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JP6515668B2 - Organic semiconductor transistor - Google Patents

Organic semiconductor transistor Download PDF

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JP6515668B2 JP2015095901A JP2015095901A JP6515668B2 JP 6515668 B2 JP6515668 B2 JP 6515668B2 JP 2015095901 A JP2015095901 A JP 2015095901A JP 2015095901 A JP2015095901 A JP 2015095901A JP 6515668 B2 JP6515668 B2 JP 6515668B2
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Description

本発明は、トップゲート構造の有機半導体トランジスタに関するものである。   The present invention relates to a top gate organic semiconductor transistor.

従来より、有機半導体膜を用いた有機半導体トランジスタが知られている。有機半導体トランジスタでは、有機半導体薄膜と接するゲート絶縁膜の比誘電率が高いとトラップが形成されることで移動度が低下する。このため、特許文献1において、ゲート絶縁膜のうち有機半導体薄膜と接する部分を比誘電率が1.5〜3.5の低誘電率ポリマーとし、有機半導体薄膜と接していない部分を比誘電率が4以上のポリマーとする構造が提案されている。   Conventionally, an organic semiconductor transistor using an organic semiconductor film is known. In the organic semiconductor transistor, if the relative dielectric constant of the gate insulating film in contact with the organic semiconductor thin film is high, the mobility is lowered by the formation of the trap. Therefore, in Patent Document 1, the portion of the gate insulating film in contact with the organic semiconductor thin film is a low dielectric constant polymer with a relative permittivity of 1.5 to 3.5, and the portion not in contact with the organic semiconductor thin film is a relative permittivity. The structure which makes 4 or more polymers is proposed.

特開2005−175386号公報JP 2005-175386 A

有機半導体トランジスタとして、ゲート電極がソース電極やドレイン電極よりも上層に配置されたトップゲート構造の有機半導体トランジスタがある。トップゲート構造の有機半導体トランジスタは、ゲート絶縁膜により有機半導体薄膜が被覆された構造であるため、大気中の酸素や水分から有機半導体薄膜を隔離することができ、耐久性などの面で極めて有利である。   As an organic semiconductor transistor, there is a top gate organic semiconductor transistor in which a gate electrode is disposed above the source electrode and the drain electrode. Since the organic semiconductor transistor of the top gate structure has a structure in which the organic semiconductor thin film is covered with the gate insulating film, the organic semiconductor thin film can be isolated from oxygen and moisture in the air, which is extremely advantageous in terms of durability and the like. It is.

このトップゲート構造の有機半導体トランジスタでは、有機半導体薄膜の上にゲート絶縁膜が配置されることになるが、有機半導体薄膜の上にSAM(自己組織化単分子層:Self-Assembled Monolayers)を形成できない。有機半導体薄膜の上にSAMを形成してからゲート絶縁膜を形成できれば、有機半導体トランジスタの特性が良好となり、ゲート絶縁膜のうち有機半導体薄膜と接する部分の比誘電率を低くした場合と同様の効果が得られる。しかしながら、有機半導体薄膜の上にSAMを形成できないことから、そのような効果を得ることができない。このため、特許文献1で開示されているように、ゲート絶縁膜のうち有機半導体薄膜に接する部分の比誘電率を低くすることが移動度の低下抑制に有効となる。   In this top gate organic semiconductor transistor, the gate insulating film is disposed on the organic semiconductor thin film, but a SAM (Self-Assembled Monolayers) is formed on the organic semiconductor thin film. Can not. If the gate insulating film can be formed after the SAM is formed on the organic semiconductor thin film, the characteristics of the organic semiconductor transistor are improved and the same as the case where the relative dielectric constant of the portion of the gate insulating film in contact with the organic semiconductor thin film is lowered. An effect is obtained. However, such an effect can not be obtained because SAM can not be formed on the organic semiconductor thin film. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, lowering the relative dielectric constant of the portion of the gate insulating film in contact with the organic semiconductor thin film is effective in suppressing the decrease in mobility.

ところが、特許文献1の有機半導体トランジスタでは、ゲート絶縁膜にポリマーを用いていることから、耐圧が低くなる。一般的に、ポリマー材料の耐圧は低く、特にパイ電子や非共有電子対を有するポリマー材料では耐圧が低下するとされている。このため、耐圧の低下を補償するためにはポリマー材料を厚膜化しなければならず、ゲート絶縁膜のトータルの比誘電率を大きくできなくなり、ゲート絶縁膜の容量が低下する。このゲート絶縁膜の容量の低下がゲート駆動電圧に影響し、有機半導体トランジスタを駆動するのにより高いゲート駆動電圧が必要になる。このため、トータルの比誘電率を高くしてゲート絶縁膜の容量を大きくすることでゲート駆動電圧の上昇を抑制しつつ、移動度の低下抑制を図れるようにすることが望まれる。   However, in the organic semiconductor transistor of Patent Document 1, since the polymer is used for the gate insulating film, the withstand voltage is lowered. In general, the withstand voltage of the polymer material is low, and in particular, the withstand voltage of the polymer material having pi electrons and non-shared electron pairs is considered to decrease. For this reason, in order to compensate for the decrease in withstand voltage, it is necessary to thicken the polymer material, the total relative dielectric constant of the gate insulating film can not be increased, and the capacity of the gate insulating film is lowered. The decrease in capacitance of the gate insulating film affects the gate drive voltage, and a higher gate drive voltage is required to drive the organic semiconductor transistor. Therefore, it is desirable to suppress the decrease in mobility while suppressing the rise of the gate drive voltage by increasing the total relative dielectric constant to increase the capacitance of the gate insulating film.

本発明は上記点に鑑みて、ゲート駆動電圧の上昇を抑制しつつ、移動度の向上を図ることが可能なトップゲート構造の有機半導体トランジスタを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an organic semiconductor transistor having a top gate structure capable of improving mobility while suppressing an increase in gate drive voltage.

上記目的を達成するため、請求項1ないしに記載の発明では、基材(1)と、基材の上に離間して配置されたソース電極(2)およびドレイン電極(3)と、ソース電極とドレイン電極との間を連結するように配置された有機半導体薄膜(4)と、有機半導体薄膜のうちソース電極およびドレイン電極の間に配置された部分をチャネル領域として、該チャネル領域に接して設けられたゲート絶縁膜(5)と、ゲート絶縁膜を挟んでチャネル領域の反対側に配置されたゲート電極(6)と、を有し、ゲート絶縁膜のうち、少なくとも有機半導体薄膜と接している部分は、比誘電率が4〜6の絶縁材料で構成されていると共に、該絶縁材料が有機金属化合物と金属酸化物との混合体からなり、該混合体中の構成材料が化学的に結合していることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention according to claims 1 to 5 comprises a substrate (1), a source electrode (2) and a drain electrode (3) spaced apart on the substrate, and a source An organic semiconductor thin film (4) disposed so as to connect the electrode and the drain electrode, and a portion of the organic semiconductor thin film disposed between the source electrode and the drain electrode as a channel region are in contact with the channel region And a gate electrode (6) disposed on the opposite side of the channel region with the gate insulating film interposed therebetween, and at least in contact with the organic semiconductor thin film of the gate insulating film. And the insulating material is a mixture of an organometallic compound and a metal oxide, and the constituent material in the mixture is chemically Being connected It is characterized.

このように、ゲート絶縁膜のうち少なくとも有機半導体薄膜と接している部分を有機金属化合物もしくは有機化合物と金属酸化物との混合体としている。これにより、ゲート絶縁膜の少なくとも有機半導体薄膜と接している部分にトラップが形成されることによる移動度の低下を抑制できる。そして、その混合体の比誘電率を4〜6と有機金属化合物のみで構成する場合よりも高くできることから、ゲート駆動電圧の上昇を抑制することも可能となる。よって、移動度の低下を抑制しつつ、ゲート駆動電圧の上昇を抑制することが可能となる。   Thus, at least a portion of the gate insulating film in contact with the organic semiconductor thin film is a mixture of an organic metal compound or an organic compound and a metal oxide. Thus, it is possible to suppress the decrease in mobility due to the formation of the trap in at least a portion in contact with the organic semiconductor thin film of the gate insulating film. Then, since the relative dielectric constant of the mixture can be made higher than in the case where it is configured with only 4 to 6 and the organic metal compound alone, it is also possible to suppress an increase in the gate drive voltage. Therefore, it is possible to suppress an increase in gate drive voltage while suppressing a decrease in mobility.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the parenthesis of each said means shows an example of the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態にかかるトップゲート構造の有機半導体トランジスタの断面構成を示す図である。It is a figure showing the section composition of the organic semiconductor transistor of the top gate structure concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態にかかるトップゲート構造の有機半導体トランジスタの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the organic-semiconductor transistor of the top gate structure concerning 2nd Embodiment of this invention. 有機半導体とアルミナとの間に挿入された混合体の膜厚と内部応力との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the film thickness and internal stress of the mixture inserted between the organic semiconductor and the alumina. 金属酸化物をアルミナで構成した場合におけるブレイクダウン耐圧を示した図である。It is the figure which showed the breakdown pressure resistance in, when a metal oxide is comprised with an alumina.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. In the following embodiments, parts that are the same as or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
本発明の一実施形態にかかるトップゲート構造の有機半導体トランジスタについて説明する。本実施形態で説明する有機半導体トランジスタは、例えば有機EL素子の駆動用トランジスタなどに適用される。
First Embodiment
A top gate organic semiconductor transistor according to an embodiment of the present invention will be described. The organic semiconductor transistor described in the present embodiment is applied to, for example, a transistor for driving an organic EL element.

まず、図1を参照して、本実施形態にかかる有機半導体トランジスタの構成について説明する。   First, the configuration of the organic semiconductor transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかるトップゲート構造の有機半導体トランジスタは、絶縁性の基材1の上に有機半導体トランジスタの各構成要素を備えることで形成されている。例えば、基材1としては、ガラス基板やフィルム(エチレンナフタレート(PEN)もしくはポリイミド(PI))などが用いられている。   The organic semiconductor transistor of the top gate structure concerning this embodiment is formed by providing each component of an organic semiconductor transistor on the insulating base material 1. For example, as the substrate 1, a glass substrate or a film (ethylene naphthalate (PEN) or polyimide (PI)) or the like is used.

基材1上の所望位置には、ソース電極2およびドレイン電極3が互いに離間して配置されている。ソース電極2やドレイン電極3は、例えば金(Au)や銀(Ag)もしくは銅(Cu)などの電極材料によって構成された金属により形成されている。   At a desired position on the substrate 1, the source electrode 2 and the drain electrode 3 are disposed apart from each other. The source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed of, for example, a metal made of an electrode material such as gold (Au), silver (Ag) or copper (Cu).

そして、これらソース電極2やドレイン電極3を覆うように基材1の上に、例えば高分子有機半導体材料や低分子有機半導体材料にて構成される有機半導体薄膜4が形成されている。有機半導体材料としては、低熱膨張係数で構成される耐熱性の材料であるのが好ましく、例えば化学式1で示される低分子有機半導体や、ペンタセン系やチオフェン系材料などを用いている。そして、有機溶媒に有機半導体材料を溶かすことで有機半導体材料を含むインクを形成し、これを塗布したのち乾燥させることによって有機半導体薄膜4を形成している。ここでは、例えば化学式1で示される低分子有機半導体としてn=1とした材料を用いて有機半導体薄膜4を形成しており、20nmの厚みとしている。   Then, an organic semiconductor thin film 4 made of, for example, a high molecular weight organic semiconductor material or a low molecular weight organic semiconductor material is formed on the base material 1 so as to cover the source electrode 2 and the drain electrode 3. The organic semiconductor material is preferably a heat-resistant material having a low thermal expansion coefficient. For example, a low molecular weight organic semiconductor represented by the chemical formula 1, a pentacene-based material, a thiophene-based material or the like is used. Then, an organic semiconductor material is dissolved in an organic solvent to form an ink containing the organic semiconductor material, which is applied and then dried to form the organic semiconductor thin film 4. Here, the organic semiconductor thin film 4 is formed using, for example, a material in which n = 1 as the low molecular weight organic semiconductor represented by the chemical formula 1, and the thickness is 20 nm.

Figure 0006515668
このような構成とされることで、有機半導体薄膜4はソース電極2とドレイン電極3との間を連結するように配置されている。
Figure 0006515668
With such a configuration, the organic semiconductor thin film 4 is disposed so as to connect the source electrode 2 and the drain electrode 3.

さらに、有機半導体薄膜4の表面を覆うように、ゲート絶縁膜5が形成されている。ゲート絶縁膜5は、原子層堆積法(以下、ALD(Atomic Layer Deposition)法という)によって形成されている。ALD法によれば極めて緻密な膜が形成されることから、耐圧を向上させる点において特に好ましい。   Furthermore, a gate insulating film 5 is formed to cover the surface of the organic semiconductor thin film 4. The gate insulating film 5 is formed by atomic layer deposition (hereinafter referred to as ALD (Atomic Layer Deposition)). According to the ALD method, a very dense film is formed, which is particularly preferable in terms of improving the withstand voltage.

ゲート絶縁膜5の少なくとも有機半導体薄膜4と接している部分、つまりゲート絶縁膜5の全部もしくは一部は、ポリマーではない比誘電率が4〜6の絶縁材料で構成されており、本実施形態の場合、その部分を有機金属化合物と金属酸化物との混合体によって構成している。ゲート絶縁膜5のうち有機金属化合物と金属酸化物との混合体によって構成されている部分の膜厚を3nm未満とされている。この混合体は、混合体の構成材料、すなわち有機金属化合物と金属酸化物とが化学的に結合されており、両者の領域を物理構造的に区分けできない状態になっている。例えば、電子顕微鏡を用いて混合体を解析しても、混合体の各材料を区別できない状態となっている。   The portion of the gate insulating film 5 in contact with at least the organic semiconductor thin film 4, that is, all or part of the gate insulating film 5 is made of an insulating material having a dielectric constant of 4 to 6 which is not a polymer. In that case, the portion is constituted by a mixture of an organometallic compound and a metal oxide. The film thickness of the portion of the gate insulating film 5 which is formed of a mixture of the organometallic compound and the metal oxide is less than 3 nm. In this mixture, the constituent materials of the mixture, that is, the organometallic compound and the metal oxide are chemically bonded, and the two regions can not be physically and physically separated. For example, even if the mixture is analyzed using an electron microscope, the materials of the mixture can not be distinguished.

例えば、ゲート絶縁膜5のうちの有機半導体薄膜4と接している部分を構成している混合体の分子構造を確認すると、有機金属化合物と金属酸化物とが化学的に結合した状態になっていた。   For example, when the molecular structure of the mixture constituting the portion of the gate insulating film 5 in contact with the organic semiconductor thin film 4 is confirmed, the organometallic compound and the metal oxide are in a chemically bonded state The

有機金属化合物は、比誘電率が金属酸化物と比較して低い材料であり、トラップが形成され難い材料である。金属酸化物は、比誘電率が有機金属化合物と比較して高い材料であり、金属酸化物のみでゲート絶縁膜5を形成するとトラップが形成されて移動度の低下を招くが、有機金属化合物と化学的に結合することで、トラップが形成され難くなる。また、金属酸化物のうち有機金属化合物と未反応のものも存在する可能性があり、その部分においてトラップが形成され得るが、未反応のものは多くはなく、トラップが形成されたとしても多くは形成されない。少なくとも、金属酸化物のみでゲート絶縁膜5を形成する場合と比較すると、本実施形態の構造であれば大幅にトラップを低減できる。   An organometallic compound is a material whose dielectric constant is lower than that of a metal oxide, and a material in which a trap is difficult to be formed. The metal oxide is a material whose dielectric constant is higher than that of the organometallic compound, and when the gate insulating film 5 is formed only of the metal oxide, a trap is formed to cause a decrease in mobility, but with the organometallic compound Chemical bonding makes it difficult to form a trap. In addition, metal oxides which may be unreacted with the organometallic compound may be present, and traps may be formed in that portion, but there are not many unreacted ones, and many are formed even if traps are formed. Is not formed. As compared with the case where the gate insulating film 5 is formed only with metal oxide at least, the structure of this embodiment can significantly reduce the number of traps.

このような有機金属化合物としては、例えばアルコーン(Alucone)を用いることができ、金属酸化物としては、アルミナを用いることができる。アルコーンは、例えばトリメチルアルミニウム(AlCH3、以下、TMA(Trimethylaluminium)という)とエチレングリコール(C22(OH)2)との反応によって形成可能である。アルミナをTMAと水(H2O)との反応によって形成する場合には、アルコーンとアルミナの製造においてTMAを共通材料として用いることができる。 As such an organometallic compound, for example, Alcone (Alucone) can be used, and as a metal oxide, alumina can be used. Alcone can be formed, for example, by the reaction of trimethylaluminum (AlCH 3 , hereinafter referred to as TMA (trimethylaluminum)) and ethylene glycol (C 2 H 2 (OH) 2 ). When alumina is formed by the reaction of TMA and water (H 2 O), TMA can be used as a common material in the production of alcon and alumina.

ただし、アルコーンは、凝集性があり、平坦性・密着性に乏しく移動度を低下させることから、ゲート絶縁膜5としてアルコーンのみを用いることは好ましくない。また、アルコーンのみでは比誘電率が低く、アルミナとの混合体とすることで比誘電率を向上させられる。このため、アルコーンとアルミナとの混合体を用いてゲート絶縁膜5の少なくとも有機半導体薄膜4と接している部分を構成している。   However, it is not preferable to use only Alcone as the gate insulating film 5 because Alcone is cohesive, has poor flatness and adhesion, and reduces mobility. In addition, the relative dielectric constant is low when using only Alcone, and the relative dielectric constant can be improved by using a mixture with alumina. Therefore, a portion of the gate insulating film 5 in contact with at least the organic semiconductor thin film 4 is configured using a mixture of alcon and alumina.

これにより、ゲート絶縁膜5の少なくとも有機半導体薄膜4と接している部分にトラップが形成されることによる移動度の低下を抑制できる。そして、その混合体の比誘電率を4〜6と有機金属化合物のみで構成する場合よりも高くできることから、ゲート駆動電圧の上昇を抑制することも可能となる。   As a result, it is possible to suppress a decrease in mobility due to the formation of a trap in at least a portion in contact with the organic semiconductor thin film 4 of the gate insulating film 5. Then, since the relative dielectric constant of the mixture can be made higher than in the case where it is configured with only 4 to 6 and the organic metal compound alone, it is also possible to suppress an increase in the gate drive voltage.

さらに、このように構成されたゲート絶縁膜5の上にはゲート電極6が形成されている。具体的には、有機半導体薄膜4のうちソース電極2とドレイン電極3との間に位置する部分をチャネル領域として、チャネル領域と接するようにゲート絶縁膜5が配置されており、このゲート絶縁膜5を挟んでチャネル領域と対向する位置にゲート電極6が形成されている。ゲート電極6は、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)やモリブデン(Mo)などの電極材料によって構成されている。   Furthermore, the gate electrode 6 is formed on the gate insulating film 5 configured as described above. Specifically, a portion of the organic semiconductor thin film 4 located between the source electrode 2 and the drain electrode 3 is used as a channel region, and the gate insulating film 5 is disposed in contact with the channel region. A gate electrode 6 is formed at a position facing the channel region with 5 interposed therebetween. The gate electrode 6 is made of, for example, an electrode material such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr) or molybdenum (Mo).

以上のようにして、本実施形態にかかるトップゲート構造の有機半導体トランジスタが構成されている。   As described above, the top gate organic semiconductor transistor according to the present embodiment is configured.

このように構成された有機半導体トランジスタでは、ゲート絶縁膜5のうち少なくとも有機半導体薄膜4と接している部分を有機金属化合物と金属酸化物との混合体としている。これにより、移動度の低下を抑制しつつ、ゲート駆動電圧の上昇を抑制することが可能となる。   In the organic semiconductor transistor configured as described above, at least a portion of the gate insulating film 5 in contact with the organic semiconductor thin film 4 is a mixture of the organic metal compound and the metal oxide. This makes it possible to suppress the increase in gate drive voltage while suppressing the decrease in mobility.

また、ゲート絶縁膜5のうち有機金属化合物と金属酸化物との混合体によって構成されている部分の膜厚を3nm未満としている。これは、混合体の熱膨張係数が混合体の接している有機半導体薄膜4の熱膨張係数よりも小さいためである。混合体と有機半導体薄膜4との間の熱膨張係数に差が有る場合、温度変化に応じた応力が発生する。このため、混合体が厚いと、応力の影響でゲート絶縁膜5と有機半導体薄膜4との間に亀裂が入ったり、混合体の部分にクラックが入り、ゲートリークが発生して耐久性が得られなくなる可能性がある。   Further, the film thickness of a portion of the gate insulating film 5 which is formed of a mixture of an organic metal compound and a metal oxide is less than 3 nm. This is because the thermal expansion coefficient of the mixture is smaller than the thermal expansion coefficient of the organic semiconductor thin film 4 in contact with the mixture. When there is a difference in the thermal expansion coefficient between the mixture and the organic semiconductor thin film 4, a stress corresponding to the temperature change is generated. Therefore, if the mixture is thick, cracks may occur between the gate insulating film 5 and the organic semiconductor thin film 4 due to the influence of stress, or cracks may occur in the portion of the mixture to cause gate leak, and durability is obtained. It may not be possible.

本発明者らが調査したところ、ゲート絶縁膜5のうち有機金属化合物と金属酸化物との混合体によって構成されている部分の膜厚が3nm以上になると耐久性が低下し、その膜厚は3nm未満になると耐久性が得られることが確認された。このため、本実施形態ではゲート絶縁膜5のうち有機金属化合物と金属酸化物との混合体によって構成されている部分の膜厚は3nm未満としている。これにより、ゲート絶縁膜5の少なくとも一部を有機金属化合物と金属酸化物との混合体によって構成しても、有機半導体トランジスタの耐久性を確保することが可能となる。   As a result of investigations by the present inventors, when the film thickness of the portion of the gate insulating film 5 constituted by the mixture of the organic metal compound and the metal oxide is 3 nm or more, the durability is lowered, and the film thickness is It was confirmed that when it is less than 3 nm, durability can be obtained. For this reason, in the present embodiment, the film thickness of the portion of the gate insulating film 5 which is formed of a mixture of the organometallic compound and the metal oxide is less than 3 nm. Thereby, even if at least a part of the gate insulating film 5 is formed of a mixture of an organometallic compound and a metal oxide, it is possible to secure the durability of the organic semiconductor transistor.

さらに、トップゲート型の有機半導体トランジスタの場合、SAMを用いることができないため、有機半導体材料としては末端に側鎖を有し、かつ、結晶性を有する低分子有機半導体が好ましい。また、ALD法によってゲート絶縁膜5を形成する場合には、より高温で成膜した方が良質なゲート絶縁膜5を得ることができるため、より高耐熱な有機半導体材料を用いるのが好ましい。   Furthermore, in the case of a top gate type organic semiconductor transistor, since a SAM can not be used, a low molecular weight organic semiconductor having a side chain at the end and having crystallinity is preferable as the organic semiconductor material. In the case of forming the gate insulating film 5 by the ALD method, it is preferable to use a higher heat-resistant organic semiconductor material because the gate insulating film 5 with better quality can be obtained by forming the film at a higher temperature.

有機半導体薄膜4を上記した化学式1で示される低分子有機半導体によって構成した場合、耐熱性に優れているし、末端に側鎖を有していることから、下地となる基材1との界面にSAMと同様の構造を生成することも可能となる。このようなSAMと同様の構造を生成できる場合、ゲート絶縁膜5のうち有機半導体薄膜4との界面の部分の比誘電率を低くした場合と同様にトラップが形成され難くなるようにできる。したがって、化学式1で示される低分子有機半導体を用いることで、耐熱性を向上させられると共に、さらに移動度の向上を図ることも可能となる。   When the organic semiconductor thin film 4 is made of the low molecular weight organic semiconductor represented by the above-mentioned chemical formula 1, it is excellent in heat resistance and has an end chain at the end, so the interface with the base material 1 to be the base It is also possible to generate a structure similar to SAM. When a structure similar to such a SAM can be generated, it is possible to make it difficult to form a trap as in the case where the dielectric constant of the portion of the gate insulating film 5 at the interface with the organic semiconductor thin film 4 is lowered. Therefore, by using the low molecular weight organic semiconductor represented by the chemical formula 1, it is possible to improve the heat resistance and to further improve the mobility.

比誘電率が大きいゲート絶縁膜の場合には双極子モーメントが大きいため、有機半導体分子、特に電子密度の高いπ電子雲部分との相互作用によりトラップが形成されやすくなる。このため、ゲート絶縁膜と有機半導体の界面に該相互作用を妨げるSAMを挿入することで特性が改善される。側鎖にアルキル鎖を有するチオフェン系有機半導体は、へリングボーン型の結晶構造をとることが一般的に知られている。この場合、有機半導体分子はゲート絶縁膜に対して長軸方向に立った構造をとるため、SAMと同様にアルキル鎖が上記相互作用を妨げる効果を発現する。   In the case of the gate insulating film having a large relative dielectric constant, since the dipole moment is large, the trap is easily formed due to the interaction with the organic semiconductor molecule, particularly the π electron cloud portion having a high electron density. For this reason, the characteristics are improved by inserting the SAM that prevents the interaction at the interface between the gate insulating film and the organic semiconductor. It is generally known that a thiophene-based organic semiconductor having an alkyl chain in its side chain has a herringbone type crystal structure. In this case, since the organic semiconductor molecule has a structure in which the organic semiconductor molecule stands in the direction of the major axis with respect to the gate insulating film, the alkyl chain exerts the effect of preventing the above-mentioned interaction like SAM.

続いて、本実施形態にかかるトップゲート構造の有機半導体トランジスタの製造方法について説明する。   Then, the manufacturing method of the organic semiconductor transistor of the top gate structure concerning this embodiment is demonstrated.

まず、基材1の表面にソース電極2およびドレイン電極3を形成する。例えば、印刷や蒸着などによる成膜法、および、フォトリソグラフィなどによるパターニング法などを用いて、ソース電極2およびドレイン電極3を形成している。具体的には、ソース電極2およびドレイン電極3の形成予定位置以外の部分をレジストやマスクなどでマスキングし、この状態で印刷や蒸着による成膜を行う。その後、マスキングを解除すれば、ソース電極2およびドレイン電極3が形成される。ここでは、例えば蒸着によって金を50nm形成することで、ソース電極2およびドレイン電極3を形成している。   First, the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed on the surface of the substrate 1. For example, the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed using a film formation method such as printing or vapor deposition, or a patterning method such as photolithography. Specifically, the portions other than the planned formation positions of the source electrode 2 and the drain electrode 3 are masked with a resist, a mask or the like, and film formation by printing or vapor deposition is performed in this state. Thereafter, the masking is released to form the source electrode 2 and the drain electrode 3. Here, the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed by, for example, forming 50 nm of gold by vapor deposition.

続いて、ソース電極2およびドレイン電極3を形成した基材1の上に有機半導体薄膜4を配置する。例えば、高分子有機半導体材料や低分子有機半導体材料にて有機半導体薄膜4を形成しており、有機半導体材料を溶媒に溶かした溶液からなるインクを用いた印刷や、蒸着によって有機半導体薄膜4を形成している。ここでは、上記した化学式1に示される低分子有機半導体としてn=10とした化合物を印刷により20nm形成した。   Subsequently, the organic semiconductor thin film 4 is disposed on the substrate 1 on which the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed. For example, the organic semiconductor thin film 4 is formed by forming an organic semiconductor thin film 4 from a high molecular weight organic semiconductor material or a low molecular weight organic semiconductor material, and printing using an ink composed of a solution in which the organic semiconductor material is dissolved in a solvent. It is formed. Here, a 20 nm compound was formed by printing as a low molecular weight organic semiconductor represented by the above-mentioned chemical formula 1 with n = 10.

さらに、ソース電極2およびドレイン電極3や有機半導体薄膜4を覆うように、ALD法によってゲート絶縁膜5を成膜する。このとき、チャンバー内の雰囲気を有機金属酸化物の成膜雰囲気と金属酸化物の成膜雰囲気とを交互に繰り返して切替えていくことで、有機金属酸化物と金属酸化物の混合体が形成されるようにする。   Further, the gate insulating film 5 is formed by ALD to cover the source electrode 2 and the drain electrode 3 and the organic semiconductor thin film 4. At this time, a mixture of an organic metal oxide and a metal oxide is formed by alternately switching the atmosphere in the chamber between the film forming atmosphere of the organic metal oxide and the film forming atmosphere of the metal oxide. To make

例えば、有機金属酸化物をアルコーンで構成する場合には、TMAをチャンバー内に導入し、余剰なTMAを排気することで、基板上に1分子相当のTMAを吸着させる。その後、エチレングリコールを同様にチャンバー内に導入し余剰分を排気することで、TMA1分子上にエチレングリコール1分子が吸着され、両分子の化学反応により基板上に1分子相当のアルコーンが形成される。このサイクルを繰り返すことで、分子層レベルに膜厚を制御しながら、所望の膜厚のアルコーンを形成することができる。   For example, in the case where the organic metal oxide is made of alcone, TMA is introduced into the chamber, and the excess TMA is exhausted to adsorb one molecule of TMA on the substrate. Thereafter, ethylene glycol is similarly introduced into the chamber and the excess is evacuated, whereby one ethylene glycol molecule is adsorbed onto one TMA molecule, and an alcon equivalent to one molecule is formed on the substrate by the chemical reaction of both molecules. . By repeating this cycle, it is possible to form an alkone having a desired film thickness while controlling the film thickness at the molecular layer level.

また、金属酸化物をアルミナで構成する場合には、TMAをチャンバー内に導入し、余剰なTMAを排気することで、基板上に1分子相当のTMAを吸着させる。その後、水を同様にチャンバー内に導入し余剰分を排気することで、TMA1分子上に水1分子が吸着され、両分子の化学反応により基板上に1分子相当のアルミナが形成される。このサイクルを繰り返すことで、分子層レベルに膜厚を制御しながら、所望の膜厚のアルミナを形成することができる。   When the metal oxide is made of alumina, TMA is introduced into the chamber, and the excess TMA is exhausted to adsorb one molecule of TMA on the substrate. Thereafter, water is similarly introduced into the chamber and the excess is evacuated, whereby one molecule of water is adsorbed onto one molecule of TMA, and an alumina equivalent to one molecule is formed on the substrate by the chemical reaction of both molecules. By repeating this cycle, it is possible to form alumina of a desired film thickness while controlling the film thickness at the molecular layer level.

このとき、有機金属酸化物と金属酸化物のそれぞれが膜状になる前、例えば平均1nm未満の厚みとなるよう、具体的には基板上にガス分子が均一に吸着しないようにガス導入時間を短く制御しながらチャンバー内の雰囲気を切替えていくことで、有機金属酸化物と金属酸化物とが交互に膜状となるバイレイヤーとはならず、これらが化学的に結合した混合体を作り出すことができる。これらアルコーンとアルミナをそれぞれ平均2nm以上形成すると、明確なバイレイヤー構造になる。比誘電率の制御という観点では、混合体であってもバイレイヤー構造であってもよいが、混合体の方が密着性が著しく向上することを実験的に見出している。これは、バイレイヤー構造では明確な界面が存在し、界面を起点とした剥離が発生しやすいためである。したがって、本実施形態のように、バイレイヤー構造ではない混合体とすることで、高い密着性が得られるようにしている。   At this time, before the organic metal oxide and the metal oxide become filmy, for example, the gas introduction time is made so that the average thickness is less than 1 nm, specifically, the gas molecules are not adsorbed uniformly on the substrate. By switching the atmosphere in the chamber while controlling for a short time, the organic metal oxide and the metal oxide do not become a bilayer that alternately forms a film, and a mixture in which these are chemically bonded is created. Can. If these alcons and alumina are each formed on an average of 2 nm or more, a clear bilayer structure is obtained. From the viewpoint of controlling the relative dielectric constant, although it may be a mixture or a bilayer structure, it has been experimentally found that the adhesion is significantly improved in the case of the mixture. This is because there is a clear interface in the bilayer structure, and peeling from the interface is likely to occur. Therefore, as in the present embodiment, by using a mixture having a non-bilayer structure, high adhesion can be obtained.

また、このときの混合体の比誘電率の制御は、有機金属酸化物と金属酸化物の混合比率によって決定され、具体的にはこれらの厚みを制御することによって行っている。ここでは、アルコーンとアルミナの比率を1:1に制御し、比誘電率が4となる混合体を3nm形成した。   Further, the control of the relative dielectric constant of the mixture at this time is determined by the mixing ratio of the organic metal oxide and the metal oxide, and specifically, is performed by controlling the thickness of these. Here, the ratio of alcon and alumina was controlled to 1: 1, and a mixture having a relative dielectric constant of 4 was formed to 3 nm.

このように、チャンバー内の雰囲気を有機金属酸化物の成膜雰囲気と金属酸化物の成膜雰囲気とを交互に繰り返して切替えていくことで、有機金属酸化物と金属酸化物とが化学的に結合した混合体を形成できる。そして、有機金属酸化物をアルコーンで構成し、金属酸化物をアルミナで構成する場合、共通材料としてTMAを用いることができることから、エチレングリコールと水を切替えるだけで済み、製造工程の簡素化を図ることもできる。   Thus, by alternately switching the atmosphere in the chamber between the film formation atmosphere of the organic metal oxide and the film formation atmosphere of the metal oxide, the organic metal oxide and the metal oxide are chemically changed. A combined mixture can be formed. When the organic metal oxide is made of alcone and the metal oxide is made of alumina, TMA can be used as the common material, so it is only necessary to switch between ethylene glycol and water, thereby simplifying the manufacturing process. It can also be done.

この後、ゲート絶縁膜5の上にゲート電極6の構成材料として、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)やモリブデン(Mo)などを成膜する。例えば、印刷や蒸着などによる成膜法、または、フォトリソグラフィ等によるパターニング法を採用することで、ゲート電極6を形成する。具体的には、レジストやマスクなどでマスキングし、この状態で印刷や蒸着による成膜を行う。その後、マスキングを解除すれば、ゲート電極6が形成される。ここでは、例えば蒸着によって金を50nm形成することで、ゲート電極6を形成している。これにより、本実施形態にかかる有機半導体トランジスタが完成する。   Thereafter, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr), molybdenum (Mo) or the like is formed on gate insulating film 5 as a constituent material of gate electrode 6. Membrane. For example, the gate electrode 6 is formed by employing a film formation method such as printing or vapor deposition or a patterning method such as photolithography. Specifically, masking is performed using a resist, a mask, or the like, and film formation by printing or evaporation is performed in this state. Thereafter, the masking is released to form the gate electrode 6. Here, the gate electrode 6 is formed by, for example, forming 50 nm of gold by vapor deposition. Thus, the organic semiconductor transistor according to the present embodiment is completed.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してゲート絶縁膜5の構成を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is the same as the first embodiment except that the configuration of the gate insulating film 5 is modified with respect to the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described.

図2に示すように、本実施形態の有機半導体トランジスタでは、ゲート絶縁膜5を二層構造としている。具体的には、有機半導体薄膜4に接している第1層5aを上記第1実施形態で説明した有機金属化合物と金属酸化物との混合体によって構成し、その上の第2層5bを金属酸化物によって構成している。第2層5bを構成している金属酸化物としてはアルミナを用いている。   As shown in FIG. 2, in the organic semiconductor transistor of this embodiment, the gate insulating film 5 has a two-layer structure. Specifically, the first layer 5a in contact with the organic semiconductor thin film 4 is formed of a mixture of the organic metal compound and the metal oxide described in the first embodiment, and the second layer 5b on the metal layer is a metal. Composed of oxide. Alumina is used as the metal oxide constituting the second layer 5b.

第2層5bを構成しているアルミナなどの金属酸化物は、第1層5aを構成している混合体と比較して、比誘電率が高い。このため、ゲート絶縁膜5のトータルの比誘電率を高くすることができる。特に、第1層5aを構成している混合体の比誘電率も、第1層5aをポリマーなどで構成する場合と比較して高い値となっていることから、第1層5aと第2層5bの比誘電率を合算したトータルの比誘電率は高い値となる。例えば、本実施形態の場合、ゲート絶縁膜5のトータルの比誘電率を6以上とすることが可能となる。したがって、よりゲート駆動電圧の上昇を抑制することが可能になる。   The metal oxide such as alumina constituting the second layer 5 b has a high dielectric constant as compared with the mixture constituting the first layer 5 a. Therefore, the total relative dielectric constant of the gate insulating film 5 can be increased. In particular, the dielectric constant of the mixture constituting the first layer 5a is also a high value as compared to the case where the first layer 5a is formed of a polymer or the like. The total relative dielectric constant obtained by adding up the relative dielectric constants of the layer 5b is a high value. For example, in the case of the present embodiment, the total relative dielectric constant of the gate insulating film 5 can be made 6 or more. Therefore, it is possible to further suppress an increase in gate drive voltage.

また、第2層5bを構成する金属酸化物は、第1層5aを構成する混合体と比較して熱膨張係数が高い。このため、熱膨張係数の低い第1層5aを構成する混合体を熱膨張係数の高い有機半導体薄膜4と第2層5bを構成する金属酸化物とによって挟み込んだ構造にでき、有機半導体薄膜4と第1層5aとの熱膨張係数の差に起因する応力を低減することが可能となる。   Further, the metal oxide constituting the second layer 5 b has a thermal expansion coefficient higher than that of the mixture constituting the first layer 5 a. Therefore, the mixture forming the first layer 5a having a low thermal expansion coefficient can be sandwiched by the organic semiconductor thin film 4 having a high thermal expansion coefficient and the metal oxide forming the second layer 5b. It is possible to reduce the stress caused by the difference between the thermal expansion coefficients of the first layer 5a and the first layer 5a.

したがって、応力の影響でゲート絶縁膜5と有機半導体薄膜4との間に亀裂が入ったり、混合体で構成された第1層5aの部分にクラックが入ることでゲートリークが生じることを抑制でき、より耐久性に優れた有機半導体トランジスタにできる。さらに、第1実施形態で説明したように第1層5aの厚みを3nm未満にすると、特に第1層5aの低い熱膨張係数の影響を抑制でき、より耐久性に優れた有機半導体トランジスタにできる。   Therefore, it is possible to suppress the occurrence of gate leakage by causing a crack between the gate insulating film 5 and the organic semiconductor thin film 4 under the influence of stress, or a crack at the portion of the first layer 5a formed of a mixture. The organic semiconductor transistor can be more durable. Furthermore, as described in the first embodiment, when the thickness of the first layer 5a is less than 3 nm, the influence of the low thermal expansion coefficient of the first layer 5a can be particularly suppressed, and an organic semiconductor transistor having more excellent durability can be obtained. .

実験として、石英基板上に有機金属酸化物と金属酸化物との混合体や金属酸化物であるアルミナを成膜した膜サンプルについて反り量測定を行った。当該測定から算出される内部応力は混合体とアルミナとで符号が反転していた。具体的には、アルミナは正であるため引っ張り応力、混合体は負であるため圧縮応力となった。このことから、少なくとも熱膨張係数の関係は、混合層<石英基板<アルミナであると解釈される。   As an experiment, the amount of warpage was measured on a film sample in which a mixture of an organic metal oxide and a metal oxide or alumina which is a metal oxide was formed on a quartz substrate. The internal stress calculated from the measurement was reversed in sign between the mixture and the alumina. Specifically, since alumina is positive, it has a tensile stress, and since the mixture has a negative, it has become compressive stress. From this, at least the relationship of the thermal expansion coefficient is interpreted as: mixed layer <quartz substrate <alumina.

本実施形態で示したようなトップゲート型構造においては、熱膨張係数の大きい有機半導体上に、熱膨張係数の小さい混合体を形成するため、混合体が無い場合と比較して内部応力が大きくなるためクラックが発生しやすい。   In the top gate type structure as shown in the present embodiment, since a mixture having a small thermal expansion coefficient is formed on an organic semiconductor having a large thermal expansion coefficient, the internal stress is large as compared with the case without the mixture. Cracks are likely to occur.

実際に、有機半導体に有機金属酸化物と金属酸化物の混合体と金属酸化物であるアルミナとを積層したトップゲート型構造において、有機半導体とアルミナとの間に挿入された混合体の膜厚と内部応力との関係を調べた。その関係を図3に示す。この図から判るように、混合体の膜厚が3nmよりも大きくなると応力に変化が見られ、実際に10nm程度ではクラックが発生することが確認された。ゲート絶縁膜にクラックが発生すると、上下電極間がショートしトランジスタが動作しなくなる。よって、クラック抑止の観点から、混合体の膜厚は3nm以下が好ましい。   Actually, in a top gate type structure in which a mixture of an organic metal oxide and a metal oxide and alumina which is a metal oxide are laminated on an organic semiconductor, the film thickness of the mixture inserted between the organic semiconductor and alumina The relationship between the stress and the internal stress was investigated. The relationship is shown in FIG. As can be seen from this figure, when the film thickness of the mixture is larger than 3 nm, a change in stress is observed, and it is confirmed that a crack is actually generated at about 10 nm. When a crack occurs in the gate insulating film, the upper and lower electrodes are shorted, and the transistor does not operate. Therefore, from the viewpoint of crack prevention, the film thickness of the mixture is preferably 3 nm or less.

さらに、実験として、上記第1実施形態と同様の製造方法を用いて、本実施形態にかかる有機半導体トランジスタを製造した。ただし、有機半導体薄膜4については、アルコーンとアルミナの比率を1:1に制御して、比誘電率が4となる混合体を厚さ3nm形成することで第1層5aを成膜したのち、さらに比誘電率が8のアルミナを厚さ100nm形成することで第2層5bを成膜した。これによる第1層5aと第2層5bとによるゲート絶縁膜5の全比誘電率は7.8であった。また、絶縁耐圧は4.5MV/cmであった。また、このように形成した有機半導体トランジスタの伝達特性を評価したところ、ゲート電圧10V、ソース−ドレイン間電圧15Vにおける移動度が3.0cm2/Vsであった。これらの結果からも、高い耐圧が得られ、かつ、高い移動度が得られていることが判る。 Furthermore, as an experiment, the organic semiconductor transistor according to the present embodiment was manufactured using the same manufacturing method as that of the first embodiment. However, with regard to the organic semiconductor thin film 4, after the first layer 5 a is formed by forming a mixture having a relative dielectric constant of 4 and a thickness of 3 nm by controlling the ratio of alcon and alumina to 1: 1, Furthermore, the second layer 5 b was formed by forming alumina with a relative dielectric constant of 8 in thickness to 100 nm. The total relative dielectric constant of the gate insulating film 5 by the 1st layer 5a and the 2nd layer 5b by this was 7.8. Moreover, the withstand voltage was 4.5 MV / cm. Moreover, when the transfer characteristic of the organic-semiconductor transistor formed in this way was evaluated, the mobility in gate voltage 10V and voltage 15V between source-drains was 3.0 cm < 2 > / Vs. Also from these results, it can be understood that high withstand voltage is obtained and high mobility is obtained.

より具体的に、金属酸化物をアルミナで構成した場合におけるブレイクダウン耐圧について調べたところ、図4に示す結果が得られた。この図から判るように、4MV/cm以上という高い絶縁耐圧が得られている。このため、ゲート絶縁膜5を厚膜化することによる耐圧の補償は必要とされない。   More specifically, when the breakdown voltage in the case where the metal oxide was made of alumina was examined, the result shown in FIG. 4 was obtained. As can be seen from this figure, a high dielectric breakdown voltage of 4 MV / cm or more is obtained. Therefore, the compensation of the withstand voltage by thickening the gate insulating film 5 is not required.

なお、ここでいう耐圧とは、リーク電流の傾きが変化する電界点を意味している。金属酸化物で構成される第2層5bをアルミナとした場合、膜厚が70nm未満になるとブレイクダウン耐圧の低下が顕著に見られることから、好ましくは70nm以上の膜厚にすると良い。   Here, the breakdown voltage means an electric field point at which the slope of the leak current changes. When the second layer 5b composed of a metal oxide is made of alumina, if the film thickness is less than 70 nm, the breakdown withstand voltage significantly decreases. Therefore, the film thickness is preferably 70 nm or more.

(第2実施形態の変形例)
上記した第2実施形態の構造の有機半導体トランジスタにおいて、第1層5aと第2層5bの構成を変更したものを作成した。
(Modification of the second embodiment)
In the organic semiconductor transistor of the structure of the second embodiment described above, the one in which the configurations of the first layer 5a and the second layer 5b were changed was created.

具体的には、有機半導体薄膜4について、アルコーンとアルミナの比率を1:2に制御して、比誘電率が5.1となる混合体を厚さ3nm形成することで第1層5aを成膜したのち、さらに比誘電率が8のアルミナを厚さ100nm形成することで第2層5bを成膜した。これによる第1層5aと第2層5bとによるゲート絶縁膜5の全比誘電率は7.9であった。また、絶縁耐圧は4.5MV/cmであった。これ以外については、第2実施形態で示した構造とした。   Specifically, for the organic semiconductor thin film 4, the first layer 5a is formed by forming a mixture having a relative dielectric constant of 5.1 and a thickness of 3 nm by controlling the ratio of alcon to alumina to 1: 2. After film formation, a second layer 5b was formed by further forming alumina having a relative dielectric constant of 8 to a thickness of 100 nm. The total relative dielectric constant of the gate insulating film 5 by the 1st layer 5a and the 2nd layer 5b by this was 7.9. Moreover, the withstand voltage was 4.5 MV / cm. The other structure is the same as that of the second embodiment.

このように形成した有機半導体トランジスタの伝達特性を評価したところ、ゲート電圧10V、ソース−ドレイン間電圧15Vにおける移動度が2.8cm2/Vsであった。これらの結果からも、高い耐圧が得られ、かつ、高い移動度が得られていることが判る。 The transfer characteristics of the organic semiconductor transistor thus formed were evaluated. The mobility at a gate voltage of 10 V and a source-drain voltage of 15 V was 2.8 cm 2 / Vs. Also from these results, it can be understood that high withstand voltage is obtained and high mobility is obtained.

(比較例)
上記した第2実施形態の構造の有機半導体トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜5に混合体からなる第1層5aを備えていないものを作成した。これ以外については、第2実施形態で示した構造とした。
(Comparative example)
In the organic semiconductor transistor of the structure of the second embodiment described above, the gate insulating film 5 was prepared without the first layer 5a made of a mixture. The other structure is the same as that of the second embodiment.

このように形成した有機半導体トランジスタの伝達特性を評価したところ、ゲート電圧10V、ソース−ドレイン間電圧15Vにおける移動度が1.2cm2/Vsであった。この結果からも、第1層5aを備えていないと、高い移動度が得られないことが判る。 The transfer characteristics of the organic semiconductor transistor thus formed were evaluated. The mobility at a gate voltage of 10 V and a source-drain voltage of 15 V was 1.2 cm 2 / Vs. This result also shows that high mobility can not be obtained unless the first layer 5a is provided.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made within the scope of the claims.

例えば、トップゲート構造と呼ばれる有機半導体トランジスタの構造は、図1や図2に示した構造以外にもあり、いずれの構造のものに対しても本発明を適用できる。具体的には、基材1の上に離間して配置されたソース電極2およびドレイン電極3の間にのみ有機半導体薄膜4が配置され、これらソース電極2およびドレイン電極3と有機半導体薄膜4の上にゲート絶縁膜5を介してゲート電極6が備えられた構造であっても良い。また、基材1の上に配置した有機半導体薄膜4の上にソース電極2およびドレイン電極3を離間して配置し、さらにソース電極2およびドレイン電極3や有機半導体薄膜4の上にゲート絶縁膜5を介してゲート電極6が備えられた構造であっても良い。   For example, the structure of the organic semiconductor transistor called a top gate structure is other than the structures shown in FIGS. 1 and 2, and the present invention can be applied to any structure. Specifically, the organic semiconductor thin film 4 is disposed only between the source electrode 2 and the drain electrode 3 which are disposed apart from each other on the substrate 1, and the source electrode 2, the drain electrode 3 and the organic semiconductor thin film 4 are The gate electrode 6 may be provided on the upper side via the gate insulating film 5. In addition, the source electrode 2 and the drain electrode 3 are disposed apart from each other on the organic semiconductor thin film 4 disposed on the substrate 1, and a gate insulating film is further formed on the source electrode 2 and the drain electrode 3 or the organic semiconductor thin film 4. A structure in which the gate electrode 6 is provided via 5 may be employed.

また、上記各実施形態では、ゲート絶縁膜5のうちの有機半導体薄膜4と接する部分を構成する混合体を有機金属化合物と金属酸化物とによって構成する場合について説明した。これに限らず、その部分を有機化合物と金属酸化物との混合体によって構成しても良い。例えば、有機化合物としては、ポリエチレンテレフタラート(PET)などを用いることができ、金属酸化物としてはアルミナなどを用いることができる。   In each of the above embodiments, the case where the mixture forming the portion in contact with the organic semiconductor thin film 4 in the gate insulating film 5 is formed of the organic metal compound and the metal oxide has been described. Not limited to this, the portion may be formed of a mixture of an organic compound and a metal oxide. For example, polyethylene terephthalate (PET) can be used as the organic compound, and alumina can be used as the metal oxide.

さらに、上記第2実施形態では、ゲート絶縁膜5を第1層5aと第2層5bの二層構造とする場合について説明したが、これ以上の複数層としても良い。すなわち、二層以上の複数層とする場合、ゲート絶縁膜5のうち有機半導体薄膜4と接する第1層5aを有機金属化合物または有機化合物と金属酸化物との混合体で構成し、それよりも上層に金属酸化物で構成された層を少なくとも1層有していれば、上記第2実施形態と同様の効果を得ることができる。   Furthermore, although the case where the gate insulating film 5 has a two-layer structure of the first layer 5a and the second layer 5b has been described in the second embodiment, a plurality of layers may be used. That is, in the case of multiple layers of two or more layers, the first layer 5a of the gate insulating film 5 in contact with the organic semiconductor thin film 4 is formed of an organic metal compound or a mixture of an organic compound and a metal oxide; If at least one layer composed of a metal oxide is provided in the upper layer, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.

また、有機半導体トランジスタを構成する各部の材質や寸法などについては一例を示したに過ぎない。さらに、基材1の上に直接有機半導体トランジスタを構成する各部を形成するようにしたが、必要に応じて基材1の上に絶縁膜などを形成してから有機半導体トランジスタを構成する各部を形成するようにしても良い。   Further, the materials, dimensions, and the like of the respective parts constituting the organic semiconductor transistor are merely an example. Furthermore, although each part constituting the organic semiconductor transistor is directly formed on the base material 1, each part constituting the organic semiconductor transistor after forming an insulating film or the like on the base material 1 as necessary It may be formed.

1 基材
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 有機半導体薄膜
5 ゲート絶縁膜
5a 第1層
5b 第2層
6 ゲート電極
REFERENCE SIGNS LIST 1 base material 2 source electrode 3 drain electrode 4 organic semiconductor thin film 5 gate insulating film 5 a first layer 5 b second layer 6 gate electrode

Claims (5)

基材(1)と、
前記基材の上に離間して配置されたソース電極(2)およびドレイン電極(3)と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を連結するように配置された有機半導体薄膜(4)と、
前記有機半導体薄膜のうち前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に配置された部分をチャネル領域として、該チャネル領域に接して設けられたゲート絶縁膜(5)と、
前記ゲート絶縁膜を挟んで前記チャネル領域の反対側に配置されたゲート電極(6)と、を有し、
前記ゲート絶縁膜のうち、少なくとも前記有機半導体薄膜と接している部分は、比誘電率が4〜6の絶縁材料で構成されていると共に、該絶縁材料が有機金属化合物と金属酸化物との混合体からなり、該混合体中の構成材料が化学的に結合しており、
前記有機金属化合物は、トリメチルアルミニウムとエチレングリコールとの反応により生成されたアルコーンであり、前記金属酸化物は、トリメチルアルミニウムと水との反応により生成されたアルミナであることを特徴とする有機半導体トランジスタ。
A substrate (1),
A source electrode (2) and a drain electrode (3) spaced apart on the substrate;
An organic semiconductor thin film (4) arranged to connect between the source electrode and the drain electrode;
A portion of the organic semiconductor thin film disposed between the source electrode and the drain electrode as a channel region, and a gate insulating film (5) provided in contact with the channel region;
And a gate electrode (6) disposed on the opposite side of the channel region with the gate insulating film interposed therebetween,
At least a portion of the gate insulating film in contact with the organic semiconductor thin film is made of an insulating material having a dielectric constant of 4 to 6, and the insulating material is an organometallic compound and a metal oxide. Consisting of a mixture, the constituent materials in the mixture being chemically bonded ,
The organic semiconductor transistor is characterized in that the organometallic compound is an alcone produced by the reaction of trimethylaluminum and ethylene glycol, and the metal oxide is an alumina produced by the reaction of trimethylaluminum and water. .
前記ゲート絶縁膜は、前記有機半導体薄膜と接している部分を構成している第1層(5a)と、該第1層よりも上に形成された第2層(5b)の少なくとも二層を有する複数層構造とされており、
前記第2層は、金属酸化物にて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機半導体トランジスタ。
The gate insulating film includes at least two layers of a first layer (5a) constituting a portion in contact with the organic semiconductor thin film and a second layer (5b) formed above the first layer. Has a multi-layered structure,
The organic semiconductor transistor according to claim 1, wherein the second layer is made of metal oxide.
前記複数層構造とされた前記ゲート絶縁膜のトータルの比誘電率が6以上とされていることを特徴とする請求項に記載の有機半導体トランジスタ。 The organic semiconductor transistor according to claim 2 , wherein a total relative dielectric constant of the gate insulating film having the multi-layer structure is 6 or more. 前記ゲート絶縁膜は、前記有機半導体薄膜と接している部分を構成している前記混合体の厚みが3nm未満であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の有機半導体トランジスタ。 The organic semiconductor according to any one of claims 1 to 3 , wherein a thickness of the mixture forming a portion in contact with the organic semiconductor thin film is less than 3 nm. Transistor. 前記有機半導体薄膜を構成する有機半導体は、
Figure 0006515668
で表される材料であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の有機半導体トランジスタ。
The organic semiconductor constituting the organic semiconductor thin film is
Figure 0006515668
It is a material represented by these, The organic-semiconductor transistor as described in any one of the Claims 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned.
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