专利名称：纵型有机fet及其制造方法
技术领域：
本发明涉及新的纵型有机FET及其制造方法。
背景技术：
近年来，人们对有机半导体材料作为发光二极管、非线性光学器件、场效应晶体管等各种器件的活性层的应用进行了研究。
有机半导体材料因加工性能优良，所以可简化制造装置和降低成本。另外，利用非晶硅等也能容易地层积在柔软的塑料基板上，这也是有机半导体材料的一大优点。
以往，使用有机半导体材料的FET的研究大多是关于横型的。它通过在基板上设置栅电极和绝缘层、在绝缘层上部配置源极和漏极等金属电极、再用蒸镀法或旋转镀膜法等形成作为活性层的有机半导体材料。该器件通过控制栅电极电压来控制源极和漏极之间的电流。但由于有机半导体的电阻大、低载流子迁移率低，因此有不能通过大电流、动作速度迟缓等缺点。
为此，最近工藤等人提出了作为静电感应晶体管(SIT)已知的具有嵌入型栅电极晶体管结构的纵型有机FET(Synthetic Metals 102(1990)900)。另外，还提出了该元件的制造方法(日本专利第3403136号公报)。
另外，作为有机半导体器件，还提出了在基板上依次形成下部电极、铅酞菁蒸镀膜和上部电极的器件(日本特开昭63-244678号公报)。
还提出了一种可用作纵型场效应晶体管的半导体装置(日本特开2003-110110号公报)，其特征在于，依次层积第一电极层、半导体层和第二电极层，依次具有以与这些层的一方的侧壁连接的方式沿垂直方向立起的第一电绝缘层和第三电极层。
这些纵型有机FET的优点在于，由于源极-漏极之间的通道长为膜厚方向，所以与横型相比，能够缩短通道长度。因此，能够大幅度地提高高速动作等元件特性。而且，因为可将有机EL中使用的发光材料等层积，因此能够容易地以低成本制造柔性显示器。
发明内容
想要进一步提高纵型有机FET的特性时，由有机半导体构成的活性层的分子取向变得很重要。例如，利用蒸镀法将酞菁类材料制成膜时，通常分子与基板平行地取向(成长)，因此，在横型FET中，在源极和漏极之间，可形成π电子的重叠，能够由栅电极形成并控制传导通道。
但是，如果将横型直接改变为纵型，由于如上所述，分子取向与基板平行，即与连接源极和漏极之间的直线垂直。对纵型有机FET来说，该结构是引起载流子迁移率降低、动作速度降低的原因，因此，期待解决该问题的对策。
因此，本发明的主要目的在于，提供一种具有优异的载流子迁移率、动作速度等的纵型有机FET。
即，本发明涉及下述的纵型有机FET及其制造方法。
1.一种纵型有机FET，基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)上述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)上述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)上述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)上述化合物以上述化合物的各分子的分子面与源极层和漏极层中的至少一方成为平行状态的方式叠层。
2.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于上述化合物作为上述平行状态，以上述分子面与基板表面所成角度在0度以上45度以下的范围内的方式叠层。
3.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析上述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(Bragg angle)(2θ)为20°以上的区域。
4.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析上述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(2θ)为25.5°以上27.5°以下的区域。
5.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于上述中心原子为4价元素。
6.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于上述中心原子为Si、Ge或Sn。
7.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于上述酞菁类化合物以下述通式表示 其中，R1～R4相同或不同，表示氢或取代基；n表示取代基的数目；M1表示Si、Ge或Sn；X1和X2相同或不同，表示卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。
8.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于导电性部件为金属、金属氧化物、和硅中的至少一种。
9.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于在由源极层、漏极层和活性层构成的叠层体的侧面，以与上述3层相接的方式设置有绝缘层，以通过上述绝缘层与上述3层绝缘的方式形成栅电极。
10.如上述项1所述的纵型有机FET，其特征在于活性层和栅电极存在于源极层和漏极层之间，上述活性层和栅电极以相互连接的方式设置。
11.一种纵型有机FET，基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)上述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)上述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)上述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析上述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(2θ)为20°以上的区域。
12.如上述项11所述的纵型有机FET，其特征在于上述衍射峰出现在布拉格角(2θ)为25.5°以上27.5°以下的区域。
13.如上述项11所述的纵型有机FET，其特征在于上述中心原子为4价元素。
14.如上述项11所述的纵型有机FET，其特征在于上述中心原子为Si、Ge或Sn。
15.如上述项11所述的纵型有机FET，其特征在于上述酞菁类化合物以下述通式表示 其中，R1～R4相同或不同，表示氢或取代基；n表示取代基的数目；M1表示Si、Ge或Sn；X1和X2相同或不同，表示卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。
16.如上述项11所述的纵型有机FET，其特征在于导电性部件为金属、金属氧化物、和硅中的至少一种。
17.如上述项11所述的纵型有机FET，其特征在于在由源极层、漏极层和活性层构成的叠层体的侧面，以与上述3层相接的方式设置有绝缘层，以通过上述绝缘层与上述3层绝缘的方式形成栅电极。
18.如上述项11所述的纵型有机FET，其特征在于活性层和栅电极存在于源极层和漏极层之间，上述活性层和栅电极以相互连接的方式设置。
19.一种纵型有机FET的制造方法，制造基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层的纵型有机FET，其特征在于具有使用以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物形成上述活性层的工序。
20.如上述项19所述的制造方法，其特征在于上述中心原子为4价元素。
21.如上述项19所述的制造方法，其特征在于上述中心原子为Si、Ge或Sn。
22.如上述项19所述的制造方法，其特征在于上述酞菁类化合物以下述通式表示 其中，R1～R4相同或不同，表示氢或取代基；n表示取代基的数目；M1表示Si、Ge或Sn；X1和X2相同或不同，表示卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。
23.如上述项19所述的制造方法，其特征在于使用上述酞菁类化合物利用气相法形成活性层。
24.如上述项19所述的制造方法，纵型有机FET在基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)上述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)上述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)上述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)上述化合物以上述化合物的各分子的分子面与源极层和漏极层中的至少一方成为平行状态的方式叠层。
25.如上述项19所述的制造方法，纵型有机FET在基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)上述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)上述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)上述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析上述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(2θ)为20°以上的区域。
图1为本发明的实施方式的纵型有机FET的剖面示意图。
图2为本发明的实施方式的分子取向的示意图。(a)表示分子面与基板大体上垂直的示意图。(b)表示本发明的分子面与基板大体上平行的示意图。
图3为表示SnCl2-Pc薄膜的使用CuKα射线的X射线衍射图案轮廓的图。
图4为表示CuPc薄膜的使用CuKα射线的X射线衍射图案轮廓的图。
图5为本发明的实施方式的纵型有机FET的栅绝缘型结构的剖面示意图。
图6为本发明的实施例的纵型有机FET的结构示意图。(a)表示纵型有机FET的俯视结构示意图，(b)表示纵型有机FET的剖面结构示意图。
符号说明1基板；2源极层；3漏极层；4栅电极；5活性层；6保护层；7绝缘层；10基板；20源极层；30漏极层；40栅电极；50活性层。
具体实施例方式
1.纵型有机FET本发明的纵型有机FET，基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)上述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)上述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)上述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)上述化合物以上述化合物的各分子的分子面与源极层和漏极层中的至少一方成为平行状态的方式叠层。
本发明的纵型有机FET的基本结构为在基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层。只要按照源极层、活性层、漏极层的顺序配置，它们的布局没有特别的限制。例如，可以是基板/源极层/活性层/漏极层、基板/漏极层/活性层/源极层中的任一种模式。
在本发明的纵型有机FET中，源极层和漏极层实质上与基板表面平行地设置。换言之，设计成使流过源极层-漏极层的电流垂直于基板表面流动。
栅电极4的形状、配置等没有限定，可以根据FET的类型适当决定。特别地，在本发明中，纵型有机FET可以采用肖特基(Schottky)栅型或绝缘栅型中的任一种。因此，栅电极4可以与基板表面垂直地设置，或者，也可以采用将有网格状孔的片状栅电极插入活性层的结构。
更具体地说，如图1所示，肖特基栅型为栅电极4与活性层5利用肖特基接合的类型。在图1中，在基板1的上部，在由源极层2和漏极层3构成的一对平行电极层之间，填充有栅电极4和活性层5并制作成膜。另外，其上部可以设置保护层6。特别地，优选如图1那样，源极层2和漏极层3均与基板1实质上平行地配置。
另外，如图5所示，绝缘栅型是下述结构在基板1的上部依次层叠源极层2、活性层5、漏极层3，具有与其侧壁相接的绝缘层7，且绝缘层7的侧壁具有栅电极4。在此情况下，如图5所示，也优选源极层2和漏极层3均与基板1实质上平行地配置。
作为基板1的材质，可以举出例如非掺杂硅、高浓度掺杂硅、玻璃、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚苯乙烯系树脂、聚酯树脂等，可以根据使用目的等适当选择。
作为源极层2、漏极层3和栅电极4使用的材料，没有限定，特别适于使用导电性部件。可以举出例如金、银、铜、铂、铝、铬、钛、钼、镁、锂、钯、钴、锡、镍、铟、钨、钌等金属，它们可以单独使用，也可以使用两种以上(例如合金)。另外，也可以选择多晶硅、非晶硅等硅，锡氧化物，氧化铟，锡氧化物等金属氧化物等。
这些电极2～4的膜厚可以根据纵型有机FET的期望的特性等适当设定，通常优选设定为10nm以上200nm以下的范围。另外，根据需要设置的绝缘层的膜厚通常优选设定为10nm以上200nm以下的范围。保护层的膜厚优选设定为100nm以上10μm以下的范围。
活性层5实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成。即，活性层由将酞菁的中心部的2个氢原子用上述原子取代、并且配位有2个配位基的化合物(络合物)形成。
作为4价的元素可以举出例如Si、Ge、Sn、Pb、Pd、Ti、Mn、Tc、Ir、Rh等。作为6价的元素可以举出例如Mn、Re、Cr、Mo、W、Te等。这些元素中优选4价的元素，特别优选Si、Ge或Sn。
配位基X1和X2只要可以维持上述(4)的平行状态，就没有特别限制，可以举出例如卤素(F、Cl、Br、I等)、苯基、烷基(甲基、乙基等)、羰基(CO)、氰基(CN)、氨(NH3)等。其中，优选卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。另外，X1和X2互相可以相同也可以不同。
上述酞菁类化合物是具有卟啉结构的络合物，只要中心具有上述元素，就没有特别限定。例如，以下述通式表示的化合物可以适于用作有机半导体。
其中，R1～R4相同或不同，表示氢或取代基；n表示取代基的数目；M1表示Si、Ge或Sn；X1和X2相同或不同，表示卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。
上述取代基只要可以形成后述所示的叠层结构，就没有限定，可以从吸电子基或给电子基中适当选择。例如，可以举出直链型或支链型的烷基(甲基、乙基、丙基、丁基等)、炔基、链烯基、可取代的芳基、烯丙基、烷氧基(alkoxy)(甲氧基、乙氧基等)、烷氧羰基、羟基、羧基、烷氧基(alkyloxy)、芳氧基、烷硫基(alkylthio group)、芳硫基、硝基、氨基、酰胺基、氨烷基、氰基、氰烷基、可取代的3元环以上的杂环、苯基、卤素、巯基等。
在本发明中，特别优选R1～R4为氢或碳原子数5以下的烷基。
取代数n通常为0以上4以下的整数。另外，M1表示Si、Ge或Sn。X1和X2相同或不同，表示卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。
这些酞菁类化合物可以使用1种或2种以上。特别地，在分子面的取向方面，优选使用1种。此外，在本说明书中，有时将酞菁记为“Pc”。
活性层中，上述化合物以上述化合物的各分子的分子面与源极层和漏极层中的至少一方成为平行状态的方式叠层。特别优选基板表面、源极层和漏极层相互实质上平行、且它们与上述分子面保持平行状态。
本发明中的平行状态是指上述分子面与源极层和漏极层中的至少一方所成的角度在0度以上45度以下(优选0度以上21度以下)的范围内。
此外，上述角度从源极层、漏极层中的至少一方看，可以是顺时针方向或逆时针方向。换言之，上述角度为±0度以上±45度以下，优选为±0度以上±21度以下。
图2表示分子相对于基板的取向的示意图。图2(a)表示分子面与基板表面大体上垂直地配置(叠层)的状态。图2(b)表示分子面与基板表面平行状态地叠层的状态(本发明)。
此外，图2表明了分子相对于基板表面的位置关系，这也适用于上述分子面与源极层和漏极层中的至少一方的位置关系(以下相同)。
在本发明中，分子面与基板表面或源极层和漏极层中的至少一方处于平行状态，可以通过X射线衍射来确认。即，在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析上述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(2θ)为20°以上(优选为25.5°以上27.5°以下)的区域。
例如，将以铜酞菁(CuPc)为代表的酞菁类化合物在基板上制成的薄膜的分子取向，通常分子面与基板表面大体上垂直地取向，在X射线衍射图案中，在小角度(2θ≤10°)下观测到强的衍射峰。由此导出的面间距d为1.00～1.34nm。即，因为酞菁分子的直径约为1.34nm左右，故可知分子面与基板表面大体上垂直地取向。
与此相对，在本发明的酞菁类化合物中，由于CuKα射线的X射线衍射图案在布拉格角(2θ)为25.5°～27.5°的位置显示出衍射峰，所以分子的面间距(d)约为0.32～0.35nm。据此可以判断，酞菁分子的分子面不是与基板表面垂直地取向，而是大体上平行(基板表面与分子面所成的角度为0度以上45度以下)地取向。由此，能够实现在垂直于基板表面的方向上产生π电子重叠的分子取向，结果，可以提供表现出高载流子迁移率的纵型有机FET。
更具体地说，图3表示将本发明的二氯酞菁锡在SiO2基板上成膜的X射线衍射图案(布拉格角2θ＝26.6°)。图4表示作为比较例的SiO2基板上的铜酞菁薄膜的(CuPc)的X射线衍射图案。在图4中，显然，布拉格角2θ＝6.8°(面间距d＝1.28nm)的峰最大，分子面与基板表面大体上垂直地配置。但是，2θ22°附近的宽峰为基底SiO2基板的峰。
此外，上述的日本特开昭63-244678号公报的图4和图5表示了铅酞菁蒸镀膜的分子面与基板表面平行地排列的图。但是，有报告表明铅酞菁蒸镀膜(1)根据X射线衍射分析，在表面附近，三斜晶体相对于单斜晶体占优势地成长，这种现象分布至蒸镀膜整体，(2)根据电子显微镜观察，单斜晶体蒸镀膜显示出在膜厚方向不均匀的结构(《仿生装置(biodevice)研究开发计划》，财团法人新功能元件研究开发协会(1996))。这样，根据后来的研究，证明日本特开昭63-244678号公报的图4和图5的结构并不正确。因此，上述公报的有机半导体的实质结构与本发明的活性层不同。
另外，日本特开平8-260146号公报中揭示了由用铼原子作为酞菁环的中心原子、氮原子通过三键与该铼原子结合形成的酞菁氮化铼(rhenium phthalocyanine nitride)分子在与其分子面垂直的方向上堆积的结构构成的薄膜。
该公报(尤其是其中的第3栏第3行～第18行)揭示了，只要可以将酞菁环在垂直于其分子面的方向上堆积，无论何种基板均可，但是实际上，据记载，为了使酞菁环能在垂直于其分子面的方向上堆积，需要酞菁环与基板的相互作用，作为基板优选使用NaCl等碱金属卤化物基板。而在该公报中，没有举例说明NaCl等碱金属卤化物基板之外的、酞菁环能在垂直于其分子面的方向上堆积的基板。因此，参照该公报时，使用NaCl等碱金属卤化物基板作为基板使酞菁环在垂直于其分子面的方向上堆积，但由于NaCl等碱金属卤化物基板是绝缘性的，因此，即使参照该公报，也不能将酞菁分子层积在源极层等导电性部件上。
另外，本发明人发现，为了将酞菁环能在垂直于其分子面的方向上堆积，分别在酞菁环的分子面的上下方向配位的配位基X1和X2的存在是必须的，从而完成本发明，而在日本特开平8-260146号公报中，只揭示了仅在酞菁环的分子面的上侧方向具有通过三键结合的1个N原子。因此，在日本特开平8-260146号公报中，并未揭示为了完成本发明所必需的、分别在酞菁环的分子面的上下方向配位的配位基X1和X2的存在，所以，即使参照日本特开平8-260146号公报，也很难完成本发明。
活性层的膜厚可以根据活性层的组成、特性等适当确定，通常优选设定在10nm以上200nm以下，特别优选设定在30nm以上100nm以下的范围。
在本发明的纵型有机FET中，如上所述的绝缘栅型的情况等，可以设置绝缘层7。绝缘层7所用的材料可以从例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等无机材料，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚氯丁二烯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、氰乙基茁霉多糖(cyanoethylpullulan)、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯等有机材料中适当选择。
另外，为了保护本发明的纵型有机FET免受伤害和污染，或为了提高保存稳定性，可以根据需要设置保护层6。作为保护层6，可以使用例如氧化硅等无机材料，聚丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚苯乙烯、聚酯树脂、乙烯基树脂、纤维素、脂肪烃树脂类、天然橡胶、蜡、醇酸树脂、干性油、松香等热软化性、热熔融树脂等有机材料。可以根据需要在保护层6中添加阻燃剂、稳定剂、防静电剂等，也可以是热固性树脂、光固性树脂等。
另外，在本发明中，为了在源极层和漏极层与活性层之间得到良好的接触，可以根据需要设置电子输送材料、空穴输送材料、FLiAl等缓冲层。
2.纵型有机FET的制造方法本发明包含纵型有机FET的制造方法，制造基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层的纵型有机FET，其特征在于具有使用以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物形成上述活性层的工序。
本发明的制造方法适用于制造所有结构(层积结构)或所有类型的纵型有机FET。特别适用于制造本发明的纵型有机FET。尤其最适合于制造(1)在由源极层、漏极层和活性层构成的叠层体的侧面，以与上述3层相接的方式设置有绝缘层，以通过上述绝缘层与上述3层绝缘的方式形成栅电极的纵型有机FET(绝缘栅型)；(2)活性层和栅电极存在于源极层和漏极层之间，上述活性层和栅电极以相互连接的方式设置的纵型有机FET(肖特基栅型)等。
本发明的制造方法的特征尤其在于在形成活性层时，使用以4价或6价元素作为中心原子的酞菁类化合物。上述酞菁类化合物可以优选使用上述1中所示的化合物。
利用酞菁类化合物形成活性层时，除了利用有机材料的升华、蒸发等物性的方法(具体地说，有真空蒸镀法、溅射法、离子镀膜法等气相法)之外，也可以利用涂敷法等液相法形成。在本发明的制造方法中，特别优选使用酞菁类化合物利用气相法形成活性层。
采用气相法(特别是蒸镀法)时的条件因使用的酞菁类化合物的种类等而有所不同，但通常可以设定为基板温度为20℃以上100℃以下，蒸镀速度(膜厚增加速度)为0.01nm/秒以上1nm/秒以下，气氛为真空(真空度1×10-6Pa以上8×10-3Pa以下)。
此外，利用气相法时，由于上述所说明的酞菁类化合物薄膜的晶系、取向性依赖于蒸镀速度、基板温度等蒸镀条件，所以，在制作酞菁薄膜时，可对用于得到目标特性的薄膜制作条件进行适当优化。例如，如Thin solid Films，256(1995)64-67等中所报告的，基板温度在100℃以上时，三斜晶系的薄膜成长，而在室温下，单斜晶系的PbPc薄膜成长，它们的吸收光谱因各自的酞菁分子的取向性的不同而不同。
在本发明的制造方法中，形成活性层时，除了使用上述酞菁类化合物之外，也可以按照公知的纵型有机FET制造法实施。因此，可以适当使用例如溅射法、真空蒸镀法、电镀法等形成各电极2～4。另外，也可以利用涂敷法、电场聚合法等形成聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电性高分子或导电性低聚物。
根据本发明，因为利用特定的酞菁类化合物形成活性层，构成活性层的酞菁类化合物的π电子的重叠沿纵向(即垂直于基板表面的方向)形成，因此，即使纵型有机FET也能够提高源极层-漏极层之间的载流子迁移率、动作特性。
产业上的可利用性本发明的纵型有机FET可以广泛用于例如开关元件、发光二极管、非线性光学器件、场效应晶体管等各种电子器件。
实施例下面，用实施例详细说明本发明的特征。但是，本发明的范围并不受限于实施例。
实施例1将本发明的实验例示于图6。使用石英基板10，在其上利用真空蒸镀法将金制成宽1mm、厚80nm的膜，作为源极层20。接着，在蒸镀速度0.1nm/s、基板温度室温、真空度10-4Pa的条件下将作为活性层50的有机化合物(SnCl2-Pc)制成厚100nm的膜。接着，使用Al，利用真空蒸镀法，以30μm的间隔制成厚50nm的膜，作为栅电极40，暴露在大气中。然后，再在与上述相同的条件下制成100nm活性层50的膜，在其上部蒸镀80nm作为漏极层30的金，制成纵型有机FET。在惰性气氛下进行FET特性的评价，通过施加栅极电压，调制源极、漏极电流，确认了FET动作。
另外，为了进行比较，同样地利用真空蒸镀法制成横型有机FET。基板使用硅基板，使用等离子CVD法在该基板上部形成SiO2作为绝缘层，在其上部以500μm的间隔制成源极层和漏极层的金，并在与上述相同的条件下，在其上部制成作为活性层的SnCl2-Pc膜，制成了横型有机FET。在对该横型有机FET进行评价时，施加数十伏的栅极电压时，几乎未观察到源极、漏极电流的调制，确认本发明的分子取向对纵型有机FET有效。
另外，作为构成活性层的材料，除了上述的有机化合物(SnCl2-Pc)之外，利用真空蒸镀法分别制成SnBr2-Pc、SnI2-Pc、SnPh2-Pc、MeSiCl-Pc膜，制成同样的纵型有机FET后进行了动作评价。它们都由栅极电压调制了源极、漏极电流。
另外，同时对在石英基板上制成膜的各活性层的X射线衍射图案也进行了评价。X射线衍射的峰分别是SnBr2-Pc(2θ＝27.1°)、SnI2-Pc(2θ＝27.0°)、SnPh2-Pc(2θ＝26.4°)、MeSiCl-Pc(2θ＝26.0°)、SnCl2-Pc(2θ＝26.6°)
产业上的可利用性如上所述，本发明的纵型有机FET通过控制与纵型相应的分子取向，可以提供动作速度优异、而且易于以低成本实现优异的批量生产性的元件。
权利要求
1.一种纵型有机FET，基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)所述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)所述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)所述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)所述化合物以所述化合物的各分子的分子面与源极层和漏极层中的至少一方成为平行状态的方式叠层。
2.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于所述化合物作为所述平行状态，以所述分子面与基板表面所成角度在0度以上45度以下的范围内的方式叠层。
3.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析所述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(2θ)为20°以上的区域。
4.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析所述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(2θ)为25.5°以上27.5°以下的区域。
5.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于所述中心原子为4价元素。
6.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于所述中心原子为Si、Ge或Sn。
7.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于所述酞菁类化合物以下述通式表示 其中，R1～R4相同或不同，表示氢或取代基；n表示取代基的数目；M1表示Si、Ge或Sn；X1和X2相同或不同，表示卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。
8.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于导电性部件为金属、金属氧化物、和硅中的至少一种。
9.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于在由源极层、漏极层和活性层构成的叠层体的侧面，以与所述3层相接的方式设置有绝缘层，以通过所述绝缘层与所述3层绝缘的方式形成栅电极。
10.如权利要求1所述的纵型有机FET，其特征在于活性层和栅电极存在于源极层和漏极层之间，所述活性层和栅电极以相互连接的方式设置。
11.一种纵型有机FET，基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)所述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)所述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)所述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析所述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(2θ)为20°以上的区域。
12.如权利要求11所述的纵型有机FET，其特征在于所述衍射峰出现在布拉格角(2θ)为25.5°以上27.5°以下的区域。
13.如权利要求11所述的纵型有机FET，其特征在于所述中心原子为4价元素。
14.如权利要求11所述的纵型有机FET，其特征在于所述中心原子为Si、Ge或Sn。
15.如权利要求11所述的纵型有机FET，其特征在于所述酞菁类化合物以下述通式表示 其中，R1～R4相同或不同，表示氢或取代基；n表示取代基的数目；M1表示Si、Ge或Sn；X1和X2相同或不同，表示卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。
16.如权利要求11所述的纵型有机FET，其特征在于导电性部件为金属、金属氧化物、和硅中的至少一种。
17.如权利要求11所述的纵型有机FET，其特征在于在由源极层、漏极层和活性层构成的叠层体的侧面，以与所述3层相接的方式设置有绝缘层，以通过所述绝缘层与所述3层绝缘的方式形成栅电极。
18.如权利要求11所述的纵型有机FET，其特征在于活性层和栅电极存在于源极层和漏极层之间，所述活性层和栅电极以相互连接的方式设置。
19.一种纵型有机FET的制造方法，制造基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层的纵型有机FET，其特征在于具有使用以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物形成所述活性层的工序。
20.如权利要求19所述的制造方法，其特征在于所述中心原子为4价元素。
21.如权利要求19所述的制造方法，其特征在于所述中心原子为Si、Ge或Sn。
22.如权利要求19所述的制造方法，其特征在于所述酞菁类化合物以下述通式表示 其中，R1～R4相同或不同，表示氢或取代基；n表示取代基的数目；M1表示Si、Ge或Sn；X1和X2相同或不同，表示卤素、苯基或碳原子数5以下的烷基。
23.如权利要求19所述的制造方法，其特征在于使用所述酞菁类化合物利用气相法形成活性层。
24.如权利要求19所述的制造方法，纵型有机FET在基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)所述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)所述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)所述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)所述化合物以所述化合物的各分子的分子面与源极层和漏极层中的至少一方成为平行状态的方式叠层。
25.如权利要求19所述的制造方法，纵型有机FET在基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构，其特征在于(1)所述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)所述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)所述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X1和X2的酞菁类化合物构成；(4)在通过使用CuKα射线的X射线衍射法分析所述活性层而得到的X射线衍射图案中，强度最大的衍射峰出现在布拉格角(2θ)为20°以上的区域。
全文摘要
本发明提供一种抑制由有机半导体构成的活性层的分子取向、提高载流子迁移率的纵型有机FET。本发明涉及基板上至少设有源极层、漏极层、栅电极和活性层，具有源极层、活性层和漏极层依次叠层的结构的纵型有机FET，其特征在于(1)上述源极层和漏极层实质上与基板表面平行地配置；(2)上述源极层和漏极层由导电性部件构成；(3)上述活性层实质上由以4价或6价的元素作为中心原子、并且分子面的上下方向分别配位有配位基X
文档编号H01L29/786GK1839490SQ20048002385
公开日2006年9月27日 申请日期2004年8月23日 优先权日2003年8月22日
发明者宫本明人 申请人:松下电器产业株式会社