유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법 document_id A220623056448

종래 형의 실리콘 반도체나 화합물 반도체를 이용한 박층 전계 효과 트랜지스터(TFT)는 일반적인 집적 회로뿐만 아니라 그 이용 분야를 확대하고 있다. 특히, 액정 디스플레이에서의 TFT의 사용은 상식화되어 있다. 또한, 최근 액정 디스플레이는 디스플레이의 대형화와 함께 정밀화도 진행되고 있고, 종래 이상으로 화소수에 대응하는 다수개의 TFT의 조립이 요구되고 있다. 그러나, 종래부터 이용되고 있는 통상의 금속계 반도체에서는 기판 상에 회로를 형성할 때, 포토레지스트 등에 의한 패턴화 및 에칭 등의 처리로부터, 화면 상에 형성되는 TFT에 약간의 결함이 발생하는 것을 피할 수 없었다. 또한, 이들 처리에 의해 TFT의 제조 비용을 줄이기에는 일정한 한계가 있었다. 다른 박형 디스플레이, 즉 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이에서도 TFT를 이용하는 경우에는 마찬가지라고 할 수 있다. 또한, 최근 대면적 및 정밀화 경향은 제조 TFT 결함의 확률을 높이는 경향이 되어, 이 TFT 결함을 최소한으로 하는 방법이 강하게 요망되고 있다. 또한, 포토레지스트 등에 의한 패턴화 및 에칭 등의 처리를 행하기 때문에, 제작 비용을 감소하는 것에 한계가 있다. 한편, 금속층/절연체층/반도체 구조(MIS) 구조를 갖는 TFT에 있어서 절연체 및 반도체의 재료를 유기물로 하는 시도가 이루어지고 있지만, 유기 절연 재료에 관한 내용은 적다. 예를 들면, 일본 특허 공표 (평)5-508745호 공보(특허 문헌 1)에서는, 절연체층으로서 비유전율 5 이상의 절연성 유기 고분자를 반도체층으로서 중량 평균 분자량 2,000 이하의 다공액 유기 화합물을 이용하여 제조한 디바이스가 전계 효과를 나타내고, 그 이동도가 10-2 ㎠V-1s-1 정도인 것이 기재되어 있다. 그러나, 유기 반도체 재료로서 α-섹시티에닐을 이용하여 증착에 의해 반도체층을 형성하기 때문에, 포토레지스트 등에 의한 패턴화 및 에칭 등의 처리가 필요해지고, 비용의 감소가 도모되지 않는다. 또한, 유기 절연 재료에 관해서, 예를 들면 상기 특허 문헌 1 및 일본 특허 공개 제2005-72528호 공보(특허 문헌 2)에, 폴리비닐알코올 및 시아노에틸풀루란의 예시가 있지만, 이들 물질은 분자 내에 수산기를 갖는 구조이다. 게이트 절연막 재료에 수산기가 존재하면, 유기 반도체층과의 계면 근방에서 수산기가 전자를 트랩하여, n형 트랜지스터 특성을 나타내지 않거나, 또는 나타내었다고 해도 캐리어 이동도가 낮다는 결점을 갖는 것이었다. 종래 형의 실리콘 반도체나 화합물 반도체를 이용한 TFT를 적용한 새로운 용도가 증가하기 시작하여, 보다 저렴한 것이나 굴곡 가능한 디바이스의 요구가 증대되고 있다. 이에 대응하기 위해, 저비용, 유연성 등 다양한 기능성을 디바이스에 응용 가능하기 때문에 유기 반도체에 관한 연구가 활발히 행해지고 있다. 이 실용화에 의해 프린터가능한 집적 회로나 전자 페이퍼 등의 실현이 예상되고 있지만, 대부분의 유기 반도체가 p형의 거동을 나타내고, n형의 거동을 나타내는 것은 C60 등, 매우 적은 물질밖에 없다. n형 유기 반도체는 p-n 결합(junction)을 비롯한 유기 전자 디바이스의 실현에 매우 중요한 물질이다. 유기 반도체가 일반적으로 p형으로부터 n형에의 극성 반전을 나타내지 않는 것은 실리콘 반도체에 비하여 밴드갭이 크기 때문에, 많은 게이트 전압을 가해 밴드를 구부려도 반전층이 형성되지 않기 때문이다. 반전층을 형성하기 위해서는, 게이트 절연막과 유기 반도체의 계면에 많은 캐리어를 유기시키면 되지만, 종래의 게이트 절연막을 이용하는 경우는 고게이트 전압에 의해 절연 파괴를 일으켜, 극성 반전을 일으키는 데 충분한 캐리어량을 유기하는 것은 곤란하였다. 예를 들면, 절연막으로서 고내전압·고유전율·저누설 전류를 갖는 산화알루미늄 박막을 유기 반도체로서 단결정을 사용하는 것이 제안되어 있다(비특허 문헌 1: Appl, Phys. Lett, Vol. 85, p 3899(2004)). 이는 유기 반도체로서 단결정을 이용함으로써, 반도체 박막에서의 그레인이나 트랩 준위에 의한 영향을 없앨 수 있기 때문에, 고이동도가 얻어지는 것을 기대할 수 있다고 한다. 그러나, 산화물 절연체는 박막화하기 쉽고, 유전율이 높다는 이점이 있는 반면, 산소 결손이 반드시 존재하고, 내전압이 낮아진다. 한편, 일본 특허 공개 제2006-303453호 공보(특허 문헌 3)에는, 절연체층 재료로서 특정한 유기 고분자, 특히 시아노에틸풀루란을 이용하는 양극성 OFET가 기재되어 있다. 그러나, 통상 상태에서 p형의 거동을 나타내지만, n형의 거동을 발현시키기 위해서는, 그 고분자 화합물의 항전계 이상에서 내전압 이하의 전압을 소스 및 게이트 전극 사이에 인가하는 폴링 처리를 행할 필요가 있었다. [특허 문헌 1] 일본 특허 공표 (평)5-508745호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2005-72528호 공보 [특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2006-303453호 공보 [비특허 문헌 1] Appl, Phys. Lett, Vol. 85, p3899(2004)