート電極12を形成する。具体的には、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ゲート電極12としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて成膜する。ゲート電極12の成膜を行う際、ゲート絶縁層13の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極12をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。こうして、図4の(C)に示す構造を得ることができる。
[Step-330]
Thereafter, the gate electrode 12 is formed on the gate insulating layer 13. Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a gate electrode 12 are sequentially formed by vacuum deposition. When the gate electrode 12 is formed, the gate electrode 12 can be formed without a photolithography process by covering a part of the gate insulating layer 13 with a hard mask. Thus, the structure shown in FIG. 4C can be obtained.

[工程−340]
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層(図示せず)を形成し、ソース/ドレイン電極14の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース/ドレイン電極14に接続された配線(図示せず)が絶縁層上に形成された実施例3の半導体装置(電界効果型トランジスタ)を完成させることができる。
[Step-340]
Finally, an insulating layer (not shown) as a passivation film is formed on the entire surface, an opening is formed in the insulating layer above the source / drain electrode 14, and a wiring material layer is formed on the entire surface including the inside of the opening. Then, by patterning the wiring material layer, the semiconductor device (field effect transistor) of Example 3 in which the wiring (not shown) connected to the source / drain electrode 14 is formed on the insulating layer can be completed. it can.

実施例4も、実施例1の変形である。実施例4の半導体装置は、図5の(C)に模式的な一部断面図を示すように、トップゲート型であって、一種のトップコンタクト型のFET(より具体的には、TFT)であり、
(A)基体に相当する支持体11上に形成され、導電路20によって構成されたチャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15A、
(B)チャネル形成領域構成層15A上に形成されたソース/ドレイン電極14、
(C)ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に形成されたゲート絶縁層13、並びに、
(D)ゲート絶縁層13上に形成されたゲート電極12、
を備えている。
The fourth embodiment is also a modification of the first embodiment. The semiconductor device of Example 4 is a top gate type, and is a kind of top contact type FET (more specifically, TFT), as shown in a schematic partial sectional view in FIG. And
(A) a channel formation region constituting layer 15A including a channel formation region 15 formed on the support 11 corresponding to the base and constituted by the conductive path 20;
(B) source / drain electrodes 14 formed on the channel formation region constituting layer 15A;
(C) a gate insulating layer 13 formed on the source / drain electrode 14 and the channel formation region 15, and
(D) a gate electrode 12 formed on the gate insulating layer 13;
It has.

ここで、導電路20は、実施例1と同様に、導体から成る微粒子21と、有機半導体分子22とによって構成されており、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と、有機半導体分子22が有する官能基とが結合している。そして、ゲート電極12に印加されるゲート電圧に基づき、導電路20に加えられる電界によって導電路20の導電性が制御される。   Here, the conductive path 20 is composed of the fine particles 21 made of a conductor and the organic semiconductor molecules 22 as in the first embodiment, and the functional groups of the organic molecules (organic polymer) constituting the organic material The functional group of the organic semiconductor molecule 22 is bonded. Then, the conductivity of the conductive path 20 is controlled by the electric field applied to the conductive path 20 based on the gate voltage applied to the gate electrode 12.

以下、図5の(A)〜(C)を参照して、実施例4の半導体装置の製造方法を説明する。   Hereinafter, with reference to FIGS. 5A to 5C, a method of manufacturing the semiconductor device of Example 4 will be described.

[工程−400]
先ず、劈開した雲母から成る基体に相当する支持体11上にチャネル形成領域15を構成するチャネル形成領域構成層15Aを形成する。具体的には、実施例1の[工程−130]〜[工程−140]を実行することで、有機半導体分子22によって微粒子21が2次元ネットワーク状に連結された1層目の結合体層から成る導電路20を形成することができる。即ち、支持体11上にチャネル形成領域15を構成するチャネル形成領域構成層15Aを形成することができる。この状態を、模式的に図5の(A)に示す。更に、必要に応じて、実施例1の[工程−150]と同様に、実施例1の[工程−130]及び[工程−140]を所望の回数だけ繰り返す。
[Step-400]
First, a channel formation region constituting layer 15A constituting the channel formation region 15 is formed on a support 11 corresponding to a substrate made of cleaved mica. Specifically, by performing [Step-130] to [Step-140] of Example 1, the first combined layer in which the fine particles 21 are connected in a two-dimensional network form by the organic semiconductor molecules 22 is used. A conductive path 20 can be formed. That is, the channel formation region constituting layer 15 </ b> A constituting the channel formation region 15 can be formed on the support 11. This state is schematically shown in FIG. Furthermore, if necessary, [Step-130] and [Step-140] of Example 1 are repeated a desired number of times in the same manner as [Step-150] of Example 1.

[工程−410]
その後、チャネル形成領域構成層15Aの上に、チャネル形成領域15を挟むようにソース/ドレイン電極14を形成する。具体的には、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する(図5の(B)参照)。ソース/ドレイン電極14の成膜を行う際、チャネル形成領域構成層15Aの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-410]
Thereafter, the source / drain electrodes 14 are formed on the channel formation region constituting layer 15A so as to sandwich the channel formation region 15. Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a source / drain electrode 14 are sequentially formed based on a vacuum deposition method (( B)). When the source / drain electrode 14 is formed, the source / drain electrode 14 can be formed without a photolithography process by covering a part of the channel formation region constituting layer 15A with a hard mask.

[工程−420]
次いで、ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に、実施例3の[工程−320]と同様にして、ゲート絶縁層13を形成する。
[Step-420]
Next, the gate insulating layer 13 is formed on the source / drain electrodes 14 and the channel formation region 15 in the same manner as in [Step-320] of the third embodiment.

[工程−430]
その後、ゲート絶縁層13上にゲート電極12を形成する。具体的には、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ゲート電極12としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて成膜する。ゲート電極12の成膜を行う際、ゲート絶縁層13の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極12をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。こうして、図5の(C)に示す構造を得ることができる。
[Step-430]
Thereafter, the gate electrode 12 is formed on the gate insulating layer 13. Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a gate electrode 12 are sequentially formed by vacuum deposition. When the gate electrode 12 is formed, the gate electrode 12 can be formed without a photolithography process by covering a part of the gate insulating layer 13 with a hard mask. Thus, the structure shown in FIG. 5C can be obtained.

[工程−440]
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層(図示せず)を形成し、ソース/ドレイン電極14の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース/ドレイン電極14に接続された配線(図示せず)が絶縁層上に形成された実施例4の半導体装置(電界効果型トランジスタ)を完成させることができる。
[Step-440]
Finally, an insulating layer (not shown) as a passivation film is formed on the entire surface, an opening is formed in the insulating layer above the source / drain electrode 14, and a wiring material layer is formed on the entire surface including the inside of the opening. Then, by patterning the wiring material layer, the semiconductor device (field effect transistor) of Example 4 in which the wiring (not shown) connected to the source / drain electrode 14 is formed on the insulating layer is completed. it can.

実施例5も、実施例1の変形である。実施例5においては、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は共有結合であり、更には、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、アルドール縮合に基づく。具体的には、導体から成る微粒子21として、ドーパントとしてヨウ素がドーピングされた構造式(23)にて示すポリチオフェンの一部にアルデヒド基(−CHO)を導入した有機材料から作製した微粒子を使用し、有機半導体分子22として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端にアルデヒド基を有する4,4’−ビフェニルジエタナールを用いる。(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、
(アルデヒド基,アルデヒド基)である。
The fifth embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 5, the bond between the functional group of the organic molecule (organic polymer) constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond, and further, the organic molecule constituting the organic material is The bond between the functional group possessed and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule is based on aldol condensation. Specifically, fine particles made of an organic material in which an aldehyde group (—CHO) is introduced into a part of the polythiophene represented by the structural formula (23) doped with iodine as a dopant are used as the fine particles 21 made of a conductor. As the organic semiconductor molecule 22, 4,4′-biphenyldiethanol is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond and having aldehyde groups at both ends of the molecule. The combination of (functional group possessed by organic molecule constituting organic material, functional group possessed by organic semiconductor molecule)
(Aldehyde group, aldehyde group).

実施例5にあっては、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合しているが、この結合は、実施例1の[工程−140]と同様の工程において、有機半導体分子を水酸化ナトリウム溶液に溶解し、支持体11を浸漬する際に100゜C程度に加熱することによって達成することができる。2種類の一般的な反応式、及び、具体的な反応式を、以下に示すが、R1,R1a,R1bは有機半導体分子を示し、R2,R2a,R2bは有機材料を構成する有機分子を示す。 In Example 5, the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule are bonded to each other, and this bonding is performed according to [Step-140] of Example 1. In the same step, it can be achieved by dissolving organic semiconductor molecules in a sodium hydroxide solution and heating to about 100 ° C. when the support 11 is immersed. Two general reaction formulas and specific reaction formulas are shown below. R 1 , R 1a and R 1b represent organic semiconductor molecules, and R 2 , R 2a and R 2b represent organic materials. An organic molecule is shown.

Figure 2006108400
Figure 2006108400

Figure 2006108400
Figure 2006108400

尚、実施例5において説明した微粒子及び有機半導体分子を、実施例2〜実施例4にも適用することができる。   The fine particles and organic semiconductor molecules described in Example 5 can also be applied to Examples 2 to 4.

実施例6も、実施例1の変形である。実施例6においては、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は共有結合であり、更には、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、エステル結合に基づく。具体的には、導体から成る微粒子21として、ドーパントとしてヨウ素がドーピングされた構造式(23)にて示すポリチオフェンの一部にカルボキシル基(−COOH)を導入した有機材料から作製した微粒子を使用し、有機半導体分子22として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に共役結合を有する有機半導体分子であって両端にヒドロキシル基を有する4,4’−ビフェニルジオールを用いる。(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(カルボキシル基,ヒドロキシル基)である。   The sixth embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 6, the bond between the functional group of the organic molecule (organic polymer) constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond, and further, the organic molecule constituting the organic material is The bond between the functional group possessed and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule is based on an ester bond. Specifically, fine particles made of an organic material in which a carboxyl group (—COOH) is introduced into a part of the polythiophene represented by the structural formula (23) doped with iodine as a dopant are used as the fine particles 21 made of a conductor. As the organic semiconductor molecule 22, 4,4′-biphenyldiol which is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond and having a conjugated bond at both ends of the molecule and having hydroxyl groups at both ends is used. A combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) is (carboxyl group, hydroxyl group).

実施例6にあっては、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合しているが、この結合は、実施例1の[工程−140]と同様の工程において、硫酸水溶液中で溶液を加熱することによって達成することができる。3種類の一般的な反応式、及び、具体的な反応式を、以下に示すが、R1,R1a,R1bは有機材料を構成する有機分子を示し、R2は有機半導体分子を示す。 In Example 6, the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule are bonded to each other, and this bonding is performed according to [Step-140] of Example 1. In a similar step, it can be achieved by heating the solution in aqueous sulfuric acid. Three general reaction formulas and specific reaction formulas are shown below. R 1 , R 1a , and R 1b represent organic molecules constituting the organic material, and R 2 represents an organic semiconductor molecule. .

Figure 2006108400
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尚、実施例6において説明した微粒子及び有機半導体分子を、実施例2〜実施例4にも適用することができる。   The fine particles and organic semiconductor molecules described in Example 6 can also be applied to Examples 2 to 4.

実施例7も、実施例1の変形である。実施例7においては、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は共有結合であり、更には、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、アミド結合に基づく。具体的には、導体から成る微粒子21として、ドーパントとしてヨウ素がドーピングされた構造式(23)にて示すポリチオフェンの一部にカルボキシル基(−COOH)を導入した有機材料から作製した微粒子を使用し、有機半導体分子22として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に共役結合を有する有機半導体分子であって両端にアミノ基を有するベンジジンを用いる。(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(カルボキシル基,アミノ基)である。   The seventh embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 7, the bond between the functional group of the organic molecule (organic polymer) constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond, and further, the organic molecule constituting the organic material is The bond between the functional group possessed and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule is based on an amide bond. Specifically, fine particles made of an organic material in which a carboxyl group (—COOH) is introduced into a part of the polythiophene represented by the structural formula (23) doped with iodine as a dopant are used as the fine particles 21 made of a conductor. The organic semiconductor molecule 22 is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, which is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond at both ends of the molecule and having an amino group at both ends. A combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) is (carboxyl group, amino group).

実施例7にあっては、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合しているが、この結合は、実施例1の[工程−140]と同様の工程において、塩基性溶液中で加熱することによって達成することができる。3種類の一般的な反応式、及び、具体的な反応式を、以下に示すが、R1,R1a,R1bは有機材料を構成する有機分子を示し、R2は有機半導体分子を示す。 In Example 7, the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule are bonded. This bond is the same as [Step-140] in Example 1. In a similar step, it can be achieved by heating in a basic solution. Three general reaction formulas and specific reaction formulas are shown below. R 1 , R 1a , and R 1b represent organic molecules constituting the organic material, and R 2 represents an organic semiconductor molecule. .

Figure 2006108400
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Figure 2006108400
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尚、実施例7において説明した微粒子及び有機半導体分子を、実施例2〜実施例4にも適用することができる。   The fine particles and organic semiconductor molecules described in Example 7 can also be applied to Examples 2 to 4.

実施例8も、実施例1の変形である。実施例8においては、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は共有結合であり、更には、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ウレタン結合に基づく。具体的には、導体から成る微粒子21として、ドーパントとしてヨウ素がドーピングされた構造式(23)にて示すポリチオフェンの一部にヒドロキシル基あるいはチオール基を導入した有機材料から作製した微粒子を使用し、有機半導体分子22として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に共役結合を有する有機半導体分子であって両端にイソシアネート基を有する4,4’−ビフェニルジイソシアネートを用いる。(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(ヒドロキシル基,イソシアネート基)あるいは(チオール基,イソシアネート基)である。   The eighth embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 8, the bond between the functional group of the organic molecule (organic polymer) constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond, and further, the organic molecule constituting the organic material is The bond between the functional group possessed and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule is based on a urethane bond. Specifically, fine particles made of an organic material in which a hydroxyl group or a thiol group is introduced into a part of the polythiophene represented by the structural formula (23) doped with iodine as a dopant are used as the fine particles 21 made of a conductor. As the organic semiconductor molecule 22, 4,4′-biphenyl diisocyanate, which is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond and having an conjugated bond at both ends of the molecule and having an isocyanate group at both ends, is used. The combination of (functional group possessed by organic molecule constituting organic material, functional group possessed by organic semiconductor molecule) is (hydroxyl group, isocyanate group) or (thiol group, isocyanate group).

実施例8にあっては、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合しているが、この結合は、実施例1の[工程−140]と同様の工程において、エタノールに溶解し、支持体11を浸漬することによって達成することができる。4種類の一般的な反応式、及び、具体的な反応式を、以下に示すが、R2は有機半導体分子を示し、R1は有機材料を構成する有機分子を示す。 In Example 8, the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule are bonded to each other, and this bonding is performed according to [Step-140] of Example 1. In a similar step, it can be achieved by dissolving in ethanol and immersing the support 11. Four general reaction formulas and specific reaction formulas are shown below. R 2 represents an organic semiconductor molecule, and R 1 represents an organic molecule constituting the organic material.

Figure 2006108400
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Figure 2006108400
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尚、実施例8において説明した微粒子及び有機半導体分子を、実施例2〜実施例4にも適用することができる。   The fine particles and organic semiconductor molecules described in Example 8 can also be applied to Examples 2 to 4.

実施例9も、実施例1の変形である。実施例9においては、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は共有結合であり、更には、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ジスルフィド結合に基づく。具体的には、導体から成る微粒子21として、ドーパントとしてヨウ素がドーピングされた構造式(23)にて示すポリチオフェンの一部にチオール基を導入した有機材料から作製した微粒子を使用し、有機半導体分子22として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に共役結合を有する有機半導体分子であって両端にチオール基を有する4,4’−ビフェニルジチオールを用いる。(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(チオール基,チオール基)である。   The ninth embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 9, the bond between the functional group of the organic molecule (organic polymer) constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond, and further, the organic molecule constituting the organic material is The bond between the functional group possessed and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule is based on a disulfide bond. Specifically, fine particles made of an organic material in which a thiol group is introduced into a part of the polythiophene represented by the structural formula (23) doped with iodine as a dopant are used as the fine particles 21 made of a conductor. 22 is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, and is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond at both ends of the molecule and 4,4′-biphenyldithiol having a thiol group at both ends. The combination of (functional group possessed by organic molecule constituting organic material, functional group possessed by organic semiconductor molecule) is (thiol group, thiol group).

実施例9にあっては、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合しているが、この結合は、実施例1の[工程−140]と同様の工程において、エタノールに溶解し、支持体を浸漬した後、酸化剤としてヨウ素を加えることによって達成することができる。一般的な反応式、及び、具体的な反応式を、以下に示すが、(R1,R2)は、(有機半導体分子,有機材料を構成する有機分子)あるいは(有機材料を構成する有機分子,有機半導体分子)を示す。 In Example 9, the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule are bonded. This bond is the same as [Step-140] in Example 1. In a similar step, it can be achieved by dissolving in ethanol and immersing the support and then adding iodine as the oxidizing agent. A general reaction formula and a specific reaction formula are shown below. (R 1 , R 2 ) is (organic semiconductor molecule, organic molecule constituting organic material) or (organic constituting organic material) Molecule, organic semiconductor molecule).

Figure 2006108400
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尚、実施例9において説明した微粒子及び有機半導体分子を、実施例2〜実施例4にも適用することができる。   The fine particles and organic semiconductor molecules described in Example 9 can also be applied to Examples 2 to 4.

実施例10も、実施例1の変形である。実施例10においては、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は共有結合であり、更には、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ハロゲン化アルキル基とアルキンとの結合に基づく。具体的には、導体から成る微粒子21として、ドーパントとしてヨウ素がドーピングされた構造式(23)にて示すポリチオフェンの一部にメチル基を導入した有機材料から作製した微粒子を使用し、有機半導体分子22として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に共役結合を有する有機半導体分子であって両端にアセチニル基を有する1,4−ジアセチニルベンゼンを用いる。(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(塩化メチル基,アセチニル基)である。   The tenth embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 10, the bond between the functional group of the organic molecule (organic polymer) constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond, and further, the organic molecule constituting the organic material is The bond between the functional group possessed and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule is based on the bond between the halogenated alkyl group and the alkyne. Specifically, fine particles 21 made of an organic material in which a methyl group is introduced into a part of polythiophene represented by the structural formula (23) doped with iodine as a dopant are used as the fine particles 21 made of a conductor. 22 is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, which is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond at both ends of the molecule and having acetylinyl groups at both ends. The combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) is (methyl chloride group, acetylinyl group).

実施例10にあっては、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合しているが、この結合は、実施例1の[工程−140]と同様の工程において、液体アンモニウムに半導体分子を溶解し、ナトリウムアミドを加え、その後、支持体を浸漬することによって達成することができる。一般的な反応式、及び、具体的な反応式を、以下に示す。   In Example 10, the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule are bonded to each other, and this bonding is performed according to [Step-140] of Example 1. In a similar step, this can be achieved by dissolving the semiconductor molecules in liquid ammonium, adding sodium amide, and then immersing the support. A general reaction formula and a specific reaction formula are shown below.

Figure 2006108400
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Figure 2006108400
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尚、実施例10において説明した微粒子及び有機半導体分子を、実施例2〜実施例4にも適用することができる。   The fine particles and organic semiconductor molecules described in Example 10 can also be applied to Examples 2 to 4.

実施例11も、実施例1の変形である。実施例11においては、有機材料を構成する有機分子(有機高分子)が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は共有結合であり、更には、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、クライゼン縮合に基づく。具体的には、導体から成る微粒子21として、ドーパントとしてヨウ素がドーピングされた構造式(23)にて示すポリチオフェンの一部にエステル結合を導入した有機材料から作製した微粒子を使用し、有機半導体分子22として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に共役結合を有する有機半導体分子であって両端にエステル結合を有するジエチルビフェニル−4,4’−ジカルボキシレートを用いる。(有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(エステル結合,エステル結合)である。   The eleventh embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 11, the bond between the functional group of the organic molecule (organic polymer) constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond, and further, the organic molecule constituting the organic material is The bond between the functional group possessed and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule is based on Claisen condensation. Specifically, fine particles 21 made of an organic material in which an ester bond is introduced into a part of polythiophene represented by the structural formula (23) doped with iodine as a dopant are used as the fine particles 21 made of a conductor. As an organic semiconductor molecule 22 having a conjugated bond, an organic semiconductor molecule having a conjugated bond at both ends of the molecule and having an ester bond at both ends, diethylbiphenyl-4,4′-dicarboxylate is used. The combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) is (ester bond, ester bond).

実施例11にあっては、有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合しているが、この結合は、実施例1の[工程−140]と同様の工程において、エタノールに溶解し、支持体を浸漬した後、ナトリウムエトキシドを加えることによって達成することができる。一般的な反応式、及び、具体的な反応式を、以下に示す。   In Example 11, the functional group possessed by the organic molecule constituting the organic material and the functional group possessed by the organic semiconductor molecule are bonded to each other, and this bonding is performed according to [Step-140] of Example 1. In a similar step, it can be achieved by dissolving in ethanol, immersing the support and then adding sodium ethoxide. A general reaction formula and a specific reaction formula are shown below.

Figure 2006108400
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尚、実施例11において説明した微粒子及び有機半導体分子を、実施例2〜実施例4にも適用することができる。   The fine particles and organic semiconductor molecules described in Example 11 can also be applied to Examples 2 to 4.

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。半導体装置の構造や構成、製造条件は例示であり、適宜変更することができる。本発明によって得られた半導体装置(TFT)を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体や支持部材に多数のTFTを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各TFTを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The structure, configuration, and manufacturing conditions of the semiconductor device are examples, and can be changed as appropriate. When the semiconductor device (TFT) obtained by the present invention is applied to and used in a display device or various electronic devices, it may be a monolithic integrated circuit in which a large number of TFTs are integrated on a support or a support member. It may be cut and individualized and used as a discrete part.

図1の(A)は、実施例1の半導体装置を一部切断した概念図であり、図1の(B)は、微粒子と有機半導体分子とによって構成されている導電路の概念図である。FIG. 1A is a conceptual diagram in which the semiconductor device of Example 1 is partially cut, and FIG. 1B is a conceptual diagram of a conductive path constituted by fine particles and organic semiconductor molecules. . 図2の(A)〜(D)は、実施例1の半導体装置の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図である。2A to 2D are schematic partial cross-sectional views of a support and the like for explaining the method for manufacturing the semiconductor device of Example 1. FIG. 図3の(A)及び(B)は、実施例2の半導体装置の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図である。3A and 3B are schematic partial cross-sectional views of a support and the like for describing the method for manufacturing the semiconductor device of Example 2. FIG. 図4の(A)〜(C)は、実施例3の半導体装置の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図である。4A to 4C are schematic partial cross-sectional views of a support and the like for explaining the method for manufacturing the semiconductor device of Example 3. FIG. 図5の(A)〜(C)は、実施例4の半導体装置の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図である。5A to 5C are schematic partial cross-sectional views of a support and the like for explaining the method for manufacturing a semiconductor device of Example 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11・・・支持体、12・・・ゲート電極、13・・・ゲート絶縁層、14・・・ソース/ドレイン電極、15・・・チャネル形成領域、15A・・・チャネル形成領域構成層、20・・・導電路、21・・・微粒子、22・・・有機半導体分子、23・・・結合体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Support body, 12 ... Gate electrode, 13 ... Gate insulating layer, 14 ... Source / drain electrode, 15 ... Channel formation area, 15A ... Channel formation area structure layer, 20 ... Conductive path, 21 ... fine particles, 22 ... organic semiconductor molecules, 23 ... combined layer

Claims (23)

導体又は半導体であって有機材料から成る微粒子と、有機半導体分子とによって構成された導電路が基体上に形成された半導体装置であって、
有機材料を構成する有機分子が有する官能基と、有機半導体分子が有する官能基とが結合していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which a conductive path composed of fine particles made of an organic material and a conductor or a semiconductor and organic semiconductor molecules is formed on a substrate,
A semiconductor device, wherein a functional group of an organic molecule constituting an organic material is bonded to a functional group of an organic semiconductor molecule.
有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、共有結合であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is a covalent bond. 有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ジアゾカップリング反応に基づくことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is based on a diazo coupling reaction. (有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(ジアゾニウム基,フェノール基)、(ジアゾニウム基,フェニルアミノ基)、(フェノール基,ジアゾニウム基)、又は、(フェニルアミノ基,ジアゾニウム基)であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   The combinations of (functional groups of organic molecules constituting organic materials, functional groups of organic semiconductor molecules) are (diazonium group, phenol group), (diazonium group, phenylamino group), (phenol group, diazonium group), Alternatively, the semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is (phenylamino group, diazonium group). 有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、アルドール縮合に基づくことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is based on aldol condensation. (有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(アルデヒド基,アルデヒド基)、(アルデヒド基,リンイリド基)、(ケトン基,リンイリド基)、(リンイリド基,アルデヒド基)、又は、(リンイリド基,ケトン基)であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。   The combinations of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) are (aldehyde group, aldehyde group), (aldehyde group, phosphorus ylide group), (ketone group, phosphorus ylide group), ( 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is (phosphorus ylide group, aldehyde group) or (phosphorus ylide group, ketone group). 有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、エステル結合に基づくことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is based on an ester bond. (有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(カルボキシル基,ヒドロキシル基)、(ハロゲン化アシル基,ヒドロキシル基)、(無水カルボキシル基,ヒドロキシル基)、(ヒドロキシル基,カルボキシル基)、(ヒドロキシル基,ハロゲン化アシル基)、又は、(ヒドロキシル基,無水カルボキシル基)であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   The combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) is (carboxyl group, hydroxyl group), (halogenated acyl group, hydroxyl group), (anhydrous carboxyl group, hydroxyl group) 8. The semiconductor device according to claim 7, which is (hydroxyl group, carboxyl group), (hydroxyl group, acyl halide group), or (hydroxyl group, anhydrous carboxyl group). 有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、アミド結合に基づくことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is based on an amide bond. (有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(カルボキシル基,アミノ基)、(ハロゲン化アシル基,アミノ基)、(無水カルボキシル基,アミノ基)、(アミノ基,カルボキシル基)、(アミノ基,ハロゲン化アシル基)、又は、(アミノ基,無水カルボキシル基)であることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。   The combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) is (carboxyl group, amino group), (halogenated acyl group, amino group), (anhydrous carboxyl group, amino group) The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor device is (amino group, carboxyl group), (amino group, acyl halide group), or (amino group, anhydrous carboxyl group). 有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ウレタン結合に基づくことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is based on a urethane bond. (有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(イソシアネート基,ヒドロキシル基)、(ヒドロキシル基,イソシアネート基)、(イソシアネート基,チオール基)、(チオール基,イソシアネート基)、(イソチオシアネート基,ヒドロキシル基)、(ヒドロキシル基,イソチオシアネート基)、(イソチオシアネート基,チオール基)、又は、(チオール基,イソチオシアネート基)であることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。   The combinations of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) are (isocyanate group, hydroxyl group), (hydroxyl group, isocyanate group), (isocyanate group, thiol group), ( It is characterized by being (thiol group, isocyanate group), (isothiocyanate group, hydroxyl group), (hydroxyl group, isothiocyanate group), (isothiocyanate group, thiol group), or (thiol group, isothiocyanate group). The semiconductor device according to claim 11. 有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ジスルフィド結合に基づくことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is based on a disulfide bond. (有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(チオール基,チオール基)であることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。   14. The semiconductor device according to claim 13, wherein the combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) is (thiol group, thiol group). 有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、ハロゲン化アルキル基とアルキンとの結合に基づくことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is based on the bond between the halogenated alkyl group and the alkyne. (有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(ハロゲン化アルキル基,アルキン)、又は、(アルキン,ハロゲン化アルキル基)であることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。   The combination of (functional group of organic molecule constituting organic material, functional group of organic semiconductor molecule) is (halogenated alkyl group, alkyne) or (alkyne, halogenated alkyl group). The semiconductor device according to claim 15. 有機材料を構成する有機分子が有する官能基と有機半導体分子が有する官能基との結合は、クライゼン縮合に基づくことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the bond between the functional group of the organic molecule constituting the organic material and the functional group of the organic semiconductor molecule is based on Claisen condensation. (有機材料を構成する有機分子が有する官能基,有機半導体分子が有する官能基)の組合せは、(エステル結合,エステル結合)であることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。   18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the combination of (functional group of organic molecule constituting organic material and functional group of organic semiconductor molecule) is (ester bond, ester bond). 有機半導体分子は、官能基を2つ以上有していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the organic semiconductor molecule has two or more functional groups. 有機半導体分子は、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に、チオール基(−SH)、アミノ基(−NH2)、ジアゾニウム基(−N2 +)、フェノール基(−C64OH)、フェニルアミノ基(−C64NH2)、アルデヒド基(−CHO)、ケトン基(−CO−)、リンイリド基(=P(C653)、カルボキシル基(−COOH)、ヒドロキシル基(−OH)、ハロゲン化アシル基(−COX(X:Cl,Br,I))、無水カルボキシル基(−COOCO−)、イソシアネート基(−NCO)、イソチオシアネート基(−NCS)、アルキン(−C≡C−H)、又は、エステル結合(−COO−)を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 An organic semiconductor molecule is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, and has a thiol group (—SH), an amino group (—NH 2 ), a diazonium group (—N 2 + ), a phenol group (—C) at both ends of the molecule. 6 H 4 OH), phenylamino group (-C 6 H 4 NH 2) , aldehyde group (-CHO), ketone group (-CO-), phosphorus ylide group (= P (C 6 H 5 ) 3), a carboxyl group (—COOH), hydroxyl group (—OH), acyl halide group (—COX (X: Cl, Br, I)), anhydrous carboxyl group (—COOCO—), isocyanate group (—NCO), isothiocyanate group ( The semiconductor device according to claim 1, which has an —NCS), an alkyne (—C≡C—H), or an ester bond (—COO—). 有機材料を構成する有機分子が有する官能基は、チオール基(−SH)、アミノ基(−NH2)、ジアゾニウム基(−N2 +)、フェノール基(−C64OH)、フェニルアミノ基(−C64NH2)、アルデヒド基(−CHO)、ケトン基(−CO−)、リンイリド基(=P(C653)、カルボキシル基(−COOH)、ヒドロキシル基(−OH)、ハロゲン化アシル基(−COX(X:Cl,Br,I))、無水カルボキシル基(−COOCO−)、イソシアネート基(−NCO)、イソチオシアネート基(−NCS)、アルキン(−C≡C−H)、又は、エステル結合(−COO−)であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The functional groups of the organic molecules constituting the organic material are thiol group (—SH), amino group (—NH 2 ), diazonium group (—N 2 + ), phenol group (—C 6 H 4 OH), phenylamino Group (—C 6 H 4 NH 2 ), aldehyde group (—CHO), ketone group (—CO—), phosphorus ylide group (═P (C 6 H 5 ) 3 ), carboxyl group (—COOH), hydroxyl group ( -OH), acyl halide groups (-COX (X: Cl, Br, I)), anhydrous carboxyl groups (-COOCO-), isocyanate groups (-NCO), isothiocyanate groups (-NCS), alkynes (-C 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein ≡C—H) or an ester bond (—COO—). 導電路に加えられる電界によって導電路の導電性が制御されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein conductivity of the conductive path is controlled by an electric field applied to the conductive path. ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン電極を有する電界効果型トランジスタから成り、
導電路によってチャネル形成領域が構成されていることを特徴とする請求項22に記載の半導体装置。
A field effect transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a channel formation region, and a source / drain electrode;
23. The semiconductor device according to claim 22, wherein a channel formation region is constituted by the conductive path.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008147618A (en) * 2006-11-13 2008-06-26 Sony Corp Method of manufacturing semiconductor device

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