專(zhuān)利名稱(chēng)：薄膜晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管及其制造方法，尤其涉及使用取向形成的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體作為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，薄膜晶體管(以下稱(chēng)為T(mén)FT)適合作為有源矩陣型的液晶顯示器等的驅(qū)動(dòng)元件使用。作為這種TFT的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)提出多種結(jié)構(gòu)，但是基本上構(gòu)成為通過(guò)向通過(guò)絕緣層設(shè)置在半導(dǎo)體層上的柵極電極施加的電壓(即，由施加的電壓產(chǎn)生的電場(chǎng))，對(duì)與半導(dǎo)體層接觸設(shè)置的源極電極和漏極電極之間流動(dòng)的電流進(jìn)行控制。關(guān)于構(gòu)成TFT的上述半導(dǎo)體層，作為現(xiàn)在已實(shí)用化的半導(dǎo)體材料，有雖然與結(jié)晶硅相比特性面較差、但比較廉價(jià)的非晶硅和低溫多晶硅等半導(dǎo)體材料。另外，關(guān)于設(shè)置有柵極電極的上述絕緣層，作為現(xiàn)在已實(shí)用化的絕緣材料，有氧化硅和氮化硅等。但是，在使用這些半導(dǎo)體材料和絕緣材料的TFT的制造工藝中，需要等離子體CVD法等的大規(guī)模的裝置和用于進(jìn)行精密加工的薄膜控制裝置。所以，TFT的制造成本變高。另外，由于上述制造工藝一般包含處理溫度超過(guò)350℃的工藝，所以能夠使用的基板材料等有限制。
但是，近年來(lái)，作為可以作為T(mén)FT利用的半導(dǎo)體材料，由有機(jī)化合物構(gòu)成的有機(jī)物半導(dǎo)體受到關(guān)注。這種有機(jī)物半導(dǎo)體與使用上述的非晶硅和低溫多晶硅等無(wú)機(jī)類(lèi)的半導(dǎo)體的情況相比，能夠通過(guò)作為低成本工藝和低溫工藝的旋轉(zhuǎn)涂敷、噴墨印刷和浸漬涂敷等制造工藝，形成上述半導(dǎo)體層。因此，能夠降低TFT的制造成本，而且可以消除能夠使用的基板材料等的限制。另外，由于上述的低成本工藝和低溫工藝能夠適用，所以可以實(shí)現(xiàn)在柔性的基板上或大面積的基板上形成TFT，由此可以期待用途擴(kuò)大到大畫(huà)面顯示器、薄式(sheet-like)或紙頁(yè)式(paper-like)顯示器、或者無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽等。但是，現(xiàn)在已報(bào)告的有機(jī)物半導(dǎo)體，其載流子遷移率比上述無(wú)機(jī)類(lèi)半導(dǎo)體低。因此，為了實(shí)現(xiàn)與非晶硅同等的載流子遷移率，進(jìn)行了各種努力。
有機(jī)半導(dǎo)體中，π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體由含有具有π共軛雙鍵的分子骨架的有機(jī)化合物構(gòu)成。這樣，可以認(rèn)為通過(guò)上述π共軛雙鍵的π軌道重疊而產(chǎn)生的價(jià)電子帶和傳導(dǎo)帶以及它們之間的帶隙，可以得到半導(dǎo)體特性。但是，在將π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子匯集而形成集合體的情況下，導(dǎo)電的容易程度從高到低依次是沿分子內(nèi)的主鏈方向的導(dǎo)電、利用相鄰分子之間的π軌道重疊的導(dǎo)電、分子間的電子的跳躍(hopping)引起的導(dǎo)電。所以，在π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子中，為了提高載流子遷移率，如何做成能夠有效地利用上述的導(dǎo)電的容易程度高的導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)，成為問(wèn)題。作為進(jìn)一步減少上述分子間的電子的跳躍引起的導(dǎo)電的方法，一直以來(lái)，是采用將分子取向控制在一定的方向上的方法。作為更具體的取向方法，已公開(kāi)了使用Langmuir-Blodgett法(LB法)或拉伸法，使聚硅烷薄膜取向的方法(例如，日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)平5-275695號(hào)公報(bào))。另外，已公開(kāi)了用一定壓力將聚四氟乙烯壓在基板上并使其滑動(dòng)、從而取向形成，通過(guò)使低聚噻吩化合物與該取向形成的聚四氟乙烯的膜的上面接觸，從而取向成膜的方法(例如，日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)平7-206599號(hào)公報(bào))。另外，還公開(kāi)了使用熱壁外延(hot-wall epitaxy)法使π共軛類(lèi)低聚物分子取向生長(zhǎng)的方法(例如，日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2002-270621號(hào)公報(bào))。通過(guò)使用這些取向方法，可以無(wú)限地減少由于上述分子間的電子的跳躍所引起的導(dǎo)電。
另外，作為進(jìn)一步改善載流子遷移率的方法，已提出控制π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的取向方向，使其與連接TFT的源極電極和漏極電極的垂線(xiàn)平行，由此有效地利用上述沿分子內(nèi)的主鏈方向的導(dǎo)電的方法(例如，日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)平5-275695號(hào)公報(bào)和日本專(zhuān)利公表公報(bào)特表2003-502874號(hào)公報(bào))；控制π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的取向方向，使其與連接TFT的源極電極和漏極電極的垂線(xiàn)垂直，由此有效地利用上述利用沿相鄰分子之間的π軌道重疊的導(dǎo)電的方法(例如，日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)平9-116163號(hào)公報(bào))等。
但是，在控制π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的取向方向、使其與連接TFT的源極電極和漏極電極的垂線(xiàn)平行、由此利用上述沿π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈方向的導(dǎo)電來(lái)實(shí)現(xiàn)高載流子遷移率的方法中，源極電極和漏極電極之間的距離比π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，隨著該距離的增大，π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之間的電子的移動(dòng)次數(shù)逐漸增多。這樣，在這種情況下，由于電子必須在與源極電極和漏極電極之間的電場(chǎng)形成的方向垂直的方向上移動(dòng)，所以在與連接源極電極和漏極電極的垂線(xiàn)垂直的方向上相鄰的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之間的電子的移動(dòng)非常困難。即，除了使用與源極電極和漏極電極之間的距離相比、具有非常長(zhǎng)的分子長(zhǎng)度的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的情況，和與π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的分子長(zhǎng)度相比、源極電極和漏極電極之間的距離足夠窄的情況之外，即使控制π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的取向方向、使其與連接TFT的源極電極和漏極電極的垂線(xiàn)平行，也不能得到足夠的載流子遷移率。
另外，在控制π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的取向方向、使其與連接TFT的源極電極和漏極電極的垂線(xiàn)垂直、由此利用相鄰的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之間的π軌道重疊來(lái)實(shí)現(xiàn)高載流子遷移率的方法中，π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的長(zhǎng)度方向與連接源極電極和漏極電極的垂線(xiàn)垂直地排列，由此，沿π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子內(nèi)的主鏈方向的導(dǎo)電沒(méi)有貢獻(xiàn)，利用π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之間的π軌道重疊的導(dǎo)電幾乎處于支配的地位。所以，源極電極和漏極電極之間的距離增大時(shí)，電子的移動(dòng)次數(shù)與該距離的增大成比例地增多。即，即使控制π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的取向方向、使其與連接TFT的源極電極和漏極電極的垂線(xiàn)垂直、并且提高取向度，對(duì)于載流子遷移率的改善也有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而做出的，第一目的是提供在規(guī)定方向上取向形成π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子從而構(gòu)成的載流子遷移率得到改善的TFT和該TFT的制造方法。另外，本發(fā)明的第二目的是提供配置有多個(gè)載流子遷移率得到改善的TFT的有源矩陣型的顯示器、在集成電路部分使用上述載流子遷移率得到改善的TFT的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽、在集成電路部分使用上述載流子遷移率得到改善的TFT的便攜式電視、通信終端、PDA、便攜式醫(yī)療設(shè)備等便攜式設(shè)備。
于是，為了達(dá)到這些目的，本發(fā)明的TFT是具有半導(dǎo)體層和在上述半導(dǎo)體層上相互相對(duì)地分離設(shè)置的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的薄膜晶體管，采用如下結(jié)構(gòu)上述半導(dǎo)體層具有π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子作為主成分，將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得π軌道實(shí)質(zhì)上相對(duì)、并且主鏈的分子軸相對(duì)于在上述半導(dǎo)體層中形成的溝道中的電場(chǎng)方向傾斜。在此，在本說(shuō)明書(shū)中，源極區(qū)域和漏極區(qū)域是指包含源極電極和漏極電極、以及將源極電極和漏極電極與半導(dǎo)體層連接的接觸層或者高濃度雜質(zhì)區(qū)域(層)等的概念。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，沿π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子內(nèi)的主鏈方向的電荷移動(dòng)和利用施加電場(chǎng)的從源極區(qū)域向漏極區(qū)域的方向的π軌道重疊的電荷移動(dòng)被有效地利用，所以可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率高的TFT。
在這種情況下，采用如下結(jié)構(gòu)源極區(qū)域和漏極區(qū)域按照具有相互相對(duì)的邊的方式被分離設(shè)置在上述半導(dǎo)體層上，將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向、使得主鏈的分子軸相對(duì)于與上述相對(duì)的邊垂直的方向傾斜。另外，采用如下結(jié)構(gòu)源極區(qū)域和漏極區(qū)域按照在該半導(dǎo)體層的膜厚方向上具有相互相對(duì)的面的方式被分離設(shè)置在上述半導(dǎo)體層上，將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向、使得主鏈的分子軸相對(duì)于與上述相對(duì)的面垂直的方向傾斜。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸相對(duì)于與上述源極區(qū)域和漏極區(qū)域的相對(duì)的邊垂直的方向傾斜地取向，所以，沿π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子內(nèi)的主鏈方向的傳導(dǎo)在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的電荷移動(dòng)中被有效地利用。另外，相鄰的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之間的π軌道被形成為在從源極區(qū)域到漏極區(qū)域的方向上相對(duì)，所以，分子間的電荷移動(dòng)不是跳躍，而主要是利用施加電場(chǎng)的從源極區(qū)域到漏極區(qū)域的方向的π軌道重疊的電荷移動(dòng)。因此，可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率高的TFT。
在上述的情況下，優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)具有通過(guò)柵極絕緣層被設(shè)置在上述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)面上的柵極電極，向上述柵極電極施加與上述薄膜晶體管為ON時(shí)同等的電壓的狀態(tài)下，上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸方向的導(dǎo)電率為σ1，與上述分子軸方向垂直的方向且為π軌道軸方向的導(dǎo)電率為σ2時(shí)，上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸，以相對(duì)于與上述源極區(qū)域和上述漏極區(qū)域的相對(duì)的邊或相對(duì)的面垂直的方向傾斜由(1)式算出的角度θ的方向作為實(shí)質(zhì)的取向方向進(jìn)行取向。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在薄膜晶體管為ON時(shí)的狀態(tài)下，以導(dǎo)電率最高的方向作為基準(zhǔn)，形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所以，可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率更高的TFT。
θ＝arctan(σ2/σ1)…(1)另外，本發(fā)明優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸按照存在于與上述半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)的方式進(jìn)行取向、并且該取向范圍為上述角度θ±10°。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)于π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸能夠在與半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)取向的材料，可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率高的TFT。
另外，本發(fā)明優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸按照不存在于與上述半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)的方式進(jìn)行取向，并且該取向范圍為上述角度θ±5°。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)于π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸能夠相對(duì)于與半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面形成規(guī)定的角度而取向的材料，可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率高的TFT。
另外，本發(fā)明采用如下結(jié)構(gòu)上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子為以噻吩、乙炔、吡咯、亞苯基、和并苯中的任一個(gè)、或者將它們組合的分子骨架作為主鏈的衍生物。通過(guò)這樣的構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率優(yōu)異的π共軛類(lèi)的電荷移動(dòng)。
另外，本發(fā)明優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的各π軌道的延伸方向不都與同一矢量方向一致。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，在一個(gè)π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子中，π軌道的延伸方向不都與同一矢量方向一致，所以，通過(guò)使主鏈的分子軸方向一致，相鄰的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之間的π軌道可以容易地相對(duì)。
另外，本發(fā)明優(yōu)選采用如下構(gòu)成上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子為結(jié)晶質(zhì)。通過(guò)這樣的構(gòu)成，與使用非晶質(zhì)分子的情況相比，可以提高π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的取向度，所以，可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率更高的TFT。
另外，本發(fā)明的TFT的制造方法，是具有半導(dǎo)體層和在上述半導(dǎo)體層上相互相對(duì)地分離設(shè)置的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的薄膜晶體管的制造方法，采用如下結(jié)構(gòu)在上述半導(dǎo)體層中，使用π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子作為主成分，將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得π軌道實(shí)質(zhì)上相對(duì)、并且主鏈的分子軸相對(duì)于在上述半導(dǎo)體層中形成的溝道中的電場(chǎng)方向傾斜。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，沿π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子內(nèi)的主鏈方向的電荷移動(dòng)和利用施加電場(chǎng)的從源極區(qū)域到漏極區(qū)域的方向的π軌道重疊的電荷移動(dòng)被有效地利用，所以可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率高的TFT。
在這種情況下，采用如下構(gòu)成按照具有相互相對(duì)的邊的方式，在上述半導(dǎo)體層上分離設(shè)置源極區(qū)域和漏極區(qū)域，將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得主鏈的分子軸相對(duì)于與上述相對(duì)的邊垂直的方向傾斜。另外，采用如下構(gòu)成按照在該半導(dǎo)體層的膜厚方向上具有相互相對(duì)的面的方式，在上述半導(dǎo)體層上分離設(shè)置源極區(qū)域和漏極區(qū)域，將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得主鏈的分子軸相對(duì)于與上述相對(duì)的面垂直的方向傾斜。通過(guò)這樣的構(gòu)成，由于π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸相對(duì)于與源極區(qū)域和漏極區(qū)域的相對(duì)的邊垂直的方向傾斜地被取向，所以沿π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子內(nèi)的主鏈方向的傳導(dǎo)在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的電荷移動(dòng)中被有效地利用。另外，相鄰的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之間的π軌道被形成為在從源極區(qū)域到漏極區(qū)域的方向上相對(duì)，所以，分子間的電荷移動(dòng)不是跳躍，而主要是利用施加電場(chǎng)的從源極區(qū)域到漏極區(qū)域的方向的π軌道重疊的電荷移動(dòng)。所以可以制造載流子遷移率高的TFT。
在上述的情況下，優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)具有通過(guò)柵極絕緣層被設(shè)置在上述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)面上的柵極電極，向上述柵極電極施加與上述薄膜晶體管為ON時(shí)同等的電壓的狀態(tài)下，上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸方向的導(dǎo)電率為σ1，與上述分子軸方向垂直的方向且為π軌道軸方向的導(dǎo)電率為σ2時(shí)，將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸，以相對(duì)于與上述源極區(qū)域和上述漏極區(qū)域的相對(duì)的邊或相對(duì)的面垂直的方向傾斜由(1)式算出的角度θ的方向作為實(shí)質(zhì)的取向方向進(jìn)行取向。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在薄膜晶體管為ON時(shí)的狀態(tài)下，以導(dǎo)電率最高的方向作為基準(zhǔn)，形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所以，可以制造載流子遷移率更高的TFT。
θ＝arctan(σ2/σ1)…(1)另外，本發(fā)明優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸按照存在于與上述半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)的方式進(jìn)行取向、并且使該取向范圍為上述角度θ±10°。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)于π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸能夠在與半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)取向的材料，可以制造載流子遷移率高的TFT。
另外，本發(fā)明優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸按照不存在于與上述半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)的方式進(jìn)行取向，并且使該取向范圍為上述角度θ±5°。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)于π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸能夠相對(duì)于與半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面形成規(guī)定的角度而取向的材料，可以制造載流子遷移率高的TFT。
另外，本發(fā)明采用如下結(jié)構(gòu)作為上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子，使用以噻吩、乙炔、吡咯、亞苯基、和并苯中的任一個(gè)、或者將它們組合的分子骨架作為主鏈的衍生物。通過(guò)這樣的構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)載流子遷移率優(yōu)異的π共軛類(lèi)的電荷移動(dòng)。
另外，使用本發(fā)明的薄膜晶體管的有源矩陣型顯示器，采用如下結(jié)構(gòu)配置多個(gè)第一方面～第九方面中任一方面所述的薄膜晶體管，作為用于驅(qū)動(dòng)像素的開(kāi)關(guān)元件。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，可以具體實(shí)現(xiàn)低成本、特性?xún)?yōu)良的薄式或紙頁(yè)式的顯示器。
另外，使用本發(fā)明的薄膜晶體管的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽，采用如下結(jié)構(gòu)利用第一方面～第九方面中任一方面所述的薄膜晶體管，作為用于構(gòu)成集成電路的半導(dǎo)體元件。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，可以將無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽貼在各種形狀的物體、或者材料上。并且，可以具體實(shí)現(xiàn)能夠形成為任意形狀的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽。
另外，使用本發(fā)明的薄膜晶體管的便攜設(shè)備，采用如下結(jié)構(gòu)利用第一方面～第九方面中任一方面所述的薄膜晶體管，作為用于構(gòu)成集成電路的半導(dǎo)體元件。在此，作為便攜設(shè)備，可以舉出例如便攜式電視、通信終端、PDA、便攜式醫(yī)療設(shè)備等。但是，并不限于這些便攜設(shè)備，也包含例如便攜式AV設(shè)備、便攜式計(jì)算機(jī)等任何便攜設(shè)備。通過(guò)這樣的構(gòu)成，可以使便攜式電視、通信終端、PDA、便攜式醫(yī)療設(shè)備等便攜設(shè)備增加低成本、柔韌性、耐沖擊性、能夠形成任意形狀等優(yōu)點(diǎn)。
參照附圖，根據(jù)以下的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)將變得明確。


圖1是示意性地表示TFT的第一代表結(jié)構(gòu)的各種情況的截面圖。
圖2是示意性地表示TFT的第二代表結(jié)構(gòu)的各種情況的截面圖。
圖3是表示作為用于半導(dǎo)體層的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的低聚噻吩衍生物分子的結(jié)構(gòu)的圖，圖3A表示化學(xué)結(jié)構(gòu)式，圖3B表示σ鍵和π電子云的樣子，圖3C是示意性地表示分子的立體圖。
圖4是示意性地表示半導(dǎo)體層中的低聚噻吩衍生物分子的取向狀態(tài)的立體圖。
圖5是表示用于測(cè)定TFT的載流子遷移率的測(cè)定試樣的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6是表示施加各種柵壓的情況下、改變低聚噻吩衍生物分子的取向角度時(shí)，載流子遷移率的變化的測(cè)定結(jié)果的圖，圖6A表示柵壓為20V時(shí)的測(cè)定結(jié)果，圖6B表示柵壓為30V時(shí)的測(cè)定結(jié)果，圖6C表示柵壓為40V時(shí)的測(cè)定結(jié)果。
圖7是表示對(duì)使用具有6個(gè)五元環(huán)并且將兩末端用烷基進(jìn)行化學(xué)修飾的低聚噻吩衍生物分子的TFT的載流子遷移率的變化進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果的圖。
圖8是表示作為用于半導(dǎo)體層的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的并五苯的結(jié)構(gòu)的圖，圖8A表示并五苯的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，圖8B表示并五苯的σ鍵和π電子云的情況，圖8C是示意性地表示并五苯的立體圖。
圖9是示意性地表示半導(dǎo)體層中的并五苯的取向狀態(tài)的立體圖。
圖10是表示施加各種柵壓的情況下、改變并五苯的取向角度時(shí)，載流子遷移率的變化的測(cè)定結(jié)果的圖，圖10A表示柵壓為20V時(shí)的測(cè)定結(jié)果，圖10B表示柵壓為40V時(shí)的測(cè)定結(jié)果。
圖11是示意性地表示將有機(jī)EL用于顯示部的有源矩陣型顯示器的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖12是將TFT驅(qū)動(dòng)電路部的結(jié)構(gòu)放大表示的示意圖。
圖13是示意性地表示使用本實(shí)施方式的TFT的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖14是示意性地表示使用本實(shí)施方式的TFT的便攜式電視的結(jié)構(gòu)的正面圖。
圖15是示意性地表示使用本實(shí)施方式的TFT的便攜式電話(huà)的結(jié)構(gòu)的正面圖。
圖16是示意性地表示使用本實(shí)施方式的TFT的便攜式醫(yī)療設(shè)備的結(jié)構(gòu)的立體圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
(第一實(shí)施方式)在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，對(duì)使用低聚噻吩衍生物作為構(gòu)成TFT的半導(dǎo)體層的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是示意性地表示TFT的第一代表結(jié)構(gòu)的各種情況的截面圖。
如圖1A～圖1D所示，作為本實(shí)施方式的TFT100的結(jié)構(gòu)，可以考慮各種結(jié)構(gòu)。在任一結(jié)構(gòu)中，具有基板11、柵極電極12、柵極絕緣層13、半導(dǎo)體層14、源極電極15和漏極電極16作為其結(jié)構(gòu)要素，這點(diǎn)是共通的。在此，圖1A和圖1B通常被稱(chēng)為底柵式。另外，圖1C和圖1D被稱(chēng)為頂柵式。另外，根據(jù)半導(dǎo)體層14與源極電極15、漏極電極16的位置關(guān)系，圖1A和圖1C也被稱(chēng)為頂接觸(top-contact)式。另外，圖1B和圖1D也被成為底接觸(bottom-contact)式。在圖1A～圖1D所示的TFT100中，由于源極電極15和漏極電極16在截面圖中被配置成在橫向上相對(duì)，所以被稱(chēng)為橫型TFT。
另一方面，相對(duì)于圖1A～圖1D所示的現(xiàn)有的橫型TFT，近年也已提出將源極電極15和漏極電極16在截面圖中配置成在縱向上相對(duì)的縱型TFT。
圖2A和圖2B是示意性地表示TFT的第二代表結(jié)構(gòu)的各種情況的截面圖。
如圖2A和圖2B所示，在本實(shí)施方式的TFT200的結(jié)構(gòu)中，也具備基板11、柵極電極12、柵極絕緣層13、半導(dǎo)體層14、源極電極15和漏極電極16作為其結(jié)構(gòu)要素，這點(diǎn)與圖1A～圖1D所示的TFT100基本上相同。但是，本實(shí)施方式的TFT200，在圖2A和圖2B的任一個(gè)中，被配置成源極電極15和漏極電極16將半導(dǎo)體層14在其膜厚方向(縱向)上夾住而相對(duì)。所以，TFT200被稱(chēng)為縱型TFT。
此外，由本發(fā)明所得到的效果，是將半導(dǎo)體層中使用的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的取向方向，相對(duì)于源極電極和漏極電極的配置，控制在適當(dāng)?shù)姆较蚨玫降?，所以TFT自身的結(jié)構(gòu)可以是圖1和圖2所示的任一結(jié)構(gòu)，即，不限于任一結(jié)構(gòu)。所以，在以后的說(shuō)明中，對(duì)應(yīng)用作為T(mén)FT的結(jié)構(gòu)的代表例的圖1C所示的頂柵式的TFT100的結(jié)構(gòu)的情形進(jìn)行說(shuō)明。
如圖1C所示，采用頂柵式的TFT100具有基板11、由π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子構(gòu)成的半導(dǎo)體層14、源極電極15、漏極電極16、柵極絕緣層13、柵極電極12。具體地說(shuō)，半導(dǎo)體層14設(shè)置在基板11的主面上，源極電極15和漏極電極16被相互分離地設(shè)置在該半導(dǎo)體層14上。另外，設(shè)置柵極絕緣層13，覆蓋該源極電極15和漏極電極16、以及半導(dǎo)體層14的露出面。然后，在該柵極絕緣層13上設(shè)置柵極電極12，使得從平面上看該柵極電極至少位于源極電極15和漏極電極16之間。這樣，采用圖1C所示的頂柵式的TFT100具有將半導(dǎo)體層14、源極電極15和漏極電極16、柵極絕緣層13疊層在基板11上并在該柵極絕緣層13上設(shè)置柵極電極12的結(jié)構(gòu)。
在制造具有上述結(jié)構(gòu)的TFT100時(shí)，首先，將溶解·分散在規(guī)定溶劑中的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子涂敷在預(yù)先沿期望的取向方向平行地形成槽的基板11上。然后，使涂敷有該π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的基板11充分干燥，將π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子構(gòu)成的半導(dǎo)體層14在基板11上取向成膜。接下來(lái)，為了在由π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子構(gòu)成的半導(dǎo)體層14上形成源極電極15和漏極電極16，使用預(yù)先圖案化的絲網(wǎng)印版印刷規(guī)定的電極材料、得到期望的形狀后，使其充分地干燥。由此，在半導(dǎo)體層14上，形成期望形狀的源極電極15和漏極電極16。然后，為了形成柵極絕緣層13，通過(guò)使用預(yù)先圖案化的絲網(wǎng)印版，將規(guī)定的絕緣材料印刷在源極電極15、漏極電極16和半導(dǎo)體層14上后，使其充分地干燥。由此，在半導(dǎo)體層14、源極電極15和漏極電極16上形成期望形狀的柵極絕緣層13。最后，為了在柵極絕緣層13上形成柵極電極12，與上述同樣地，使用預(yù)先圖案化的絲網(wǎng)印版印刷規(guī)定的電極材料、得到期望的形狀后，使其充分地干燥。由此，在柵極絕緣層13上形成期望形狀的柵極電極12。這樣，通過(guò)使用絲網(wǎng)印版的印刷法，在基板11上分別印刷半導(dǎo)體層14、源極電極15和漏極電極16、柵極絕緣層13、以及柵極電極12，然后進(jìn)行充分地干燥，形成TFT100。
在本實(shí)施方式的TFT100中，作為構(gòu)成基板11的材料，使用聚乙烯類(lèi)的塑料基板。另外，作為構(gòu)成半導(dǎo)體層14的材料，使用作為π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之一的低聚噻吩衍生物分子。另外，作為構(gòu)成源極電極15、漏極電極16和柵極電極12的材料，使用以聚3，4-亞乙二氧基噻吩(以下稱(chēng)為PEDOT)作為主成分的電極材料。另外，作為構(gòu)成柵極絕緣層13的材料，使用聚乙烯基苯酚。
首先，對(duì)作為半導(dǎo)體層14中使用的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的低聚噻吩衍生物分子進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
圖3是表示作為用于半導(dǎo)體層14的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的低聚噻吩衍生物分子的結(jié)構(gòu)的圖。在此，圖3A表示低聚噻吩衍生物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，圖3B表示低聚噻吩衍生物分子的σ鍵和π電子云的樣子，圖3C是示意性地表示低聚噻吩衍生物分子的立體圖。此外，在圖3中，省略了低聚噻吩衍生物分子的主鏈的末端的化學(xué)結(jié)構(gòu)的記載。
如圖3A所示，在低聚噻吩衍生物分子的主鏈中，包含硫原子(S)，具有雙鍵的五元環(huán)通過(guò)σ鍵反復(fù)結(jié)合而構(gòu)成的π共軛類(lèi)發(fā)達(dá)。此外，在圖3A中，沒(méi)有明確地表示氫原子。此時(shí)，若使用分子軌道法等方法計(jì)算電子狀態(tài)，則可以求出被雙鍵內(nèi)的π鍵利用的π電子的電子云的存在范圍。即，如圖3B所示，在該低聚噻吩衍生物分子中，在與由碳原子21和硫原子22構(gòu)成的各五元環(huán)面垂直的方向上存在π電子云23。此外，在該低聚噻吩衍生物分子中，各五元環(huán)彼此不存在于同一平面內(nèi)，各五元環(huán)通過(guò)σ鍵稍彎曲地結(jié)合，所以表示π電子云23的存在方向的矢量，不在一定的方向上統(tǒng)一。這樣，在本實(shí)施方式中，實(shí)際上，使用由規(guī)定的取代基對(duì)低聚噻吩分子的主鏈的末端進(jìn)行化學(xué)修飾的低聚噻吩衍生物分子。具體地說(shuō)，如圖3A所示，使用具有包含硫原子的8個(gè)五元環(huán)、并且由規(guī)定的烷基(例如，-C10H21)對(duì)主鏈的兩個(gè)末端進(jìn)行化學(xué)修飾的低聚噻吩衍生物分子。
接下來(lái)，對(duì)作為本發(fā)明的特征的對(duì)低聚噻吩衍生物分子的取向角度的研究方法及其研究結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。此外，在以后的說(shuō)明中，假設(shè)低聚噻吩衍生物分子的一個(gè)分子由如圖3C所示的薄長(zhǎng)方形的四角形表示。另外，雖然表示π電子云的存在方向的矢量實(shí)際上并不完全統(tǒng)一，但是假定實(shí)質(zhì)上存在于與該四角形平面垂直的方向上。
圖4是示意性地表示由上述的制造方法得到的半導(dǎo)體層40中的低聚噻吩衍生物分子40a的取向狀態(tài)的立體圖。在此，在圖4中，由XY軸形成的平面表示與半導(dǎo)體層40的主面平行的平面，Z軸方向表示半導(dǎo)體層40的厚度方向。
在圖4中，低聚噻吩衍生物分子40a被按照其主鏈的分子軸與Y軸方向相平行的方式進(jìn)行取向，并且表示各個(gè)分子面的四角形與由YZ軸形成的平面平行地配置。即，半導(dǎo)體層40被構(gòu)成為在除了Y軸方向和Z軸方向的方向、即在X軸方向上，相鄰的低聚噻吩衍生物分子彼此的π軌道相對(duì)。
使用這樣取向形成的半導(dǎo)體層40，如圖5所示，分別制作各個(gè)具有矩形形狀的源極電極和漏極電極的相對(duì)的邊的共同的垂線(xiàn)10與作為低聚噻吩衍生物分子40a的取向方向的Y軸方向依次傾斜10°的TFT100。即，將各低聚噻吩衍生物分子40a進(jìn)行取向，使得其π軌道實(shí)質(zhì)上相對(duì)、并且將其主鏈的分子軸相對(duì)于與源極電極和漏極電極相對(duì)的邊垂直的方向依次傾斜10°。在此，制作出的各TFT100構(gòu)成為具有塑料基板41、由圖4的半導(dǎo)體層40構(gòu)成的半導(dǎo)體層42、源極電極43、漏極電極44、絕緣層45、和柵極電極46。此外，箭頭47表示圖5中未圖示的半導(dǎo)體層42中的低聚噻吩衍生物分子的取向方向。
對(duì)于如上所述準(zhǔn)備的各個(gè)測(cè)定試樣，通過(guò)測(cè)定向柵極電極施加各種柵壓的情況下的I-V特性，求出TFT100的載流子遷移率。另外，求出源極電極43和漏極電極44相對(duì)的邊的垂線(xiàn)10與低聚噻吩衍生物分子40a的主鏈的分子軸所成的角(取向角度)為0°時(shí)的源極-漏極間的導(dǎo)電率(即，相當(dāng)于π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸所代表的方向的導(dǎo)電率σ1)、和同樣地為90°時(shí)的導(dǎo)電率(即，相當(dāng)于與取向方向垂直的方向并且是π電子云存在方向的導(dǎo)電率σ2)，將這些導(dǎo)電率的值代入(1)式算出θ。在此，式(1)的“arctan”意思是反正切tan-1。
θ＝arctan(σ2/σ1)…(1)圖6是表示施加各種柵壓的情況下、改變低聚噻吩衍生物分子的取向角度時(shí)，載流子遷移率的變化的測(cè)定結(jié)果的圖，圖6A表示柵壓為20V時(shí)的測(cè)定結(jié)果，圖6B表示柵壓為30V時(shí)的測(cè)定結(jié)果，圖6C表示柵壓為40V時(shí)的測(cè)定結(jié)果。此外，在圖6中，橫軸表示低聚噻吩衍生物分子的主鏈的分子軸與源極電極和漏極電極相對(duì)的邊的垂線(xiàn)所成的角度(°)，縱軸表示載流子遷移率(cm2/Vsec)。
如圖6A所示，在柵壓為20V的情況下，導(dǎo)電率σ1為7.7×10-3S/m，導(dǎo)電率σ2為1.9×10-3S/m。另外，隨著低聚噻吩衍生物分子的取向角度從0°增大，載流子遷移率提高，但超過(guò)由上述式(1)求得的θ＝14°附近時(shí)，載流子遷移率逐漸下降，取向角度為90°時(shí)載流子遷移率最低。
另外，如圖6B所示，在柵壓為30V的情況下，導(dǎo)電率σ1為9.2×10-3S/m，導(dǎo)電率σ2為3.9×10-3S/m。另外，與柵壓為20V的情況同樣，隨著低聚噻吩衍生物分子的取向角度從0°增大，載流子遷移率提高，但超過(guò)由上述式(1)求得的θ＝23°附近時(shí)，載流子遷移率逐漸下降，取向角度為90°時(shí)載流子遷移率最低。
另外，如圖6C所示，在柵壓為40V的情況下，導(dǎo)電率σ1為1.0×10-2S/m，導(dǎo)電率σ2為5.4×10-3S/m。另外，與柵壓為20V和30V的情況同樣，隨著低聚噻吩衍生物分子的取向角度從0°增大，載流子遷移率提高，但超過(guò)由上述式(1)求得的θ＝28°附近時(shí)，載流子遷移率逐漸下降，取向角度為90°時(shí)載流子遷移率最低。
這樣，可知低聚噻吩衍生物分子的取向角度為90°時(shí)，即低聚噻吩衍生物分子的主鏈的分子軸相對(duì)于與源極電極和漏極電極相對(duì)的邊垂直的方向垂直的情況下，載流子遷移率最低。另外，可知在圖6A～圖6C中，用斜線(xiàn)表示的區(qū)域的載流子遷移率，與低聚噻吩衍生物分子的取向角度為0°的情況、即低聚噻吩衍生物分子在從源極電極到漏極電極的方向上相鄰的分子的π軌道未形成相對(duì)的情況相比，得到改善。另外，可知得到最高載流子遷移率的取向角度是用取向角度為0°時(shí)的導(dǎo)電率σ1和取向角度為90°時(shí)的導(dǎo)電率σ2、由式(1)計(jì)算出的θ的附近。對(duì)于低聚噻吩衍生物分子的優(yōu)選的取向角度的范圍進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果表明，如圖6A～圖6C所示，最優(yōu)選以由式(1)算出的θ為中心±10°的范圍。
另外，在本實(shí)施方式中，作為用于半導(dǎo)體層40的低聚噻吩衍生物分子，對(duì)具有6個(gè)五元環(huán)、并且將兩末端用烷基(例如，-C10H21)修飾的低聚噻吩衍生物分子，也制作同樣的測(cè)定試樣進(jìn)行測(cè)定。將其測(cè)定結(jié)果示于圖7。在此，圖7所示的測(cè)定結(jié)果表示柵壓為30V時(shí)的測(cè)定結(jié)果。此外，圖7的橫軸和縱軸與圖6的情況相同。
如圖7所示，可知使用具有6個(gè)五元環(huán)、并且末端進(jìn)行了上述化學(xué)修飾的低聚噻吩衍生物分子的情況下，低聚噻吩衍生物分子的取向角度為0°時(shí)和為90°時(shí)的載流子遷移率大致相等，其它取向角度的載流子遷移率相對(duì)于上述0°和90°時(shí)的載流子遷移率，得到改善。另外，可知與上述使用具有8個(gè)五元環(huán)的低聚噻吩衍生物分子的情況相同，在用取向角度為0°時(shí)的導(dǎo)電率σ1和取向角度為90°時(shí)的導(dǎo)電率σ2、由式(1)計(jì)算出的θ＝39°的附近，得到最高的載流子遷移率。于是判明在這種情況下，低聚噻吩衍生物分子的優(yōu)選的取向角度的范圍，如圖7所示，是以由式(1)算出的θ為中心±10°的范圍。
此外，在本實(shí)施方式中，對(duì)使用具有8個(gè)或6個(gè)五元環(huán)、末端分別用烷基(例如，-C10H21)修飾的低聚噻吩衍生物作為用于半導(dǎo)體層的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是，本發(fā)明的效果并不限于具有這種結(jié)構(gòu)的材料。即，由本發(fā)明得到的效果，是通過(guò)TFT的源極電極和漏極電極的配置方向與半導(dǎo)體層的取向方向之間的位置關(guān)系來(lái)體現(xiàn)的，所以，使用其它的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子時(shí)，也可得到同樣的效果。例如，可以使用五元環(huán)的個(gè)數(shù)不同的聚噻吩衍生物，也可以將末端的修飾基改變?yōu)槠渌m當(dāng)?shù)娜〈?。另外，也可以不在末端、而在主鏈的中間導(dǎo)入修飾基。
另外，圖4示意性地表示了表示低聚噻吩衍生物分子的四角形被配置成平行于由YZ軸形成的平面的情形，但是表示分子面的四角形不需要全部相對(duì)于由XY軸形成的平面完全直立。即，在利用π軌道的重疊的電荷移動(dòng)能夠進(jìn)行的限度內(nèi)，分子面可以稍微傾斜，其傾斜度也沒(méi)有必要相同。此時(shí)，如本實(shí)施例中使用的低聚噻吩衍生物分子那樣，表示π電子云的存在方向的矢量方向沒(méi)有被統(tǒng)一到一個(gè)方向上，其傾斜度的允許范圍寬，所以可得到容易制作本發(fā)明的TFT的效果。
(第二實(shí)施方式)在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，對(duì)使用并五苯作為構(gòu)成TFT的半導(dǎo)體層的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的情況進(jìn)行說(shuō)明。
在本實(shí)施方式中，采用了具有圖1B所示的結(jié)構(gòu)的TFT100。此外，本發(fā)明的效果是通過(guò)將半導(dǎo)體層的取向方向控制為與基板平面成適當(dāng)角度的朝向而得到的。所以，TFT100自身的結(jié)構(gòu)并不限于圖1B所示的結(jié)構(gòu)。
如圖1B所示，采用底柵式的TFT100具有基板11、柵極電極12、柵極絕緣層13、源極電極15、漏極電極16、和由π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子構(gòu)成的半導(dǎo)體層14。具體地說(shuō)，在基板11的主面上設(shè)置柵極電極12，以覆蓋該柵極電極12和基板11的露出表面的方式設(shè)置柵絕緣極13。在該柵極絕緣層13上，設(shè)置源極電極15和漏極電極16，使得在平面圖中它們位于柵極電極12的兩側(cè)。然后，設(shè)置半導(dǎo)體層14，覆蓋源極電極5、漏極電極6、和柵極絕緣層13的露出表面。這樣，采用圖1B所示的底柵式的TFT100具有在基板11上依次疊層?xùn)艠O電極12、柵極絕緣層13、源極電極15、漏極電極16、和半導(dǎo)體層14的結(jié)構(gòu)。
在制造具有上述結(jié)構(gòu)的TFT100時(shí)，首先，為了形成柵極電極12，利用真空蒸鍍法將規(guī)定的電極材料在基板11上成膜后進(jìn)行圖案化。由此，在基板11上的規(guī)定位置，形成規(guī)定形狀的柵極電極12。接著，為了形成柵極絕緣層13，利用旋轉(zhuǎn)鍍膜法涂敷規(guī)定的絕緣材料后，使其充分地干燥。接著，為了形成源極電極15和漏極電極16，利用真空蒸鍍法將規(guī)定的電極材料成膜后，進(jìn)行圖案化。由此，在柵極絕緣層13上形成具有規(guī)定形狀的源極電極15和漏極電極16。最后，為了形成半導(dǎo)體層14，利用真空蒸鍍法將π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子成膜后，進(jìn)行圖案化。此時(shí)，通過(guò)調(diào)整成膜條件，來(lái)控制上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的分子軸與基板11的平面所成的角。另外，對(duì)于平面方向的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的重疊，在通常的成膜中，在每個(gè)顆粒(grain)中其重疊方向一致，但是作為層整體，每個(gè)顆粒都是隨機(jī)的方向，所以，在實(shí)際進(jìn)行π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子成膜之前，通過(guò)涂覆和干燥，在作為襯底的柵極絕緣層13上設(shè)置取向?qū)?，由此，作為層整體可得到一致的分子重疊。這樣，通過(guò)真空蒸鍍法或旋轉(zhuǎn)鍍膜法在基板11上分別進(jìn)行柵極電極12、柵極絕緣層13、源極電極15和漏極電極16、以及半導(dǎo)體層14的成膜和圖案化，由此形成TFT100。
在本實(shí)施例的TFT100中，使用聚乙烯類(lèi)的塑料基板作為構(gòu)成基板11的材料。另外，使用金(以下稱(chēng)為Au)作為構(gòu)成柵極電極12的材料。另外，使用聚乙烯基苯酚作為構(gòu)成柵極絕緣層13的材料。另外，使用Au作為構(gòu)成源極電極15和漏極電極16的材料。使用作為π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子之一的并五苯，作為構(gòu)成半導(dǎo)體層14的材料。
首先，對(duì)作為用于半導(dǎo)體層14的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的并五苯，進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖8是表示作為用于半導(dǎo)體層14的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的并五苯的結(jié)構(gòu)的圖。在此，圖8A表示并五苯的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，圖8B表示并五苯的σ鍵和π電子云的情況，圖8C是示意性地表示并五苯的立體圖。
如圖8A所示，在并五苯的主鏈中，具有多個(gè)雙鍵的六元環(huán)反復(fù)結(jié)合而構(gòu)成的π共軛類(lèi)發(fā)達(dá)。此外，在圖8A中，沒(méi)有明確地表示氫原子。此時(shí)，若使用分子軌道法等方法計(jì)算電子狀態(tài)，則可以求出被雙鍵內(nèi)的π鍵利用的π電子的電子云的存在范圍。即，如圖8B所示，在該并五苯中，在與由碳原子71構(gòu)成的各六元環(huán)面垂直的方向上，存在π電子云73。此外，在該并五苯中，由于各六元環(huán)存在于同一平面內(nèi)，所以表示π電子云73的存在方向的矢量在與圖8C所示的四角形平面相垂直的方向上不統(tǒng)一。
接下來(lái)，對(duì)作為本發(fā)明的特征的并五苯的取向角度的研究方法及其研究結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。此外，在以后的說(shuō)明中，如圖8C所示，假設(shè)長(zhǎng)方形狀的四角形表示并五苯的一個(gè)分子。
圖9是示意性地表示由上述的制造方法得到的半導(dǎo)體層48的并五苯48a的取向狀態(tài)的立體圖。在此，在圖9中，由XY軸形成的平面表示與半導(dǎo)體層48的主面平行的平面，Z軸方向表示半導(dǎo)體層48的厚度方向。
在圖9中，并五苯48a，其主鏈的分子軸相對(duì)于由XY軸形成的平面成α°角地取向，并且表示各個(gè)分子面的四角形被構(gòu)成為在與X軸平行的方向上，相鄰分子之間的π軌道相對(duì)。此外，相對(duì)于這樣形成的半導(dǎo)體層48，對(duì)于成任何角α°的并五苯48a，源極電極和漏極電極都按照X軸方向成為溝道方向的方式形成。
對(duì)于如上所述準(zhǔn)備的各個(gè)測(cè)定試樣，通過(guò)測(cè)定向柵極電極施加各種柵壓的情況下的I-V特性，求出TFT100的載流子遷移率。另外，求出所成的角α°為0°時(shí)的源極電極和漏極電極之間的導(dǎo)電率(即，相當(dāng)于π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸所代表的方向的導(dǎo)電率σ1)、和所成的角α°為90°時(shí)的導(dǎo)電率(即，相當(dāng)于與取向方向垂直的方向并且是π電子云存在方向的導(dǎo)電率σ2；實(shí)際上不能得到完全90°取向，但由最接近90°的來(lái)代表)，將這些導(dǎo)電率的值代入上述的(1)式中算出θ。
θ＝arctan(σ2/σ1)…(1)圖10是表示施加各種柵壓的情況下、改變并五苯的取向角度時(shí)，載流子遷移率的變化的測(cè)定結(jié)果的圖。在此，圖10A表示柵壓為20V時(shí)的測(cè)定結(jié)果，圖10B表示柵壓為40V時(shí)的測(cè)定結(jié)果。此外，圖10中的橫軸和縱軸與圖6的情況相同。
如圖10A所示，在柵壓為20V的情況下，導(dǎo)電率σ1為1.9×10-3S/m，導(dǎo)電率σ2為1.3×10-2S/m。另外，關(guān)于載流子遷移率，可知并五苯的取向角度為0°時(shí)遷移率為最低，隨著并五苯的取向角度從0°增大，載流子遷移率逐漸提高，在由上述式(1)求得的θ＝81°附近達(dá)到峰值后，逐漸下降。
另外，如圖10B所示，在柵壓為40V的情況下，導(dǎo)電率σ1為3.2×10-3S/m，導(dǎo)電率σ2為6.3×10-2S/m。另外，關(guān)于載流子遷移率，可知并五苯的取向角度為0°時(shí)遷移率為最低，隨著并五苯的取向角度從0°增大，載流子遷移率逐漸提高，在由上述(1)求出的θ＝87°附近達(dá)到峰值后，逐漸下降。
這樣，可知隨著使并五苯的取向角度從0°增大，半導(dǎo)體層48的載流子遷移率與取向角度為0°的情況(即，并五苯的分子軸與基板平面平行地取向，π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子在從源極電極到漏極電極的方向上相鄰的分子的π軌道未形成相對(duì)的情況)相比，得到了改善。另外，可知在圖10A和圖10B中，用斜線(xiàn)表示的區(qū)域的載流子遷移率，與并五苯的取向角度為90°附近的情況，即并五苯的分子軸與基板平面垂直、π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸與源極電極和漏極電極相對(duì)的邊的垂線(xiàn)垂直的情況相比，得到了改善。另外，可知得到最高載流子遷移率的取向角度是用取向角度為0°時(shí)的導(dǎo)電率σ1和取向角度為90°時(shí)的導(dǎo)電率σ2、由式(1)計(jì)算出的θ的附近。對(duì)于并五苯的優(yōu)選的取向角度的范圍進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果表明，如圖10A和圖10B所示，最優(yōu)選以由式(1)算出的θ為中心±5°的范圍(但是，不包括超過(guò)90°的部分)。
此外，在本實(shí)施方式中，對(duì)使用并五苯作為用于半導(dǎo)體層的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是，本發(fā)明的效果并不限于這種材料。即，由本發(fā)明得到的效果，是通過(guò)構(gòu)成半導(dǎo)體層的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的分子軸的取向方向與基板平面的位置關(guān)系來(lái)體現(xiàn)的，所以，使用其它的π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子時(shí)，也可得到同樣的效果。例如，可以使用六元環(huán)的個(gè)數(shù)不同的并四苯等其它的低聚并苯，也可以使用將它們的部分結(jié)構(gòu)取代或者進(jìn)行化學(xué)修飾的低聚并苯類(lèi)衍生物。
另外，在第一實(shí)施方式中以使用噻吩類(lèi)聚合物的衍生物的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，在第二實(shí)施方式中以使用并苯類(lèi)聚合物的衍生物的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的效果并不限于這些材料，使用乙炔類(lèi)、吡咯類(lèi)、或者亞苯基類(lèi)的聚合物的衍生物，只要按照本發(fā)明的精神，控制取向方向進(jìn)行成膜，也可得到同樣的效果。另外，使用將上述材料中的某些材料組合形成的共聚物的衍生物時(shí)，也可得到與本發(fā)明相同的效果。另外，從這些材料中選擇材料時(shí)，選擇在第二實(shí)施方式中說(shuō)明的并五苯那樣的晶質(zhì)材料時(shí)，與使用非晶質(zhì)材料的情況相比，能夠得到更高的載流子遷移率。
另外，在第一、第二實(shí)施方式中，使用以有機(jī)材料PEDOT作為主成分的材料或者Au，作為源極電極、漏極電極、柵極電極的各電極材料，但是也可以使用其它的導(dǎo)電性高分子材料，另外，也可以使用ITO、Cu等無(wú)機(jī)材料。但是，為了構(gòu)成具有機(jī)械柔韌性和耐沖擊性的TFT，優(yōu)選選擇有彈性的材料或者不易受到彎曲影響的電極結(jié)構(gòu)。另外，柵極絕緣層和基板也不限于在第一、第二實(shí)施方式中使用的材料，但是，優(yōu)選選擇與電極同樣有彈性的材料或者不易受到彎曲影響的材料。
另外，在第一實(shí)施方式中，作為使低聚噻吩衍生物分子沿規(guī)定的方向取向的方法，使用了在基板上設(shè)置槽后、將分散在溶劑中的低聚噻吩衍生物分子涂敷在其上并使其干燥的方法，在第二實(shí)施方式中，作為使并五苯沿規(guī)定的方向取向的方法，使用了在作為襯底的柵極絕緣層上設(shè)置取向?qū)雍?、在?guī)定的條件下進(jìn)行真空蒸鍍而成膜的方法，但是，如前所述，本發(fā)明的效果是通過(guò)半導(dǎo)體層的取向方向與源極-漏極或者基板平面的位置關(guān)系來(lái)體現(xiàn)的，所以使用什么取向方法都沒(méi)有問(wèn)題。例如，使用作為背景技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明的LB法、拉伸法、或者用一定壓力將聚四氟乙烯壓在基板上并使其滑動(dòng)從而形成取向、使有機(jī)半導(dǎo)體與其上接觸的方法、和使用熱壁外延法的方法等將π共軛類(lèi)低聚物分子取向成膜，也可得到同樣的效果。另外，也可以使用由液晶性的取代基在π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的側(cè)鏈上進(jìn)行化學(xué)修飾，通過(guò)利用該取代基的效果來(lái)進(jìn)行取向控制的方法。
另外，對(duì)于第一、第二實(shí)施方式中使用的材料，將在各個(gè)柵壓下被認(rèn)為最佳的取向角度表示為θ，但是這些取向角度不是僅由材料決定的。就是說(shuō)，即使是相同的材料，由于其成膜狀態(tài)或者TFT的結(jié)構(gòu)等的不同，導(dǎo)電率σ1和σ2可能改變。但是，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的精神來(lái)決定取向角度，在實(shí)際使用的狀態(tài)下，可以構(gòu)成載流子遷移率最高的TFT。
(第三實(shí)施方式)在本發(fā)明的第三實(shí)施方式中，作為使用第一、第二實(shí)施方式中說(shuō)明的TFT的應(yīng)用例，對(duì)薄式(sheet-like)柔性顯示器、無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽、和便攜式電視、通信終端、便攜式醫(yī)療設(shè)備等便攜式設(shè)備進(jìn)行說(shuō)明。
首先，作為薄式柔性顯示器，對(duì)將有機(jī)EL用于顯示部的有源矩陣型顯示器的構(gòu)成例進(jìn)行說(shuō)明。
圖11是示意性地表示將有機(jī)EL用于顯示部的有源矩陣型顯示器的結(jié)構(gòu)的立體圖。
如圖11所示，本實(shí)施方式的有源矩陣型顯示器中，將與像素電極連接的TFT驅(qū)動(dòng)電路110以陣列形狀配置在塑料基板101上，在該TFT驅(qū)動(dòng)電路110上設(shè)置有有機(jī)EL層102和保護(hù)膜104。其中，在有機(jī)EL層102的上表面設(shè)置有透明電極103。在此，有機(jī)EL層102由電子輸送層、發(fā)光層、空穴輸送層等各層疊層構(gòu)成。然后，從各TFT的規(guī)定電極延長(zhǎng)的源極線(xiàn)105和柵極線(xiàn)106分別與在此未圖示的控制電路連接。在此，將TFT驅(qū)動(dòng)電路部110的放大圖示于圖12。此外，TFT自身的疊層結(jié)構(gòu)基本上與第一實(shí)施方式所示的疊層結(jié)構(gòu)相同。即，圖12所示的TFT由半導(dǎo)體層114、源極電極115和漏極電極116、柵絕緣極113、和柵極電極112疊層形成。然后，如圖12所示，漏極電極116與有機(jī)EL的像素電極117電氣連接。另外，與柵極電極112連接的柵極線(xiàn)106、與源極電極115連接的源極線(xiàn)105的交叉部分，配置有絕緣層118。
這樣，通過(guò)使用第一、第二實(shí)施方式中說(shuō)明的TFT構(gòu)成有源矩陣型顯示器，可以用低成本工藝制造TFT部分，所以可以實(shí)現(xiàn)作為顯示器整體也廉價(jià)、并且機(jī)械柔軟性和耐沖擊性?xún)?yōu)異的薄式顯示器。另外，可以提供顯示速度(反應(yīng)速度)快的有源矩陣型顯示器。
此外，在本實(shí)施方式中，對(duì)將有機(jī)EL用于顯示部的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明的效果并不限于具有這種結(jié)構(gòu)的有源矩陣型顯示器。即，只要是需要TFT電路的有源矩陣型顯示器，就可同樣地發(fā)揮效果。
另外，驅(qū)動(dòng)像素的驅(qū)動(dòng)電路部的結(jié)構(gòu)，并不限于本實(shí)施方式中所示的結(jié)構(gòu)。即，例如，為了驅(qū)動(dòng)1個(gè)像素，可以采用將電流驅(qū)動(dòng)用的TFT和用于控制它的開(kāi)關(guān)用TFT組合形成的結(jié)構(gòu)。另外，也可以采用將多個(gè)TFT組合的電路結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)，對(duì)將本發(fā)明的TFT應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖13是示意性地表示使用本實(shí)施方式的TFT的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)的立體圖。
如圖13所示，本實(shí)施方式的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽120使用薄膜狀的塑料基板121作為基材。在該基板121上，設(shè)置有天線(xiàn)部122和存儲(chǔ)器IC部123。在此，存儲(chǔ)器IC部123可以利用第一、第二實(shí)施方式中說(shuō)明的TFT構(gòu)成。該無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽120背面具有粘結(jié)效果，可以貼在點(diǎn)心袋、飲料罐之類(lèi)的不平坦的物品上使用。此外，在無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽120的表面上，根據(jù)需要設(shè)置保護(hù)膜。
這樣，通過(guò)使用第一、第二實(shí)施方式中說(shuō)明的TFT構(gòu)成無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽，可以實(shí)現(xiàn)能夠貼在各種形狀或者材料上的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽。另外，可以提供反應(yīng)速度(處理速度)快的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽。
此外，本發(fā)明的效果并不限于圖13所示的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)。所以，天線(xiàn)部、存儲(chǔ)器IC部的配置和構(gòu)成方法，可以任意設(shè)定。另外，例如，也可以將邏輯電路部插入無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽。
另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)預(yù)先在塑料基板121上形成天線(xiàn)部122和存儲(chǔ)器IC部123的方式進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于這種方式，也可以使用噴墨印刷那樣的方法，直接在對(duì)象物上形成無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽。這樣，通過(guò)使用本發(fā)明的TFT的結(jié)構(gòu)，可以低成本地制造機(jī)械柔軟性、耐沖擊性?xún)?yōu)異的高性能的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽。
最后，對(duì)將本發(fā)明的TFT應(yīng)用于便攜式設(shè)備的情況進(jìn)行說(shuō)明。在圖14～圖16中，表示了利用本發(fā)明的TFT的便攜式設(shè)備的幾個(gè)具體的應(yīng)用例子。
首先，對(duì)將本發(fā)明的TFT應(yīng)用于便攜式電視的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖14是示意性地表示使用本實(shí)施方式的TFT的便攜式電視的結(jié)構(gòu)的正面圖。
如圖14所示，本實(shí)施方式的便攜式電視130具有由顯示電視圖像的液晶顯示裝置等構(gòu)成的顯示部131、由在此收縮自如的拉桿天線(xiàn)構(gòu)成的可以接收放送電波的接收部132、控制便攜式電視130的電源的打開(kāi)/關(guān)閉(ON/OFF)的電源開(kāi)關(guān)133、用于調(diào)整從后述的語(yǔ)音輸出裝置135輸出的語(yǔ)音輸出的音量和對(duì)接收的電視放送頻道進(jìn)行切換的操作開(kāi)關(guān)134、由輸出電視聲音的揚(yáng)聲器等構(gòu)成的語(yǔ)音輸出部135、將語(yǔ)音信號(hào)和圖像信號(hào)輸入便攜式電視130或者從便攜式電視130輸出的輸入輸出端子136、插入根據(jù)需要記錄接收的電視放送等的語(yǔ)音信號(hào)和圖像信號(hào)的記錄介質(zhì)插入部137。
雖然沒(méi)有在圖14中特別圖示，但該便攜式電視130的內(nèi)部具有IC和LSI等集成電路。這樣，利用本發(fā)明的TFT的集成電路，適合被作為構(gòu)成便攜式電視130的運(yùn)算元件、存儲(chǔ)元件、開(kāi)關(guān)元件等使用。由此，便攜式電視130作為便攜型的電視發(fā)送接收機(jī)而發(fā)揮作用。
接下來(lái)，對(duì)將本發(fā)明的TFT應(yīng)用于通信終端的情況進(jìn)行說(shuō)明。在此，作為通信終端，以便攜式電話(huà)為例。
圖15是示意性地表示使用本實(shí)施方式的TFT的便攜式電話(huà)的結(jié)構(gòu)的正面圖。
如圖15所示，本實(shí)施方式的便攜式電話(huà)140具有由顯示電話(huà)號(hào)碼等的液晶顯示裝置等構(gòu)成的顯示部141、由在此自如收藏的鞭狀天線(xiàn)(whip antenna)構(gòu)成的可以發(fā)送和接收通信電波的發(fā)送接收部142、由輸出通信語(yǔ)音的揚(yáng)聲器等構(gòu)成的語(yǔ)音輸出部143、具有可以攝相的CCD元件等的攝相部144、根據(jù)需要用于將便攜式電話(huà)140折疊的折疊用可動(dòng)部145、用于輸入電話(huà)號(hào)碼和文字的多個(gè)操作開(kāi)關(guān)146、由輸入通信語(yǔ)音的電容話(huà)筒等構(gòu)成的語(yǔ)音輸入部147。
雖然沒(méi)有在圖15中特別圖示，但該便攜式電話(huà)140的內(nèi)部具有IC和LSI等集成電路。這樣，利用本發(fā)明的TFT的集成電路，適合被作為構(gòu)成便攜式電話(huà)140的運(yùn)算元件、存儲(chǔ)元件、開(kāi)關(guān)元件等使用。由此，便攜式電話(huà)140作為便攜型的通信終端而發(fā)揮作用。
接著，對(duì)將本發(fā)明的TFT應(yīng)用于便攜式醫(yī)療設(shè)備的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖16是示意性地表示使用本實(shí)施方式的TFT的便攜式醫(yī)療設(shè)備的結(jié)構(gòu)的立體圖。在此，將根據(jù)取得的生物體信息、自動(dòng)對(duì)患者進(jìn)行投藥等醫(yī)療治療的便攜式醫(yī)療設(shè)備，作為便攜式醫(yī)療設(shè)備的一個(gè)例子，進(jìn)行說(shuō)明。另外，在圖16中，透視地表示后述的患者的手腕155。
如圖16所示，本實(shí)施方式的便攜式醫(yī)療設(shè)備150具有由顯示設(shè)備的動(dòng)作狀態(tài)和取得的生物體信息等的液晶顯示裝置等構(gòu)成的顯示部151；用于進(jìn)行便攜式醫(yī)療設(shè)備150的動(dòng)作的設(shè)定的操作開(kāi)關(guān)152；處理通過(guò)后述的經(jīng)皮接觸部154得到的生物體信息，并且根據(jù)該處理的結(jié)果，通過(guò)經(jīng)皮接觸部154對(duì)患者進(jìn)行投藥等醫(yī)療治療的醫(yī)療治療部153；連續(xù)地收集用于醫(yī)療治療的患者的生物體信息，同時(shí)對(duì)患者實(shí)質(zhì)地進(jìn)行醫(yī)療治療的經(jīng)皮接觸部154。
使用該便攜式醫(yī)療設(shè)備150對(duì)患者進(jìn)行醫(yī)療治療時(shí)，如圖16所示，便攜式醫(yī)療設(shè)備150被纏繞并攜帶在患者的手腕155上。在該圖16所示的攜帶狀態(tài)下，經(jīng)皮接觸部154與患者的手腕155的表面相互緊密接觸。于是，便攜式醫(yī)療設(shè)備150在該圖16所示的狀態(tài)下，通過(guò)經(jīng)皮接觸部154從手腕155取得用于醫(yī)療治療的生物體信息。取得患者的生物體信息后，將該取得的生物體信息輸入醫(yī)療治療部153。在醫(yī)療治療部153中，對(duì)取得的生物體信息進(jìn)行用于醫(yī)療治療的規(guī)定的處理。然后，根據(jù)該處理的結(jié)果，由醫(yī)療治療部153通過(guò)經(jīng)皮接觸部154，對(duì)患者進(jìn)行投藥等醫(yī)療治療。
雖然沒(méi)有在圖16中特別圖示，但該便攜式醫(yī)療設(shè)備150的內(nèi)部具有IC和LSI等集成電路。這樣，利用本發(fā)明的TFT的集成電路，適合被作為構(gòu)成便攜式醫(yī)療設(shè)備150的運(yùn)算元件、存儲(chǔ)元件、開(kāi)關(guān)元件等使用。由此，便攜式醫(yī)療設(shè)備150作為便攜型的醫(yī)療設(shè)備而發(fā)揮作用。
這樣，通過(guò)使用利用在第一、第二實(shí)施方式中說(shuō)明的TFT的集成電路來(lái)構(gòu)成便攜式設(shè)備，可以得到如下的效果。即，作為在上述的便攜式設(shè)備中利用的集成電路，可考慮運(yùn)算元件、存儲(chǔ)元件和開(kāi)關(guān)元件等各種利用半導(dǎo)體特性的元件，但在上述便攜式設(shè)備中，在要求具有作為機(jī)械柔軟性、耐沖擊性、廢棄時(shí)對(duì)環(huán)境的影響性和重量輕、廉價(jià)等有機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)的性能時(shí)，通過(guò)利用本發(fā)明的TFT構(gòu)成其一部分，可以廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)高性能的元件。另外，作為其結(jié)果，可以廉價(jià)地制造具備上述優(yōu)點(diǎn)的便攜式設(shè)備。
在第三實(shí)施方式中，舉出作為應(yīng)用本發(fā)明的TFT的便攜式設(shè)備的幾個(gè)例子進(jìn)行了說(shuō)明，但是這些舉例說(shuō)明的設(shè)備的結(jié)構(gòu)并不限于上述的結(jié)構(gòu)。另外，能夠應(yīng)用本發(fā)明的TFT的便攜式設(shè)備，也不限于上述的設(shè)備。例如，PDA終端、可佩帶的(wearable)AV設(shè)備、便攜式計(jì)算機(jī)、手表型的通信設(shè)備等，要求具有機(jī)械柔軟性、耐沖擊性、廢棄時(shí)對(duì)環(huán)境的影響性、重量輕、廉價(jià)等的便攜式設(shè)備，能夠適合應(yīng)用本發(fā)明的TFT。
此外，在第一、第二實(shí)施方式中，將本發(fā)明應(yīng)用于圖1B和圖1C的結(jié)構(gòu)的TFT，但是對(duì)圖1A和圖1D的結(jié)構(gòu)的TFT，也可以同樣地應(yīng)用本發(fā)明。在此，在圖1A中，柵極電極12、柵極絕緣層13和半導(dǎo)體層14疊層在基板11上，源極電極15和漏極電極16疊層在該半導(dǎo)體層14上而構(gòu)成。另外，在圖1D中，源極電極15和漏極電極16、半導(dǎo)體層14、以及柵極絕緣層13，疊層在基板11上，在該柵極絕緣層13上疊層上電極12而構(gòu)成。
另外，在第一、第二實(shí)施方式中，對(duì)源極電極和漏極電極具有矩形形狀的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是只要形成為在平面圖中源極電極和漏極電極具有相互相對(duì)的邊，就可以?xún)?yōu)選適用本發(fā)明。另外，在源極電極和漏極電極具有任意形狀的情況下，通過(guò)使芳香π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體的主鏈的分子軸相對(duì)于在半導(dǎo)體層中形成的溝道中的電場(chǎng)方向傾斜地取向，可以應(yīng)用本發(fā)明。
另外，在第一、第二實(shí)施方式中，顯示了具有以在平面圖中具有相互相對(duì)的邊的方式分離設(shè)置的源極電極和漏極電極的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)，但是除了這種結(jié)構(gòu)以外，例如在具有以在厚度方向上具有相互相對(duì)的邊的方式分離設(shè)置的源極電極和漏極電極的結(jié)構(gòu)中，也可以采用將π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得π軌道實(shí)質(zhì)上相對(duì)、并且主鏈的分子軸相對(duì)于與上述相對(duì)的邊垂直的方向傾斜的結(jié)構(gòu)。采用這樣的結(jié)構(gòu)，也可以得到與第一、第二實(shí)施方式相同的效果。
本發(fā)明可以提供具有以上所述的結(jié)構(gòu)、將π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子在規(guī)定方向上取向而構(gòu)成的、載流子遷移率得到改善的TFT及其制造方法，同時(shí)起到可以提供配置有多個(gè)載流子遷移率得到改善的TFT的有源矩陣型的顯示器、將上述載流子遷移率得到改善的TFT用于集成電路部的無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽、和將上述載流子遷移率得到改善的TFT用于集成電路部的便攜式設(shè)備等的效果。
根據(jù)上述說(shuō)明，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的多種改良和其它的實(shí)施方式是顯而易見(jiàn)的。因此，上述說(shuō)明應(yīng)理解為只是舉例說(shuō)明，是為了向本領(lǐng)域技術(shù)人員示范實(shí)施本發(fā)明的最佳方式而提供的。不脫離本發(fā)明的精神，可以實(shí)質(zhì)性地改變其結(jié)構(gòu)和/或功能的細(xì)節(jié)。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的TFT及其制造方法，作為將π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子在規(guī)定方向上取向而構(gòu)成的載流子遷移率得到改善的TFT及該TFT的制造方法是有用的。另外，本發(fā)明的TFT對(duì)于制造薄式或紙頁(yè)式的有源矩陣型顯示器、無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽、便攜式電視和便攜式電話(huà)等便攜設(shè)備等是有用的。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，具有半導(dǎo)體層和在所述半導(dǎo)體層上相互相對(duì)地分離設(shè)置的源極區(qū)域和漏極區(qū)域，其特征在于所述半導(dǎo)體層具有π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子作為主成分，將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得π軌道實(shí)質(zhì)上相對(duì)、并且主鏈的分子軸相對(duì)于在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道中的電場(chǎng)方向傾斜。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于源極區(qū)域和漏極區(qū)域按照具有相互相對(duì)的邊的方式被分離設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上，將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得主鏈的分子軸相對(duì)于與所述相對(duì)的邊垂直的方向傾斜。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于源極區(qū)域和漏極區(qū)域按照在該半導(dǎo)體層的膜厚方向上具有相互相對(duì)的面的方式被分離設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上，將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得主鏈的分子軸相對(duì)于與所述相對(duì)的面垂直的方向傾斜。
4.如權(quán)利要求2或3所述的薄膜晶體管，其特征在于具有通過(guò)柵極絕緣層被設(shè)置在所述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)面上的柵極電極，向所述柵極電極施加與所述薄膜晶體管為ON時(shí)同等的電壓的狀態(tài)下，所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸方向的導(dǎo)電率為σ1，與所述分子軸方向垂直的方向且為π軌道軸方向的導(dǎo)電率為σ2時(shí)，所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸，以相對(duì)于與所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域的相對(duì)的邊或相對(duì)的面垂直的方向傾斜由(1)式算出的角度θ的方向作為實(shí)質(zhì)的取向方向進(jìn)行取向，θ＝arctan(σ2/σ1)…(1)。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管，其特征在于將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸按照存在于與所述半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)的方式進(jìn)行取向，并且該取向范圍為所述角度θ±10°。
6.如權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管，其特征在于將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸按照不存在于與所述半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)的方式進(jìn)行取向，并且該取向范圍為所述角度θ±5°。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子為以噻吩、乙炔、吡咯、亞苯基、和并苯中的任一個(gè)、或者將它們組合的分子骨架作為主鏈的衍生物。
8.如權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其特征在于所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的各π軌道的延伸方向不都與同一矢量方向一致。
9.如權(quán)利要求7或8所述的薄膜晶體管，其特征在于所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子為結(jié)晶質(zhì)。
10.一種薄膜晶體管的制造方法，用于制造具有半導(dǎo)體層和在所述半導(dǎo)體層上相互相對(duì)地分離設(shè)置的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的薄膜晶體管，其特征在于在所述半導(dǎo)體層中，使用π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子作為主成分，將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得π軌道實(shí)質(zhì)上相對(duì)、并且主鏈的分子軸相對(duì)于在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道中的電場(chǎng)方向傾斜。
11.如權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于按照具有相互相對(duì)的邊的方式，將源極區(qū)域和漏極區(qū)域分離設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上，將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得主鏈的分子軸相對(duì)于與所述相對(duì)的邊垂直的方向傾斜。
12.如權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于按照在該半導(dǎo)體層的膜厚方向上具有相互相對(duì)的面的方式，將源極區(qū)域和漏極區(qū)域分離設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上，將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得主鏈的分子軸相對(duì)于與所述相對(duì)的面垂直的方向傾斜。
13.如權(quán)利要求11或12所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于具有通過(guò)柵極絕緣層被設(shè)置在所述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)面上的柵極電極，向所述柵極電極施加與所述薄膜晶體管為ON時(shí)同等的電壓的狀態(tài)下，所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸方向的導(dǎo)電率為σ1，與所述分子軸方向垂直的方向且為π軌道軸方向的導(dǎo)電率為σ2時(shí)，將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸，以相對(duì)于與所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域的相對(duì)的邊或相對(duì)的面垂直的方向傾斜由(1)式算出的角度θ的方向作為實(shí)質(zhì)的取向方向進(jìn)行取向，θ＝arctan(σ2/σ1)…(1)。
14.如權(quán)利要求13所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸按照存在于與所述半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)的方式進(jìn)行取向，并且使該取向范圍為所述角度θ±10°。
15.如權(quán)利要求13所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于將所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子的主鏈的分子軸按照不存在于與所述半導(dǎo)體層的主面實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)的方式進(jìn)行取向，并且使該取向范圍為所述角度θ±5°。
16.如權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于作為所述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子，使用以噻吩、乙炔、吡咯、亞苯基、和并苯中的任一個(gè)、或者將它們組合的分子骨架作為主鏈的衍生物。
17.一種有源矩陣型顯示器，其特征在于配置多個(gè)權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的薄膜晶體管，作為用于驅(qū)動(dòng)像素的開(kāi)關(guān)元件。
18.一種無(wú)線(xiàn)ID標(biāo)簽，其特征在于利用權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的薄膜晶體管，作為用于構(gòu)成集成電路的半導(dǎo)體元件。
19.一種便攜設(shè)備，其特征在于利用權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的薄膜晶體管，作為用于構(gòu)成集成電路的半導(dǎo)體元件。
全文摘要
本發(fā)明的薄膜晶體管(100)具有半導(dǎo)體層(14)和在上述半導(dǎo)體層上相互相對(duì)地分離設(shè)置的源極區(qū)域(15)和漏極區(qū)域(16)，上述半導(dǎo)體層具有π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子作為主成分，將上述π共軛類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體分子取向，使得π軌道實(shí)質(zhì)上相對(duì)、并且主鏈的分子軸相對(duì)于在上述半導(dǎo)體層中形成的溝道中的電場(chǎng)方向傾斜。
文檔編號(hào)H01L51/00GK1879223SQ200480033200
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者竹內(nèi)孝之, 七井識(shí)成 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社