有机半导体装置的制作方法

专利名称：有机半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有机半导体装置，特别涉及具有高介电常数绝缘膜和极薄氧化物 膜的叠层结构，或将功函数大的材料用于源极/漏极、使晶体管性能得到了提高的有机半 导体装置。
背景技术：
作为使用了有机半导体的电路元件，已公开了下述元件可长时间稳定地保持有 机半导体的特性，并且对来自外部的各种应力及冲击等显示高度耐久性，可靠性优异的电 路元件(例如，参见专利文献1)。在专利文献1的电路元件中，提供了一种通过在基板上形 成包含有机半导体的电路部而得到的电路元件，该电路元件的特征在于，其具有用来包围 该电路部、以使电路部具有指定空间的密封罐。另一方面，已公开了具有可抑制因大气中水蒸气的存在而引起的特性变化或劣化 的结构的场效应晶体管(例如，参见专利文献2)。专利文献2中公开的场效应晶体管具备 在基体上形成的门极；在门极上形成的门极绝缘膜；在门极绝缘膜上形成的源极/漏极；以 及，由在源极/漏极间的门极绝缘膜上形成的有机半导体材料层构成的沟道形成区域。至 少在沟道形成区域上形成保护层，且该保护层至少包含具有吸湿性的层和具有耐湿性的层 的叠层结构。此外，钽氧化物(氧化钽=Ta2O5)膜因具有高介电常数(块材的相对介电常数为 25)的电性能，因而，在将其用作晶体管的门极绝缘膜时，可能会导致门驱动电压的大幅降 低；而因其具有由Ta2O5膜本身的内部缺陷及结合性引起的滞后特性，因而无法将钽氧化物 膜用作稳定的门极绝缘膜，难以实现晶体管的高性能化。此外，将钽氧化物膜用作有机晶体管的门极绝缘膜时，会使表面改性变得极其困 难，且无法对有机半导体材料进行良好的取向控制，难以实现有机晶体管的特性提高(低 电压驱动、高驱动电流)。专利文献1 日本特开2005-277065号公报专利文献2 日本特开2005-191077号公报

发明内容
发明要解决的问题将钽氧化物膜用作有机晶体管的门极绝缘膜时，会使表面改性变得极其困难，且 无法对有机半导体材料进行良好的取向控制，难以实现有机晶体管的特性提高(低电压驱 动、高驱动电流)。此外，将金(Au)电极用作有机薄膜晶体管的源极/漏极时，由于其功函数较大，因 此易于实现对有机半导体层的空穴注入，但对于功函数大的有机半导体层而言，空穴注入 量未必充足。并且，还特别存在下述问题在底部接触型(#卜Λ 二 >夕々卜型)有机晶体 管中，有机半导体层/无机电极界面的接触电阻大。
本发明的目的在于提供一种适于集成化的有机半导体装置，该有机半导体装置使 用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易，且能够对有机半 导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动 电流)。本发明的目的在于提供一种适于集成化的有机半导体装置，该有机半导体装置的 空穴注入能力高，表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有 机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)。解决问题的方法为了达成所述目的，本发明的实施方式之一提供一种有机半导体装置，该有机半 导体装置具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门 极；设置在所述门极上的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘 膜；设置在所述第2门极绝缘膜上、且由第1金属层与第2金属层的叠层结构构成的源极及 漏极；以及，设置在所述源极与所述漏极之间、所述第2门极绝缘膜之上的有机半导体层。本发明的另一实施方式提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置具有有机薄 膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门极；设置在所述门极上 的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；设置在所述第2门极 绝缘膜上的第3门极绝缘膜；设置在所述第3门极绝缘膜上、且由第1金属层与第2金属层 的叠层结构构成的源极及漏极；以及，设置在所述源极和所述漏极之间、所述门极绝缘膜之 上的有机半导体层。本发明的另一实施方式提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置具有有机薄 膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门极；设置在所述门极上 的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；设置在所述第2门极 绝缘膜上的第3门极绝缘膜；设置在所述第3门极绝缘膜上的第4门极绝缘膜；设置在所述 第4门极绝缘膜上的第5门极绝缘膜；设置在所述第5门极绝缘膜上、且由第1金属层与第 2金属层的叠层结构构成的源极及漏极；设置在所述源极和所述漏极之间、所述第5门极绝 缘膜之上的有机半导体层。为了达成所述目的，本发明的一实施方式提供一种有机半导体装置，该有机半导 体装置具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门极； 设置在所述门极上的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；由 设置在所述第2门极绝缘膜上的第1金属层和设置在所述第1金属层上的第2金属层的叠 层结构构成的源极及漏极；设置在所述源极和所述漏极之间、所述第2门极绝缘膜之上的 有机半导体层；并且，在所述有机薄膜晶体管中，所述第1金属层的功函数大于所述第2金 属层的功函数。本发明的另一实施方式提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置具有有机薄 膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门极；设置在所述门极上 的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；由设置在所述第2门 极绝缘膜上的第1金属层、设置在所述第1金属层上的第2金属层及设置在所述第2金属 层上的第3金属层的叠层结构构成的源极及漏极；以及，设置在所述源极和所述漏极之间、 所述第3门极绝缘膜之上的有机半导体层；并且，在所述有机薄膜晶体管中，所述第1金属
6层及所述第3金属层的功函数大于所述第2金属层的功函数。本发明的另一实施方式提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置具有有机薄 膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门极；设置在所述门极上 的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；设置在所述第2门极 绝缘膜上的有机半导体层；由设置在所述有机半导体层上的第1金属层和设置在所述第1 金属层上的第2金属层的叠层结构构成的源极及漏极；并且，在所述有机薄膜晶体管中，所 述第1金属层的功函数大于所述第2金属层的功函数。
本发明的另一实施方式提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置具有有机薄 膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门极；设置在所述门极上 的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；设置在所述第2门 极绝缘膜上的有机半导体层；由设置在所述有机半导体层上的第1金属层、设置在所述第1 金属层上的第2金属层及设置所述第2金属层上的第3金属层的叠层结构构成的源极及漏 极；并且，在所述有机薄膜晶体管中，所述第1金属层及所述第3金属层的功函数大于所述 第2金属层的功函数。本发明的另一实施方式提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置是利用Ar 反溅射(Ar逆^ /O夕U > 7 )、UV/03处理、HMDS处理、或它们的组合对硅氧化物膜表面 进行了表面修饰的有机半导体装置。本发明的另一实施方式提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置适用于有机 CM0SFET、有机集成电路、有机发光器件、平板显示、柔性电子元件、及透明电子元件中的任 意之一或它们的组合。发明的效果根据本发明，可提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置使用高介电常数的 绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良 好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成 化。根据本发明，通过将钽氧化物膜与极薄(约20nm左右以下)的低温成膜得到的硅 氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的 滞后现象(t ζ〒* 7，hysteresis)；同时，通过使硅氧化物膜表面和与有机半导体层 之间的界面、即沟道部(+ ^彳、&部)接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效 发挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，能够提供一种具 有高性能有机薄膜晶体管的有机半导体装置。根据本发明，可提供一种有机半导体装置，该有机半导体装置的空穴注入能力高， 表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的 特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。


图1是本发明的第1比较例的有机半导体装置的截面结构示意图。图2是本发明的第2比较例的有机半导体装置的截面结构示意图。图3是本发明的第3比较例的有机半导体装置的截面结构示意图。
图4是本发明的第4比较例的有机半导体装置的截面结构示意图。图5是本发明的第1实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。图6是本发明的第1实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特性 例。图7是本发明的第1实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-门极电压Ve特性 例。 图8是本发明的第2实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。图9是本发明的第2实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特性 例。图10是本发明的第2实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-门极电压Ve特 性例。图11是本发明的第1实施方式⑶及第2实施方式(C)、和比较例2㈧的有机薄 膜晶体管的载流子迁移率yFET(Cm2/V· s)的特性比较例。图12是本发明的第1实施方式⑶及第2实施方式(C)、和比较例2㈧的有机薄 膜晶体管的开关(0N/0FF)比的特性比较例。图13是本发明的第1实施方式⑶及第2实施方式(C)、和比较例2㈧的有机薄 膜晶体管的正向电流(才 >電流)(A)的特性比较例。图14是在本发明的第1、第2实施方式的有机半导体装置中，以形成门极绝缘膜 15的钽氧化物膜的膜厚为参数、纵轴取门极电容(Gate Capacitor)Cqx(F/cm2)、横轴取形成 门极绝缘膜17、170的硅氧化物膜的膜厚时的特性图。图15是本发明的第3实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。图16是在周边部形成了叠层式层间绝缘膜、并经过了集成化的本发明的第4实施 方式的有机半导体装置的截面结构示意图。图17是本发明的第5实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。图18是本发明的第6实施方式的底部接触型有机半导体装置的截面结构示意图。图19是本发明的第6实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特 性例。图20是本发明的第6实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-门极电压Ve特 性例。图21是本发明的第7实施方式的底部接触型有机半导体装置的截面结构示意图。图22是本发明的第7实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特 性例。图23是本发明的第7实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-门极电压Ve特 性例。图24是本发明的第8实施方式的底部接触型有机半导体装置的截面结构示意图。图25是本发明的第8实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特 性例。图26是本发明的第8实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-门极电压Ve特 性例。
图27是本发明的第7实施方式(B)及第8实施方式(C)、和比较例4(A)的有机薄 膜晶体管的载流子迁移率yFET(Cm2/V· s)的特性比较例。图28是本发明的第7实施方式(B)及第8实施方式(C)、和比较例4(A)的有机薄 膜晶体管的开关比的特性比较例。图29是本发明的第7实施方式(B)及第8实施方式(C)、和比较例4(A)的有机薄 膜晶体管的正向电流(A)的特性比较例。图30 是本发明的第8实施方式的有机半导体装置的3层电极结构的形成步骤说 明图，其中，(a)是剥离(lift-off)步骤的截面结构示意图；(b)是(a)中D部分的3层电 极结构的放大截面结构示意图；(c)是通过干法刻蚀来形成3层电极结构的步骤的截面结 构示意图。图31是在本发明的第6 第8实施方式的有机半导体装置中，以形成门极绝缘 膜15的钽氧化物膜的膜厚为参数、纵轴取门极电容Cra(F/cm2)、横轴取形成门极绝缘膜17、 170的硅氧化物膜的膜厚时的特性图。图32是本发明的第9实施方式的顶部接触型(卜7 二 >夕夕卜型)有机半导 体装置的截面结构示意图。图33是本发明的第10实施方式的有机半导体装置、即在第6实施方式的底部接 触型有机半导体装置的周边部集成了有机半导体发光元件后的截面结构示意图。图34是本发明的第11实施方式的有机半导体装置、即在第7实施方式的底部接 触型有机半导体装置的周边部集成了有机半导体发光元件后的截面结构示意图。图35是本发明的第12实施方式的有机半导体装置、即在第8实施方式的底部接 触型有机半导体装置的周边部集成了有机半导体发光元件后的截面结构示意图。图36是可适用于本发明的第1 第12实施方式的有机半导体装置的ρ型有机半 导体层(晶体管活性层)24的ρ型有机半导体材料的分子结构例，其中，(a)Pyl05(Me) :1， 6-双(2-(4_甲基苯基)乙烯基)芘的分子结构例；(b)作为并苯类材料的并四苯的分子 结构例；(c)作为并苯类材料的并五苯的分子结构例；(d)作为酞菁类材料的酞菁铜(CuPc) 的分子结构例；(e) α -NPD的分子结构例；(f)P_6P的分子结构例；(g) DBTBT的分子结构 例；(h)BV2TVB的分子结构例；(i)BP2T的分子结构例；(j) DHADT的分子结构例。图37是可适用于本发明的第1 第12实施方式的有机半导体装置的ρ型有机半 导体层(晶体管活性层)24的高分子类半导体材料的分子结构例，其中，(a)聚噻吩(PT)的 分子结构例；(b)聚乙炔(PA)的分子结构例；(c)聚噻吩乙炔(polythienylenevinylene， PTV)的分子结构例；(d)聚3-己基噻吩(P3HT)的分子结构例；(e) 9，9- 二辛基芴-二噻吩 共聚物(F8T2)的分子结构例。图38是本发明的第10 第12实施方式中用来形成有机半导体装置的空穴传输 层的空穴传输材料的分子结构例，其中，(a)GPD的分子结构例；(b)螺-TAD的分子结构例； (c)螺-NPD的分子结构例；(d)氧化-TPD的分子结构例。图39是本发明的第10 第12实施方式中形成有机半导体装置的空穴传输层的 其它空穴传输材料的分子结构例，其中，(a)TDAPB的分子结构例；(b)MTDATA的分子结构 例。图40是本发明的第10 第12实施方式中形成有机半导体装置的电子传输层的电子传输材料的分子结构例，其中，(a)叔丁基-PBD的分子结构例；(b)TAZ的分子结构例； (c)噻咯(Silole)衍生物的分子结构例；(d)硼取代型三芳基类化合物的分子结构例；(e) 苯基喹喔啉衍生物的分子结构例。图41是本发明的第10 第12实施方式中形成有机半导体装置的电子传输层的 其它电子传输材料的分子结构例，其中，(a)Alq3的分子结构例；(b)BCP的分子结构例；(c) 噁二唑二聚体的分子结构例；(d)星型(starburst)噁二唑的分子结构例。符号说明
10...基板12，120···门极13,14,15,17,26,28,170...门极绝缘膜16,20,160，260. · ·金属层(源极)18,22,180，280. · ·金属层(漏极)24，40. . . ρ型有机半导体层(晶体管活性层)30，32···绝缘膜34,36...电极38...有机半导体层42，44，132···空穴传输层46,136...电子传输层48···导体层50···滤色片130···阳极134···白色发光层138···阴极300...抗蚀层( > 夕 7 卜層，resist layer)320···侧壁电极
具体实施例方式以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。在下述附图的记载中，对于相同或 类似的部分，采用了相同或类似的符号。但应该注意的是，附图仅是示意性的，与实际情况 存在差异。当然应该理解的是，在各附图之间也存在彼此的尺寸关系、比例有不同的部分。此外，以下所示的实施方式是对用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法进 行的示例，但本发明的技术思想在各构成部件的配置等方面不受下述内容的限制。本发明 的技术思想可以在本发明权利要求的范围内加入各种变更。[比较例](比较例1)图1示出了本发明的第1比较例的有机半导体装置的截面结构示意图。此外，图 2示出了本发明的第2比较例的有机半导体装置的截面结构示意图。如图1所示，本发明的第1比较例的有机半导体装置的结构中具备基板10 ；设置 在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Ta层构成的门极12 ；设置在门极12上的由厚度约为250nm的硅氧化物膜(CVD(化学气相沉积Chemical Vapor Deposition)-SiO2)构成的 门极绝缘膜14 ；设置在门极绝缘膜14上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结构构成 的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18由厚度约为1. 2nm的Cr层构成，金 属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成；以及，设置在源极(16、20)与漏极(18、22)间、 门极绝缘膜14上的由后述Pyl05(Me)构成的厚度约为50nm的有机半导体层24。
作为用来形成有机半导体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成 的门极绝缘膜14的表面进行表面清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅 射处理之后，实施约2分钟的UVZO3处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15 分钟的六甲基二硅氮烷(HMDS)处理。可是，所述的有机薄膜晶体管的试制结果显示为了 确保指定的漏极电流ID，必须要施加数十V的门极电压，并且由门极电压所引起的控制性不 良。这是因为，作为门极绝缘膜14，使用了厚度约250nm的相对较厚的、且相对介电常数相 对较低的硅氧化物膜(CVD-SiO2)15(比较例2)另外，如图2所示，本发明的第2比较例的有机薄膜晶体管的结构中具备基板 10 ；设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Ta层构成的门极12 ；设置在门极12上的由 厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD (物理气相沉积Physical Vapor Deposition) -Ta2O5) 构成的门极绝缘膜15;设置在门极绝缘膜15上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结 构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18由厚度约为1. 2nm的Cr层 构成，金属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成；以及，设置在源极(16、20)与漏极(18、 22)间、门极绝缘膜15上的由后述Pyl05(Me)构成的厚度约为50nm的有机半导体层24。作为在比较例2的形成步骤中用来形成有机半导体层24的前处理，为了对由钽氧 化物膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15的表面进行表面清洁化，实施了下述处理。S卩，进 行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3处理，然后，为了实现疏水化，再 在气体氛围中进行约15分钟的HMDS处理。可是，所述的有机薄膜晶体管的试制结果显示 在漏极电流Id-漏极电压Vd特性方面，观察到了滞后，并且，由漏极电流Id-门极电压Ve特 性得到的跨导gm( Δ I11MVe)值也非常小。可以认为，这是因为观察到了如上所述的由Ta2O5 膜本身的内部缺陷及结合性引起的滞后特性。(比较例3)图3示出了本发明的第3比较例的有机半导体装置的截面结构示意图。此外，图 4示出了本发明的第4比较例的有机半导体装置的截面结构示意图。如图3所示，本发明的第3比较例的有机半导体装置的结构中具备基板10 ；设置 在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Ta层构成的门极12 ；设置在门极12上的由厚度约 为IOOnm的钽氧化物膜(PVD (物理气相沉积Physical Vapor Deposition) -Ta2O5)构成的 门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结构构成 的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18由厚度约为1. 2nm的Cr层构成，金 属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成；以及，设置在源极(16、20)与漏极(18、22)间、 门极绝缘膜15上的由后述Pyl05(Me)构成的厚度约为50nm的有机半导体层24。作为用来形成有机半导体层24的前处理，为了对由钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构成 的门极绝缘膜15的表面进行表面清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15 分钟的六甲基二硅氮烷(HMDS)处理。可是，所述的有机薄膜晶体管的试制结果显示在漏 极电流Id-漏极电压Vd特性方面，观察到了滞后，并且，由漏极电流Id-门极电压Ve特性得 到的跨导gm( Δ Id/Δ Ve)值也非常小。这是因为观察到了由Ta2O5膜本身的内部缺陷及结合 性引起的滞后特性。(比较例4) 另外，如图4所示，本发明的第4比较例的有机薄膜晶体管的结构中具备基板 10 ；设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Nd层构成的门极120 ；设置在门极120上 的由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜 15上的由厚度约为IOnm的硅氧化物膜(CVD(Chemical Vapor Deposition)-SiO2)构成的 门极绝缘膜17 ；设置在门极绝缘膜17上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结构构成 的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18由厚度约为1. 2nm的Cr层构成、金 属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成；以及，设置在源极(16、20)与漏极(18、22)间、 门极绝缘膜17上的由后述Pyl05(Me)构成的厚度约为50nm的有机半导体层24。作为在比较例4的形成步骤中用来形成有机半导体层24的前处理，为了对由硅氧 化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜17的表面进行表面清洁化，实施了下述处理。即，进 行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3处理，然后，为了实现疏水化，再 在气体氛围中进行约15分钟的HMDS处理。可是，所述的有机薄膜晶体管的试制结果显示 在漏极电流Id-漏极电压Vd特性方面，滞后特性得到了改善，但其正向电流值低、且由漏极 电流Id-门极电压Ve特性得到的跨导gm(A I11MVe)的值也小。这是由于，通过在由钽氧化 物膜构成的门极绝缘膜15上形成由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜17，使得由 钽氧化物膜本身的内部缺陷及结合性引起的滞后特性得以改善。另一方面，由于形成源极 (16,20)及漏极(18、22)的Au层20、22的功函数较大，因此，容易实现对有机半导体层24 的空穴注入，而由于Cr层16、18的功函数相对较小，因此对功函数大的有机半导体层24的 空穴注入未必充分。此外，特别是在图4所示的底部接触型有机半导体晶体管中，有机半导 体层24/无机电极(16、18，20、22)界面的接触电阻大。因此，在本发明第4比较例的有机 薄膜晶体管的特性方面，其正向电阻(力 >抵抗)高。[第1实施方式]图5示出了本发明第1实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。此外，图 6及图7分别示出了本发明第1实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特 性例、漏极电流Id-门极电压\特性例。如图5所示，本发明第1实施方式的有机半导体装置的结构中具有有机薄膜晶体 管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的门极12 ；设置在门极12上的门极 绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的门极绝缘膜17 ；设置在门极绝缘膜17上的由金属层 16、18与金属层20、22的叠层结构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)；以及，设置在源极 (16,20)和漏极(18,22)间、门极绝缘膜17上的有机半导体层24。此外，在有机薄膜晶体管的周边部，还可以具备由门极绝缘膜15和设置在门极绝 缘膜15上的门极绝缘膜17的叠层结构构成的叠层式层间绝缘膜。此外，门极绝缘膜15可由介电常数高于门极绝缘膜17的绝缘膜构成，门极绝缘膜17可由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、或优选由低温成膜的薄硅氧化物膜构成，且它们 整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15可以由钽氧化物膜构成，门极绝缘膜17可以由比门极绝缘膜 15薄的硅氧化物膜构成，且它们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，例如，门极 绝缘膜15可以由通过溅射而形成的钽氧化物膜构成，门极绝缘 膜17可以由利用低温化学气相生长法形成的、比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜构成，并且 它们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15可以由例如厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜17 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约20nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄硅氧化物膜来形成门极绝缘膜17，能够使对利 用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容易。更具体而言，如图5所示，本发明第1实施方式的有机半导体装置的结构具有有 机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的 Al-Ta层构成的门极12 ；设置在门极12上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构 成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由厚度约为IOnm的硅氧化物膜(CVD-SiO2) 构成的门极绝缘膜17;设置在门极绝缘膜17上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结 构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18由厚度约为1. 2nm的Cr层 构成，金属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成；以及，设置在源极(16、20)和漏极(18、 22)间、门极绝缘膜17上的由例如后述的Pyl05 (Me)构成的厚度约为50nm的ρ型有机半导 体层24。作为在本发明第1实施方式的有机半导体装置的形成步骤中用来形成有机半导 体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜17的表面进行表面 清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3 处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15分钟的HMDS处理。所述的有机半导体装置的试制结果如下如图6所示，在漏极电流Id-漏极电压 Vd特性方面，未观察到滞后，同时，如图7所示，由漏极电流Id-门极电压Ve特性得到的跨 导gm(AID/AVe)值也高于比较例2。图6及图7的结果是具有沟道宽度W/沟道长度L = 1000 μ m/5 μ m = 200的尺寸的有机半导体装置的特性例。在本发明第1实施方式的有机半导体装置中，由Ta2O5膜本身的内部缺陷及结合性 引起的滞后特性得以改善，取得了充分的晶体管特性的性能改善效果。利用本发明第1实施方式的有机半导体装置，通过在由钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构 成的门极绝缘膜15上叠层式地形成极薄(约20nm左右以下)的、且通过低温成膜得到的 硅氧化物膜(CVD-SiO2)作为门极绝缘膜17，可以解决由钽氧化物膜引起的有机薄膜晶体 管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有机半导体层24之间的界 面、即沟道部接触，使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发挥作用，从而使在其上成膜 的有机半导体材料的取向控制等变得容易，可以形成高性能的有机薄膜晶体管。其结果是，通过使用钽氧化物膜作为有机薄膜晶体管的门极绝缘膜，可充分利用 钽氧化物膜固有的高介电常数特性，由此，能够形成一种具备低电压驱动、高驱动电流的有机薄膜晶体管的有机半导体装置。此外，利用有机薄膜晶体管的高跨导性能，可形成具备下述有机薄膜晶体管的有 机半导体装置所述有机薄膜晶体管的高频特性得以提高、且具备高速开关性能。
需要指出的是，作为最终结构，也可以在有机半导体层24上形成通过低温成长而 形成的氮化物膜、硅氧化物膜、或它们的叠层结构作为钝化膜(在图5中省略了图示)。或 者，也可以形成无机膜与有机膜的层叠膜作为钝化膜。另外，还可以具备由围出指定空间的 密封罐形成的封装(package)结构。此外，本发明第1实施方式的有机半导体装置中还可以具备下述叠层结构在ρ型 有机半导体层24上设置空穴传输层，再在空穴传输层上设置电子传输层，进一步在该电子 传输层上设置封顶(cap)用导体层。即，可以在P型有机半导体层24和导体层之间形成由 电子传输层和空穴传输层构成的ΡΠ 二极管。此时，本发明第1实施方式的有机半导体装置中，ρ型有机半导体层24的 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital，最高占据分子轨道)能级的绝对值可以大于 封顶用导体层的功函数的绝对值。这里，所述HOMO能级代表有机分子的基态。而所述LUMO(LowestUnoccupied Molecular Orbital，最低未占分子轨道)能级则代表有机分子的激发态。其中，LUMO能级 对应于最低单重激发态能级(S》。此外，作为电子、空穴注入到有机物中而形成自由基负离 子(M—)、自由基正离子(M+)时的空穴及电子的能级，在不存在激子结合能的情况下，电子传 导能级、空穴传导能级位于Η0Μ0能级、LUMO能级的外侧的位置。对于采用η型有机半导体层代替ρ型有机半导体层24的情况，只要η型有机半导 体层的LUMO能级的绝对值小于导体层的功函数的绝对值即可。作为空穴传输层，可使用例如α-NPD。其中，a-NPD被称为4，4_双N_ (1_萘 基-1-) [N-苯基-氨基]联苯(4，4-bis[N-(l-naphtyl-l-)N-phenyl-amino]-biphenyl)。作为电子传输层，可利用例如Alq3等形成。其中，Alq3是被称为8_羟基喹啉铝 (Aluminum 8-hydroxyquinolinate)或三(8-羟基喹啉)铝的材料。导体层可利用例如MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Ti等金属材料，ΙΤ0、IZO等无机导体 材料，PEDOT等有机导体材料来形成。利用所述pn 二极管，还能够防止在源极(16、20)与漏极(18、22)之间发生短路。 即，利用所述Pn 二极管，可防止载流子的反向流动，理论上不会通过导体层而在源极-漏极 间发生短路。作为ρ型晶体管，在源极-漏极间施加偏压时，由于在导体层和漏极(18、22)之 间，电场的方向向pn结的反方向偏置，因此不会通过导体层而在源极(16、20)和漏极(18、 22)间发生短路。同样，在源极-漏极间施加偏压时，由于在封顶用导体层与源极(16、20)之间，向 pn结的正向偏置，因而在封顶用导体层与源极(基准电位)之间存在相当于pn结的正向电 压降(Vf)程度的电位差，故稳定。此外，在封顶用导体层的电磁屏蔽效果作用下，可使P型 有机半导体层(晶体管活性层)24内部的电位得以稳定。在本发明第1实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层分别通过溅射、 蒸镀、涂布等方式成膜。
作为基板10，可使用例如厚度约为30μπι Imm左右的玻璃基板、不锈钢基板、蓝 宝石基板、硅基板等无机材料基板，或聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘 二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯、聚醚砜(PES)等有机材料基板，或塑料基板等。在所述实例中，已公开了门极12可由Al-Ta层形成，除此之外，门极12还可以由 例如MgAg、Al、Au、Ca、Li、Ta、Ni、Ti等金属，或例如ΙΤ0、ΙΖ0等无机导体材料，或例如PEDOT 等有机导体材料形成。其中，所述PEDOT为PED0T:PSS，是被称为聚(3，4_亚乙基二氧基噻 盼)聚(苯乙烯石黄酸)(Poly-(3,4-ethylenedioxy-thiophene) poly-styrenesulfonate) 的材料。
在所述实例中，已公开了门极绝缘膜15由Ta2O5层构成的实例，除此之外，还可以 使用例如Si3N4、Al203、Ti02等相对介电常数高于硅氧化物膜的无机绝缘体材料，或聚酰亚胺 (PI)、聚乙烯基苯酚(PVP)、聚乙烯醇(PVA)等有机绝缘体材料。在所述实例中，已公开了源极(16、20)及漏极(18、22)由Cr层16、18及Au层20、 22构成的实例，除此之外，还可以使用其它适于向ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24 中注入载流子的材料，例如，可使用Ag、Al、Ni、Ti等金属；或Pt、Ta等功函数高的金属； ΙΤ0、ΙΖ0等无机导体材料；PEDOT 聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PSS)、 PVPTA2 TBPAH、Et-PTPDEK TBPAH 等有机导体材料。ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24可使用例如并五苯、聚3-己基噻吩(Ρ3ΗΤ)、 酞菁铜(CuPc)等有机半导体材料来形成。并五苯具有如后述图36(c)所示的分子结构。聚3-己基噻吩(Ρ3ΗΤ)具有如后述 图37(d)所示的分子结构。酞菁铜(CuPc)具有如后述图36(d)所示的分子结构。或者，对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以利用例如a-Si、多晶硅 等无机半导体材料等来替代形成。(ρ型有机半导体材料)图36是可适用于本发明第1实施方式中的有机半导体装置的P型有机半导体层 (晶体管活性层)24的ρ型有机半导体材料的分子结构例。图36(a)示出了 Pyl05(Me) :1，6_双(2_(4_甲基苯基)乙烯基)芘的分子结构 例。这里省略关于分子结构的记载，但作为例如同样可适用的苯基类有机半导体材料，包括 Pyl05 :1，6-双(2-(4_ 丁基苯基(7、· 7 工二 A ))乙烯基)芘；STlO :4，4，-双(2_(4_ 辛 基苯基)乙烯基)联苯；ST126 :4，4，_双(2-(4_辛基苯基)乙烯基)对联三苯；ST128 :1， 6-双(2-(4_己基苯基)乙烯基)联苯；ST94:1，4-双(2-(4-(4-丁基苯基)苯基)乙烯 基)苯；ST124:4，4，-双(2-(5-辛基噻吩-2-基)乙烯基)联苯等。图36(b)示出了作为并苯类材料的并四苯的分子结构例；图36(c)示出了作为并 苯类材料的并五苯的分子结构例；图36(d)示出了作为酞菁类材料的酞菁铜(CuPc)的分 子结构例；图36(e)示出了 α -NPD的分子结构例；图36(f)示出了 Ρ_6Ρ的分子结构例；图 36(g)示出了 DBTBT的分子结构例；图36(h)示出了 BV2TVB的分子结构例；图36⑴示出 了 ΒΡ2Τ的分子结构例；图36 (j)示出了 DHADT的分子结构例。此外，图37是可适用于本发明第1实施方式中有机半导体装置的P型有机半导体 层(晶体管活性层)24的高分子类半导体材料的分子结构例。图37(a)示出了聚噻吩(PT)的分子结构例；图37(b)示出了聚乙炔(PA)的分子结构例；图37(c)示出了聚噻吩乙炔(PTV)的分子结构例；图37(d)示出了聚3-己基噻吩 (P3HT)的分子结构例；图37(e)示出了 9，9-二辛基芴-二噻吩共聚物(F8T2)的分子结构 例。根据本发明第1实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第1实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约20nm 左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物 膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有 机半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发 挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性 能有机薄膜晶体管的有机半导体装置。
[第2实施方式]图8示出了本发明第2实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。此外，图9 及图10分别示出了本发明第2实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特 性例、漏极电流Id-门极电压\特性例。如图8所示，本发明第2实施方式的有机半导体装置的结构中具有有机薄膜晶体 管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的门极12 ；设置在门极12上的门极 绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属 层16、18与金属层20、22的叠层结构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)；以及，设置在源 极(16、20)与漏极(18、22)间、门极绝缘膜170上的有机半导体层24。此外，门极绝缘膜15可由介电常数高于门极绝缘膜170的绝缘膜构成，门极绝缘 膜170可由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜构成，并且它们整体上可以具有叠层式门极绝 缘膜结构。此外，门极绝缘膜15可由钽氧化物膜构成，门极绝缘膜170可由比门极绝缘膜15 薄的硅氧化物膜、或低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，并且它们整体上可以具有叠层式门 极绝缘膜结构。此外，例如，门极绝缘膜15可以由通过溅射而形成的钽氧化物膜构成，门极绝缘 膜170可以由利用低温化学气相生长法形成的、比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜构成，并 且它们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15可以由例如厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜170 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约5nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄的硅氧化物膜来形成门极绝缘膜170，能够使 对利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容
易ο更具体而言，如图8所示，本发明第2实施方式的有机半导体装置的结构中具有有 机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Ta层构成的门极12 ；设置在门极12上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5) 构成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由厚度约为5nm的硅氧化物膜(CVD-SiO2) 构成的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属层16、18与金属层20、22的叠 层结构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18由厚度约为1. 2nm的 Cr层构成，金属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成；以及，设置在源极(16、20)和漏极 (18,22)间、门极绝缘膜170上的例如由Pyl05(Me)构成的厚度约为50nm的ρ型有机半导 体层24。作为在本发 明第2实施方式的有机半导体装置的形成步骤中用来形成有机半导 体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170的表面进行表面 清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3 处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15分钟的HMDS处理。所述的有机半导体装置的试制结果如下如图9所示，在漏极电流Id-漏极电压Vd 特性方面，未观察到滞后，同时，如图10所示，由漏极电流Id-门极电压Ve特性得到的跨导 (互导)gm( Δ Id/ Δ Vg)值高于第1实施方式。图9及图10的结果是具有沟道宽度W/沟道 长度L = 1000 μ m/5 μ m = 200的尺寸的有机半导体装置的特性例。S卩，在本发明第2实施方式的有机半导体装置中，由钽氧化物膜本身的内部缺陷 及结合性引起的滞后特性得以改善，取得了充分的晶体管特性的性能改善效果。根据本发明第2实施方式的有机半导体装置，通过在由钽氧化物膜构成的门极绝 缘膜15上叠层式地形成极薄(约5nm左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜 (CVD-SiO2)作为门极绝缘膜170，可以解决由钽氧化物膜引起的有机薄膜晶体管的静态特 性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有机半导体层24之间的界面、即沟道 部接触，使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发挥作用，从而使在其上成膜的有机半 导体材料的取向控制等变得容易，可以形成高性能的有机薄膜晶体管。其结果是，通过使用钽氧化物膜作为有机薄膜晶体管的门极绝缘膜，可充分利用 钽氧化物膜固有的高介电常数特性，能够形成一种具备低电压驱动、高驱动电流的有机薄 膜晶体管的有机半导体装置。此外，利用有机薄膜晶体管的高跨导性能，可形成具备下述有机薄膜晶体管的有 机半导体装置所述有机薄膜晶体管的高频特性得以提高、且具备高速开关性能。图11示出了本发明第1实施方式⑶及第2实施方式(C)、与比较例2㈧的有 机薄膜晶体管的载流子迁移率yFET(cm2/V S)的特性比较例。由图11可知，与比较例2相 比，第1实施方式、第2实施方式(C)的载流子迁移率μ FET(cm2/V · s)特性依次提高。这 里，μ FET(cm2/V · s)是有机半导体层24的载流子迁移率。在第2实施方式(C)中，通过在由钽氧化物膜构成的门极绝缘膜15上层叠式地形 成与第1实施方式(B)相比厚度约为一半的极薄(约5nm左右以下)的低温成膜得到的硅 氧化物膜(CVD-SiO2)作为门极绝缘膜170，使载流子迁移率yFET(cm2/V*s)特性得以提高。此外，图12示出了本发明第1实施方式⑶及第2实施方式(C)、与比较例2㈧ 的有机薄膜晶体管的开关比的特性比较例。由图12可知，与比较例2相比，第1实施方式、 第2实施方式(C)的开关比特性依次提高。此外，图13示出了本发明第1实施方式⑶及第2实施方式(C)、与比较例2㈧的有机薄膜晶体管的正向电流㈧的特性比较例。由图13可知，与比较例2相比，第1实 施方式、第2实施方式(C)的正向电流特性依次提高。图12及图13所示特性的原因在于随着载流子迁移率μ FET(cm2/V · s)的特性提 高，直流跨导gm提高，正向电阻随之减少，而正向电流随之增大。此外，图14示出了在本发明第1、第2实施方式的有机半导体装置中，以形成门极 绝缘膜15的钽氧化物膜的膜厚为参数、纵轴取门极电容Cra(F/cm2)、横轴取形成门极绝缘 膜17、170的硅氧化物膜的膜厚时的特性图。图14中还显示了在硅氧化物膜的膜厚为零的 情况下、钽氧化物膜的膜厚为IOOnm时，及单层硅氧化物膜的膜厚为250nm时的情况。C0X(F/cm2)为单位面积门极绝缘膜的门极电容，下述关系成立跨导gm = (W/ L) -Cox. yFET*VDS。这里，W为有机薄膜晶体管的沟道宽度，L为有机薄膜晶体管的沟道长 度，Vds代表施加在漏极/源极间的电压值。
图11 图14的结果是具有沟道宽度W/沟道长度L = 1000 μ m/5 μ m = 200的尺 寸的有机半导体装置的特性例。通过使门极电容Cra(F/cm2)的值增加，可以增大跨导gm的值，提高有机薄膜晶体 管的性能。而为了使门极电容(^(F/cm2)的值增加，可以像由图14所明确的那样，使与有 机半导体层24相连的门极绝缘膜170的厚度在例如约5nm以下，并使由钽氧化物膜构成的 门极绝缘膜15的厚度在例如约IOOnm以下。需要指出的是，与第1实施方式相同，在本发明第2实施方式的有机半导体装置 中，作为最终结构，也可以在有机半导体层24上形成通过低温成长而形成的氮化物膜、硅 氧化物膜、或它们的叠层结构作为钝化膜(在图5中省略了图示)。另外，还可以具备由围 出指定空间的密封罐形成的封装结构。并且，与第1实施方式相同，在本发明第2实施方式的有机半导体装置中还可以具 备下述叠层结构在P型有机半导体层24上设置空穴传输层，再在空穴传输层上设置电子 传输层，进一步在该电子传输层上设置封顶用导体层。即，可以在P型有机半导体层24和 导体层之间形成由电子传输层和空穴传输层构成的pn 二极管。此时，本发明第2实施方式的有机半导体装置中，ρ型有机半导体层24的HOMO能 级的绝对值可以大于封顶用导体层的功函数的绝对值。而对于采用η型有机半导体层代替 P型有机半导体层24的情况，只要η型有机半导体层的LUMO能级的绝对值小于导体层的功 函数的绝对值即可。作为所述空穴传输层，可使用例如α-NPD。作为电子传输层，可利用例如Alq3等 形成。导体层可利用例如MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Ti等金属材料，ITO、IZO等无机导体材 料，PEDOT等有机导体材料来形成。在本发明第2实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层分别通过溅射、 蒸镀、涂布等方式成膜。作为基板10的材料，可使用与第1实施方式相同的材料。作为门极12的材料，也可以使用与第1实施方式相同的材料。作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第1实施方式相同的材料。作为源极(16、20)及漏极(18、22)的材料，也可以使用与第1实施方式相同的材 料。
对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以使用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来代替形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第2实施方式的 有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第2实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第2实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约20nm 左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物 膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有 机半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发 挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性 能有机薄膜晶体管的有机半导体装置。
[第3实施方式]图15示出了发明第3实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。如图15所示，本发明第3实施方式的有机半导体装置具有有机薄膜晶体管，该有 机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的门极12 ；设置在门极12上的门极绝缘膜 13 ；设置在门极绝缘膜13上的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的门极绝缘膜170 ； 设置在门极绝缘膜170上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结构构成的源极(16、 20)及漏极(18,22)；以及，设置在源极(16,20)与漏极(18,22)间、门极绝缘膜170上的有 机半导体层24。此外，门极绝缘膜15可以由例如厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜13 及170可以由例如约IOnm以下的硅氧化物膜、或低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，并且它 们整体上可以具有夹层结构(三明治结构)的叠层式门极绝缘膜。如上所述，通过利用低温成膜的薄硅氧化物膜来形成门极绝缘膜13及170，能够 使对利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及塑料等柔性基板的工艺处理变得容 易ο更具体而言，如图15所示，本发明第3实施方式的有机半导体装置的结构中 具有有机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的由厚度约 为IOOnm的Al-Ta层构成的门极12 ；设置在门极12上的由厚度约为IOnm的硅氧化物膜 (CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜13 ；设置在门极绝缘膜13上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物 膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由厚度约为IOnm的硅氧 化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属层16、18与 金属层20、22的叠层结构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18由厚 度约为1.2nm的Cr层构成，金属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成；以及，设置在源极 (16,20)和漏极(18,22)间、门极绝缘膜170上的例如由Pyl05 (Me)构成的厚度约为50nm 的P型有机半导体层24。与第1实施方式及第2实施方式相同，作为在本发明第3实施方式的有机半导体装置的形成步骤中用来形成有机半导体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2) 构成的门极绝缘膜170的表面进行表面清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar 反溅射处理之后，实施约2分钟的UV/03处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行 约15分钟的HMDS处理。所述的有机半导体装置的试制结果如下在漏极电流Id-漏极电压Vd特性方面，未 观察到滞后，同时，由漏极电流Id-门极电压\特性得到的跨导gm(AID/AVe)值也高于第 2实施方式。S卩，在本发明 第3实施方式的有机半导体装置中，由钽氧化物膜本身的内部缺陷 及结合性引起的滞后特性也得到了改善，取得了充分的晶体管特性的性能改善效果。根据本发明第3实施方式的有机半导体装置，通过在由钽氧化物膜构成的门极绝 缘膜15上叠层式地形成极薄(约IOnm左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜 (CVD-SiO2)作为门极绝缘膜170，可以解决由钽氧化物膜引起的有机薄膜晶体管的静态特 性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有机半导体层24之间的界面、即沟道 部接触，使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发挥作用，从而使在其上成膜的有机半 导体材料的取向控制等变得容易，可以形成高性能的有机薄膜晶体管。其结果是，通过使用钽氧化物膜作为有机薄膜晶体管的门极绝缘膜，可充分利用 钽氧化物膜固有的高介电常数特性，能够形成一种具备低电压驱动、高驱动电流的有机薄 膜晶体管的有机半导体装置。此外，利用有机薄膜晶体管的高跨导性能，可形成具备下述有机薄膜晶体管的有 机半导体装置所述有机薄膜晶体管的高频特性得以提高、且具备高速开关性能。此外，通过在基板10及门极12与由钽氧化物膜构成的门极绝缘膜15之间介入由 厚度约为IOnm左右的极薄硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜13，能够提高叠层式 绝缘膜(13/15/170)与基板10及门极12之间的密合性。需要指出的是，在本发明第3实施方式的有机半导体装置中，作为最终结构，也可 以在有机半导体层24上形成通过低温成长而形成的氮化物膜、硅氧化物膜、或它们的叠层 结构作为钝化膜(在图15中省略了图示)。另外，还可以具备由围出指定空间的密封罐形 成的封装结构。并且，在本发明第3实施方式的有机半导体装置中，还可以具备下述叠层结构在 P型有机半导体层24上设置空穴传输层，再在空穴传输层上设置电子传输层，进一步在该 电子传输层上设置封顶用导体层。即、可以在P型有机半导体层24和导体层之间形成由电 子传输层和空穴传输层构成的pn 二极管。此时，本发明第3实施方式的有机半导体装置中，ρ型有机半导体层24的HOMO能 级的绝对值可以大于封顶用导体层的功函数的绝对值。而对于采用η型有机半导体层代替 P型有机半导体层24的情况，只要η型有机半导体层的LUMO能级的绝对值小于导体层的功 函数的绝对值即可。作为所述空穴传输层，可使用例如α-NPD。作为电子传输层，可利用例如Alq3等 形成。导体层可利用例如MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Ti等金属材料，ITO、IZO等无机导体材 料，PEDOT等有机导体材料形成。在本发明第3实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅射、蒸镀、涂布等方式来成膜。作为基板10的材料，可使用与第1或第2实施方式相同的材料。作为门极12的材料，也可以使用与第1或第2实施方式相同的材料。
作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第1或第2实施方式相同的材料。作为源极(16、20)及漏极(18，20)的材料，也可以使用与第1或第2实施方式相 同的材料。对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以使用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第3实施方式的 有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第3实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第3实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约IOnm 左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物 膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有 机半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发 挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性 能有机薄膜晶体管的有机半导体装置。[第4实施方式]图16示出了在周边部形成了叠层式层间绝缘膜、并经过了集成化的本发明第4实 施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。如图16所示，本发明第4实施方式的有机半导体装置的结构中具有下述有机薄膜 晶体管和下述叠层式层间绝缘膜(30、32)。其中，所述有机薄膜晶体管具备基板10，设置在 基板10上的门极12，设置在门极12上的门极绝缘膜15，设置在门极绝缘膜15上的门极绝 缘膜170，设置在门极绝缘膜170上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结构构成的源 极(16,20)及漏极(18、22)，以及设置在源极(16,20)与漏极(18,22)间、门极绝缘膜170 上的有机半导体层24 ；所述叠层式层间绝缘膜(30、32)被集成在所述有机薄膜晶体管的周 边部，具备基板10、设置在基板10上的门极绝缘膜30、及设置在门极绝缘膜30上的门极绝 缘膜32。此外，还可以具备设置在门极绝缘膜32上的金属层34、设置在金属层34上的金属 层36、及设置在金属层36上的有机半导体层38。更具体而言，如图16所示，本发明第4实施方式的有机半导体装置的结构中具有 下述有机薄膜晶体管和下述叠层式层间绝缘膜(30、32)。其中，所述有机薄膜晶体管具备 基板10，设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Ta层构成的门极12，设置在门极12 上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15，设置在门极绝缘 膜15上的由厚度约为IOnm的硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170，设置在门极 绝缘膜170上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18由厚度约为1.2nm的Cr层构成，金属层20、22由厚度约为 SOnm的Au层构成，以及设置在源极(16、20)与漏极(18、22)间、门极绝缘膜170上的例如 由Pyl05(Me)构成的厚度约为50nm的ρ型有机半导体层24 ；所述叠层式层间绝缘膜(30、 32)被集成在所述有机薄膜晶体管的周边部，具备基板10、设置在基板10上的由厚度约为 IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜30、及设置在门极绝缘膜30上的由厚 度约为IOnm的硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜32。此外，还可以具备设置在门极绝缘膜32上的由厚度约为1. 2nm的Cr层构成的金 属层34、设置在金属层34上的由厚度约为SOnm的Au层构成的金属层36、以及设置在金属 层36上的例如由Pyl05(Me)构成的厚度约为50nmp型有机半导体层38。在所述构成中，门极绝缘膜15与门极绝缘膜30可以同时形成。另外，门极绝缘膜 170与门极绝缘膜32也可以同时形成。此外，金属层34和金属层16、18可以同时形成，金 属层36和金属层20、22也可以同时形成。此外，ρ型有机半导体层38和ρ型有机半导体 层24也可以同时形成。由此，如图16所示，在本发明第4实施方式的有机半导体装置中，可以在例如图8 所示的本发明第2实施方式的有机半导体装置的周边部同时形成集成化(集積化)的叠层 式层间绝缘膜。所述叠层式层间绝缘膜的结构并不限于图16的结构。还可以在例如图 15所示的 本发明第3实施方式的有机半导体装置的周边部同时形成集成化的叠层式层间绝缘膜。同样，也可以在例如后述图17所示的本发明第5实施方式的有机半导体装置的周 边部同时形成集成化的叠层式层间绝缘膜。在本发明第4实施方式的有机半导体装置中，作为最终结构，也可以在有机半导 体层24、38上形成通过低温成长形成的氮化物膜、硅氧化物膜、或它们的叠层结构作为钝 化膜(在图16中省略了图示)。另外，还可以具备由围出指定空间的密封罐形成的封装结 构。在本发明第4实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式来成膜。作为基板10的材料，可使用与第1 第3实施方式相同的材料。作为门极12的材料，也可以使用与第1 第3实施方式相同的材料。作为门极绝缘膜15及30的材料，也可以使用与第1 第3实施方式相同的材料。作为源极(16、20)及漏极(18，20)的材料，也可以使用与第1 第3实施方式相 同的材料。对于ρ型有机半导体层24或38，还可以使用例如a_Si、多晶硅等无机半导体材料 等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导材料在本发明第4实施方式的有机半导体装置 中也同样能够适用。根据本发明第4实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于与周边部的叠层式层间绝缘膜共同进行集成化。
根据本发明第4实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约IOnm 左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物 膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有 机半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发 挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种可形成高 性能的有机薄膜晶体管、且适于与周边部的叠层式层间绝缘膜共同进行集成化的有机半导 体装置。[第5实施方式]
图17示出了本发明第5实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。如图17所示，本发明第5实施方式的有机半导体装置具有有机薄膜晶体管，该有 机薄膜晶体管中具备基板10 ；设置在基板10上的门极12 ；设置在门极12上的门极绝缘膜 13 ；设置在门极绝缘膜13上的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的门极绝缘膜26 ； 设置在门极绝缘膜26上的门极绝缘膜28 ；设置在门极绝缘膜28上的门极绝缘膜170 ；设置 在门极绝缘膜170上的由金属层16、18与金属层20、22的叠层结构构成的源极(16、20)及 漏极(18,22)；以及，设置在源极(16,20)和漏极(18,22)间、门极绝缘膜170上的有机半 导体层24。此外，门极绝缘膜15及28可以例如由厚度约为IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门 极绝缘膜13及170可以例如由厚度约为IOnm以下的硅氧化物膜构成，门极绝缘膜26可以 例如由厚度约为IOOnm以下的钛氧化物膜(TiO2)构成，并且它们整体上可以具有叠层式门 极绝缘膜。更具体而言，如图17所示，本发明第3实施方式的有机半导体装置的结构中 具有有机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的由厚度约 为IOOnm的Al-Ta层构成的门极12 ；设置在门极12上的由厚度约为IOnm的硅氧化物膜 (CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜13 ；设置在门极绝缘膜13上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物 膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由厚度约为IOOnm的钛氧 化物膜(TiO2)构成的门极绝缘膜26 ；设置在门极绝缘膜26上的由厚度约为IOOnm的钽氧 化物膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜28 ；设置在门极绝缘膜28上的由厚度约为IOnm的 硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属层16、 18与金属层20、22的叠层结构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)，且其中的金属层16、18 由厚度约为1.2nm的Cr层构成，金属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成；以及，设置在 源极(16,20)和漏极(18,22)间、门极绝缘膜170上的例如由Pyl05(Me)构成的厚度约为 50nm的ρ型有机半导体层24。与第1 第3实施方式相同，作为在本发明第5实施方式的有机半导体装置的形 成步骤中用来形成有机半导体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门 极绝缘膜170的表面进行表面清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅射处 理之后，实施约2分钟的UVZO3处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15分 钟的HMDS处理。所述的有机半导体装置的试制结果如下在漏极电流Id-漏极电压Vd特性方面，未 观察到滞后，同时，由漏极电流Id-门极电压\特性得到的跨导gm(AID/AVe)值比第2 第3实施方式高。S卩，在本发明第5实施方式的有机半导体装置中，由钽氧化物膜本身的内部缺陷 及结合性引起的滞后特性也得到了改善，取得了充分的晶体管特性的性能改善效果。根据本发明第5实施方式的有机半导体装置，通过在由钽氧化物膜构成的门极 绝缘膜15上形成门极绝缘膜26/门极绝缘膜28/门极绝缘膜170的3层叠层结构，尤其 是通过叠层式地形成极薄(约IOnm左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜 (CVD-SiO2)作为门极绝缘膜170，可以解决由钽氧化物膜引起的有机薄膜晶体管的静态特 性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有机半导体层24之间的界面、即沟道 部接触，使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发挥作用，从而使在其上成膜的有机半 导体材料的取向控制等变得容易，可以制造出高性能的有机薄膜晶体管。其结果是，通过使用钽氧化物膜作为有机薄膜晶体管的门极绝缘膜，可充分利用 钽氧化物膜固有的高介电常数特性，能够形成一种具备低电压驱动、高驱动电流的有机薄 膜晶体管的有机半导体装置。此外，利用有机薄膜晶体管的高跨导性能，可形成具备下述有机薄膜晶体管的有 机半导体装置所述有机薄膜晶体管的高频特性得以提高、且具备高速开关性能。此外，通过在基板10及门极12与由钽氧化物膜构成的门极绝缘膜15之间介入由 厚度约为IOnm左右的极薄硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜13，并在门极绝缘膜 15上形成门极绝缘膜26/门极绝缘膜28/门极绝缘膜170的叠层结构，能够提高叠层式绝 缘膜(13/15/26/28/170)与基板10及门极12之间的密合性。需要指出的是，在本发明第5实施方式的有机半导体装置中，作为最终结构，也可 以在有机半导体层24上形成通过低温成长而形成的氮化物膜、硅氧化物膜、或它们的叠层 结构作为钝化膜(在图17中省略了图示)。另外，还可以具备由围出指定空间的密封罐形 成的封装结构。并且，在本发明第5实施方式的有机半导体装置中，还可以具备下述叠层结构在 P型有机半导体层24上设置空穴传输层，再在空穴传输层上设置电子传输层，进一步在该 电子传输层上设置封顶用导体层。即、可以在P型有机半导体层24和导体层之间形成由电 子传输层和空穴传输层构成的pn 二极管。此时，本发明第5实施方式的有机半导体装置中，ρ型有机半导体层24的HOMO能 级的绝对值可以大于封顶用导体层的功函数的绝对值。而对于采用η型有机半导体层代替 P型有机半导体层24的情况，只要η型有机半导体层的LUMO能级的绝对值小于导体层的功 函数的绝对值即可。作为所述空穴传输层，可使用例如α-NPD。作为电子传输层，可利用例如Alq3等 形成。导体层可利用例如MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Ti等金属材料，ITO、IZO等无机导体材 料，PEDOT等有机导体材料形成。在本发明第5实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式来成膜。作为基板10的材料，可使用与第1 第3实施方式相同的材料。作为门极12的材料，也可以使用与第1 第3实施方式相同的材料。作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第1 第3实施方式相同的材料。
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作为源极(16、20)及漏极(18，20)的材料，也可以使用与第1 第3实施方式相 同的材料。对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以使用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第5实施方式的 有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第5实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第5实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约IOnm 左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物 膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有 机半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发 挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性 能有机薄膜晶体管的有机半导体装置。[第6实施方式]图18示出了在本发明第6实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。此外， 图19及图20分别示出了本发明第6实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压 Vd特性例、漏极电流Id-门极电压Ve特性例。如图18所示，本发明第11实施方式的有机半导体装置的结构中具有有机薄膜晶 体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的门极120、设置在门极120上的 门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的门极绝缘膜17 ；设置在门极绝缘膜17上的由金 属层160、180与金属层20、22的叠层结构构成的源极(160、20)及漏极(180、22)；以及，设 置在源极(160、20)与漏极(180、22)间、门极绝缘膜17上的有机半导体层24。其中，金属层20、22可由金(Au)电极形成，金属层160、180可由功函数大于Au电 极的金属氧化物形成。此外，金属层160、180可由钼氧化物(MoOx)层形成。例如，钼氧化物(MoOx)层的膜厚约为Inm 5nm左右、优选约1. 2nm 4nm左右。 并且，金(Au)电极的膜厚例如为约20nm 200nm左右，优选为约80nm。或者，金属层160、180也可以由钼氧化物(MoOx)层与例如厚度约为0. 5nm左右 的极薄的铬(Cr)层的混合层形成。或者，金属层160、180还可以由铬(Cr)层和钼氧化物 (MoOx)层的叠层结构(Cr/MoOx)形成。这里，针对^(^层的膜厚t，在考虑到与门极绝缘膜17之间的密合性、与作为源极 /漏极的金(Au)层之间的密合性的情况下进行说明。与Cr层相比，1100)(层的功函数较大，因此可提高有机薄膜晶体管的电流驱动能力。 但相比于Cr层，MoOx层与作为门极绝缘膜的SiO2膜、与作为源极/漏极的Au层之间的界 面密合性低。作为其一例，在MO0x(tnm)/Au(80nm)叠层式电极结构中，当t = 2. 5nm时， 不会在剥离工艺(lift-off)中发生源极/漏极的剥离，也不会由试制后的胶带试验(tapetest)引起源极/漏极的剥离。因此，t = 2. 5nm时，可确保较为充分的密合性。另一方面， 当t = 1. 2nm时，在剥离工艺中不会发生源极/漏极的剥离，但在试制后的胶带试验(tape test)中，在Si02/Mo0x界面处会观察到源极/漏极的剥离。另外，当t = 5nm时，在剥离工 艺中，会在Si02/Mo0x界面处观察到源极/漏极的剥离。这是因为，MoOx层的膜应力导致密 合力大幅降低。作为提高密合性的方法，可通过将Cr层与MoOx层进行共蒸镀来形成Cr-MoOx密合 层。例如，可以形成Cr (33wt % )-MoOx(67wt% )的2. 5nm的Cr-MoOx混合层。或者，也可 以形成基于Cr层与临0)(层的叠层结构的0/^00)(密合层。例如，可以形成Cr层(0.5nm)/ MoOx层(2. 5nm)的叠层结构。此外，门极绝缘膜15可由介电常数高于门极绝缘膜17的绝缘膜构成，门极绝缘膜 17可由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、或优选由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，且它 们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15也可以由钽氧化物膜构成。此外，门极绝缘膜15可以例如由厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜17 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约20nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄的硅氧化物膜来形成门极绝缘膜17，能够使对 利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容
易ο更具体而言，如图18所示，本发明第6实施方式的有机半导体装置的结构具有有 机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的 Al-Nd层构成的门极12 ；设置在门极12上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构 成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由厚度约为IOnm的硅氧化物膜(CVD-SiO2) 构成的门极绝缘膜17 ；设置在门极绝缘膜17上的由金属层160、180和金属层20、22的叠 层结构构成的源极(160、20)及漏极(180、22)，且其中的金属层160、180由厚度约为2. 5nm 的钼氧化物(MoOx)层构成，金属层20、22设置在金属层160、180膜上、由厚度约为SOnm的 Au层构成；以及，设置在源极(160,20)和漏极(180,22)间、门极绝缘膜17上的例如由后 述Pyl05 (Me)构成的厚度约为50nm的ρ型有机半导体层24。作为在本发明第6实施方式的有机半导体装置的形成步骤中用来形成有机半导 体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜17的表面进行表面 清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3 处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15分钟的HMDS处理。此外，还可以实 施Ar/02等离子体处理。所述的有机半导体装置的试制结果如下如图19所示，在漏极电流Id-漏极电压 Vd特性方面，未观察到滞后，同时，如图20所示，由漏极电流Id-门极电压Ve特性得到的跨 导gm(AID/AVe)值高于比较例2。图19及图20的结果是具有沟道宽度W/沟道长度L = 1000 μ m/5 μ m = 200的尺寸的有机半导体装置的特性例。在本发明第6实施方式的有机半导体装置中，由钽氧化物膜本身的内部缺陷及结 合性引起的滞后特性得以改善，取得了充分的晶体管特性的性能改善效果。
此外，由于形成源极(160、20)及漏极(180、22)的Au层20、22的功函数较大，因 此对有机半导体层24的空穴注入容易，但由于钼氧化物(MoOx)层160、180也具有相对较 大的功函数，因而可充分确保对功函数大的有机半导体层24的空穴注入量。此外，与图4 所示的比较例的结构相比，在图14所示的底部接触型有机半导体晶体管中，有机半导体层 24/无机电极(160、180，20、22)界面的接触电阻变小。因此，作为本发明第11实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特 性，获得了正向电阻低、正向电流高的结果。即，根据本发明第6实施方式的有机半导体装置，利用源极(160、20)及漏极(180、 22)结构的改善效果，可以在增大对有机半导体层24的空穴注入量、降低接触电阻的同时， 实现正向电阻的减少、正向电流的增力Π、跨导的增大。需要指出的是，作为最终结构，也可以在有机半导体层24上形成通过低温成长而 形成的氮化物膜、硅氧化物膜、或它们的叠层结构作为钝化膜(在图18中省略了图示)。或 者，也可以形成无机膜与有机膜的层叠膜作为钝化膜。另外，还可以具备由围出指定空间的 密封罐形成的封装结构。在本发明第6实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式来成膜。作为基板10，可使用例如厚度约为30μπι Imm左右的玻璃基板、不锈钢基板、蓝 宝石基板、硅基板等无机材料基板，或聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘 二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯、聚醚砜(PES)等有机材料基板，或塑料基板等。在所述实例中，已公开了门极120可由Al-Nd层形成，除此之外，门极120还可以 由例如MgAg, Al、Au、Ca、Li、Ta、Ni、Ti等金属，或例如ITO、IZO等无机导体材料，或例如 PEDOT等有机导体材料形成。其中，所述PEDOT为PEDOT:PSS，是被称为聚(3，4_亚乙基二 氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(Poly-(3,4-ethylenedioxy-thiophene) :poly-styrenesul fonate)的材料。在所述实例中，已公开了门极绝缘膜15由Ta2O5层构成的实例，而除此之外，也可 以使用例如Si3N4、Al203、Ti02等相对介电常数高于硅氧化物膜的无机绝缘体材料，或聚酰亚 胺(PI)、聚乙烯基苯酚(PVP)、聚乙烯醇(PVA)等有机绝缘体材料。在所述实例中，已公开了源极(160,20)及漏极(180,22)由MoOx层160、180/Au 层20、22构成的实例，除此之外，还可以使用其它适于向ρ型有机半导体层(晶体管活性 层)24中注入载流子的材料，例如，可使用Pt、Ta等功函数高的金属，ITO、IZO等无机导 体材料，PEDOT聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PSS)、PVPTA2TBPAH、 Et-PTPDEK: TBPAH等有机导体材料。ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24可利用例如并五苯、聚3-己基噻吩(P3HT)、 酞菁铜(CuPc)等有机半导体材料形成。并五苯具有后述图36(c)所示的分子结构。聚3-己基噻吩(P3HT)具有后述图 37(d)所示的分子结构。酞菁铜(CuPc)具有后述图36(d)所示的分子结构。或者，对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以利用例如a-Si、多晶硅 等无机半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第6实施方式的有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第6实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第6实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约20nm 左右以下)的、通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物膜 引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有机 半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发挥 作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性能 有机薄膜晶体管的有机半导体装置。根据本发明第6实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用功函数大于金(Au)电极的材料即金属氧化物层与金电极的叠层式电极 作为源极/漏极，并使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其空穴注入 能力高，表面改性容易，还能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶 体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第6实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用空穴注入能力高、功函数大于Au的材料即MoOx等，将诸如MoOx/Au这样 的叠层式电极与Ta205/Si02叠层式门极绝缘膜组合，并根据需要实施Ar反溅射、UV/03处 理、Ar/02等离子体处理、HMDS处理中的一种或多种处理，其表面改性容易，且能够对有机半 导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动 电流)，适于集成化。根据本发明第6实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置空穴注入能力高，表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向 控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。[第7实施方式]图21示出了本发明第7实施方式的有机半导体装置的截面结构示意图。另外，图 22及图23分别示出了本发明第7实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd 特性例、漏极电流Id-门极电压Ve特性例。如图21所示，本发明第7实施方式的有机半导体装置的结构中具有有机薄膜晶体 管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的门极120 ；设置在门极120上的门 极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金 属层160、180和金属层20、22的叠层结构构成的源极(160、20)及漏极(180、22)；以及，设 置在源极(160,20)和漏极(180,22)间、门极绝缘膜170上的有机半导体层24。并且，金属层20、22可由金(Au)电极形成，金属层160、180可由功函数大于Au电 极的金属氧化物形成。此外，金属层160、180可由钼氧化物(MoOx)层形成。例如，钼氧化物(MoOx)层的膜厚约为Inm 5nm左右、优选为约1. 2nm 4nm左 右。此外，金(Au)电极的膜厚例如约为20nm 200nm左右，优选为约80nm。
或者，金属层160、180也可以由钼氧化物(MoOx)层与例如厚度约为0. 5nm左右 的极薄的铬(Cr)层的混合层形成。或者，金属层160、180还可以由铬(Cr)层和钼氧化物 (MoOx)层的叠层结构(Cr/MoOx)形成。作为其一例，在Mo0x(tnm)/Au(80nm)叠层式电极结构中，当t = 2. 5nm时，不会在 剥离工艺中发生源极/漏极的剥离。由此，当t = 2. 5nm时，可确保较为充分的密合性。另 外，作为提高密合性的方法，可通过将Cr层与MoOx层进行共蒸镀来形成Cr-MoOx密合层。 例如，可以形成Cr (33wt % ) -MoOx (67wt % )的2. 5nm的Cr-MoOx混合层。或者，也可以形成 基于Cr层与^(^层的叠层结构的0/^00)(密合层。例如，可以形成Cr层(0.511!11)/^00)(层 (2. 5nm)的叠层结构。此外，门极绝缘膜15可以由介电常数高于门极绝缘膜170的绝缘膜构成，门极绝 缘膜170可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、或低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，且 它们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15也可以由钽氧化物膜构成。此外，门极绝缘膜15可以例如由厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜170 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约5nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄的硅氧化物膜来形成门极绝缘膜170，能够使 对利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容
易ο更具体而言，如图21所示，本发明第7实施方式的有机半导体装置的结构中具 有有机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的由厚度约为 IOOnm的Al-Nd层构成的门极120 ；设置在门极120上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜 (PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由厚度约为5nm的硅氧化物 膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属层160、180和金 属层20、22的叠层结构构成的源极(160、20)及漏极(180、22)，且其中的金属层160、180由 厚度约为2. 5nm的钼氧化物(MoOx)层构成，金属层20、22由厚度约为SOnm的Au层构成； 以及，设置在源极(160,20)与漏极(180,22)间、门极绝缘膜170上的例如由Pyl05 (Me)构 成的厚度约为50nm的ρ型有机半导体层24。作为在本发明第7实施方式的有机半导体装置的形成步骤中用来形成有机半导 体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170的表面进行表面 清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3 处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15分钟的HMDS处理。此外，还可以实 施Ar/02等离子体处理。所述的有机半导体装置的试制结果如下如图22所示，在漏极电流Id-漏极电压 Vd特性方面，未观察到滞后，同时，如图23所示，由漏极电流Id-门极电压Ve特性得到的跨 导(互导)gm(AID/AVe)值高于第11实施方式。图22及图23的结果是具有沟道宽度W/ 沟道长度L = 1000 μ m/5 μ m = 200的尺寸的有机半导体装置的特性例。在本发明第7实施方式的有机半导体装置中，由钽氧化物膜本身的内部缺陷及结 合性引起的滞后特性得以改善，取得了充分的晶体管特性的性能改善效果。
此外，由于形成源极(160、20)及漏极(180、22)的Au层20、22的功函数较大，因 此对有机半导体层24的空穴注入容易，但由于钼氧化物(MoOx)层160、180也具有相对较大 的功函数，因而可确保对功函数大的有机半导体层24的空穴注入量。此外，与图4所示的 比较例的结构相比，在图21所示的底部接触型有机半导体晶体管中，有机半导体层24/无 机电极(160、180，20、22)界面的接触电阻变小。因此，作为本发明第7实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特 性，获得了正向电阻低、正向电流高的结果。S卩，根据本发明第7实施方式的有机半导体装置，利用源极(160、20)及漏极(180、 22)结构的改善效果，可以在增大对有机半导体层24的空穴注入量、降低接触电阻的同时， 实现正向电阻的减少、正向电流的增力Π、跨导的增大。需要指出的是，在本发明第7实施方式的有机半导体装置中，作为最终结构，与第 6实施方式相同，也可以在有机半导体层24上形成通过低温成长而形成的氮化物膜、硅氧 化物膜、或它们的叠层结构作为钝化膜(在图21中省略了图示)。另外，还可以具备由围出 指定空间的密封罐形成的封装结构。在本发明第7实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式来成膜。作为基板10的材料，可使用与第6实施方式相同的材料。作为门极120的材料，也可以使用与第6实施方式相同的材料。作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第6实施方式相同的材料。作为源极(160、20)及漏极(180、22)的材料，也可以使用与第6实施方式相同的 材料。对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以使用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第7实施方式的 有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第7实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第7实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约5nm 左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物 膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有 机半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发 挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性 能有机薄膜晶体管的有机半导体装置。根据本发明第7实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用功函数大于金(Au)电极的材料即金属氧化物层与金电极的叠层式电极 作为源极/漏极，并使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其空穴注入 能力高，表面改性容易，还能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶
30体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第7实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用空穴注入能力高、功函数大于Au的材料即MoOx等，将诸如MoOx/Au这样 的叠层式电极与Ta205/Si02叠层式门极绝缘膜组合，并根据需要实施Ar反溅射、UV/03处 理、Ar/02等离子体处理、HMDS处理中的一种或多种处理，其表面改性容易，且能够对有机半 导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动 电流)，适于集成化。根据本发明第7实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置空穴注入能力高，表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向 控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。[第8实施方式]图24示出了本发明第8实施方式的底部接触型有机半导体装置的截面结构示意 图。另外，图25示出了本发明第8实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd 特性例、图26示出了其漏极电流Id-门极电压Ve特性例。如图24所示，本发明第8实施方式的有机半导体装置中具有有机薄膜晶体管，该 有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的门极120 ；设置在门极120上的门极绝 缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属层 160、180、设置在金属层160、180上的金属层20、22及设置在金属层20、22上的金属层260、 280的叠层结构构成的源极(160、20、260)及漏极(180、22、280)；以及，设置在源极(160、 20,260)和漏极(180,22,280)间、门极绝缘膜170上的有机半导体层24，其中，金属层160、 180及金属层260、280的功函数大于金属层20、22的功函数。并且，金属层20、22可由金(Au)电极形成，金属层160、180及金属层260、280可 由功函数大于金电极的金属氧化物形成。此外，金属层160、180及金属层260、280可由钼氧化物(MoOx)层形成。例如，钼氧化物(MoOx)层的膜厚约为Inm 5nm左右、优选为约1. 2nm 4nm左 右。此外，金(Au)电极的膜厚例如约为20nm 200nm左右，优选为约80nm。或者，金属层160、180也可以由钼氧化物(MoOx)层与例如厚度约为0. 5nm左右 的极薄的铬(Cr)层的混合层形成。或者，金属层160、180还可以由铬(Cr)层和钼氧化物 (MoOx)层的叠层结构(Cr/MoOx)形成。与Cr层相比，MoOx层的功函数较大，因此可提高有机薄膜晶体管的电流驱动能力， 而通过进一步使用MoOx层/Au层/MoOx层的3层叠层结构，可以提高电流驱动能力。
作为其一例，在MoOx (tnm) /Au (80nm) /MoOx (tnm)叠层式电极结构中，当t = 2. 5nm时，不会在剥离工艺中发生源极/漏极的剥离。也不会由试制后的胶带试验引起源 极/漏极的剥离。因此，t = 2. 5nm时，可确保较为充分的密合性。另外，作为提高密合 性的方法，可通过将Cr层与MoOx层进行共蒸镀来形成Cr-MoOx密合层。例如，可以形成 Cr (33wt % )-MoOx(67wt% )的2. 5nm的Cr-MoOx混合层。或者，也可以形成基于Cr层与 MoOx层的叠层结构的Cr/MoOx密合层。例如，可以形成Cr层(0. 511111)/^00)(层(2. 5nm)的叠 层结构。 此外，门极绝缘膜15可由介电常数高于门极绝缘膜170的绝缘膜构成，门极绝缘膜170可由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、或由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，且它 们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15也可以由钽氧化物膜构成。此外，门极绝缘膜15可以由例如厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜170 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约5nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄的硅氧化物膜来形成门极绝缘膜170，能够使 对利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容
易ο更具体而言，如图24所示，本发明第8实施方式的有机半导体装置的结构具有有 机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的 Al-Nd层构成的门极120 ；设置在门极120上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5) 构成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由厚度约为5nm的硅氧化物膜(CVD-SiO2) 构成的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属层160、180、金属层20、22及金 属层260、280的叠层结构构成的源极(160、20、260)及漏极(180、22、280)，且其中的金属 层160、180由厚度约为2. 5nm的钼氧化物(MoOx)层构成，金属层20、22设置在金属层160、 180上且由厚度约为SOnm的Au层构成，金属层260、280设置在金属层20、22上且由厚度约 为2. 5nm的钼氧化物(MoOx)层构成；以及，设置在源极(160,20,260)和漏极(180,22,280) 间、门极绝缘膜170上的由例如Pyl05 (Me)构成的厚度约为50nm的ρ型有机半导体层24。作为在本发明第8实施方式的有机半导体装置的形成步骤中用来形成有机半导 体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170的表面进行表面 清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3 处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15分钟的HMDS处理。此外，还可以实 施Ar/02等离子体处理。所述的有机半导体装置的试制结果如下如图25所示，在漏极电流Id-漏极电压 Vd特性方面，未观察到滞后，同时，如图26所示，由漏极电流Id-门极电压Ve特性得到的跨 导(互导)gm(AID/AVe)值高于第11实施方式及第12实施方式。图21及图22的结果是 具有沟道宽度W/沟道长度L = 1000 μ m/5 μ m = 200的尺寸的有机半导体装置的特性例。图27示出了本发明第7实施方式⑶及第8实施方式(C)、与比较例4㈧的有 机薄膜晶体管的载流子迁移率yFET(cm2/V*S)的特性比较例。由图27可知，与比较例4相 比，第8实施方式(C)的载流子迁移率yFET(Cm7v*s)的特性得到了提高。这里，yFET(cm2/ V · s)是有机半导体层24的载流子迁移率。在第8实施方式(C)中，通过在由钽氧化物膜构成的门极绝缘膜15上层叠式地形 成与第7实施方式(B)相比厚度约为一半的极薄(约5nm左右以下)的、通过低温成膜得 到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)作为门极绝缘膜170，使载流子迁移率yFET(Cm2/V · s)特性得 以提尚。此外，图28示出了本发明第7实施方式⑶及第8实施方式(C)、与比较例4㈧ 的有机薄膜晶体管的开关比的特性比较例。由图28可知，与比较例4相比，第7实施方式 (B)的开关比特性得到了提高。
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此外，图29示出了本发明第7实施方式⑶及第8实施方式(C)、与比较例4㈧ 的有机薄膜晶体管的正向电流(A)的特性比较例。由图29可知，与比较例4相比，第7实 施方式(B)、第8实施方式(C)的正向电流特性依次提高。图28及图29所示特性的原因在于随着载流子迁移率μ FET(cm2/V · s)的特性提 高，直流跨导gm提高，正向电阻随之减少，而正向电流随之增大。图30是对本发明第8实施方式的有机半导体装置的3层电极结构的形成步骤的 说明图，图30(a)为剥离步骤中的截面结构示意图，图30(b)为图30(a)的D部分的3层电 极结构的放大截面结构示意图，图30(c)是在利用干法刻蚀形成3层电极结构的步骤中的 截面结构示意图。如图30(b)所示，在本发明第8实施方式的有机半导体装置的3层电极结构中，形 成了 MoOx层180被Au层22所覆盖、而MoOx层180及Au层22完全被MoOx层280所覆盖的 结构，为了能够使空穴注入增加、并确保与有机半导体层24之间的密合性，优选这种结构。 正如图30(a)所示意的，这类结构可以利用在剥离抗蚀层300的步骤中进行的剥离步骤，同 时在源极侧、漏极侧形成。需要指出的是，采用干法刻蚀步骤时，优选如图30(c)所示地，在 被采用干法刻蚀基本垂直地蚀刻的侧壁部分形成新的MoOx层320。此外，图31示出了在本发明第6 第8实施方式的有机半导体装置中，以形成门 极绝缘膜15的钽氧化物膜的膜厚为参数、纵轴取门极电容Cra(F/cm2)、横轴取形成门极绝 缘膜17、170的硅氧化物膜的膜厚时的特性图。图31中还显示出了在硅氧化物膜的膜厚为 零的情况下、钽氧化物膜的膜厚为IOOnm时，及单层硅氧化物膜的膜厚为250nm时的特性。C0X(F/cm2)为单位面积门极绝缘膜的门极电容，下述关系成立跨导gm = (W/ L) -Cox. yFET*VDS。这里，W为有机薄膜晶体管的沟道宽度，L为有机薄膜晶体管的沟道长 度，Vds代表施加在漏极/源极间的电压值。图27 图29及图31所示的结果是具有沟道宽度W/沟道长度L = 1000 μ m/5 μ m =200的尺寸的有机半导体装置的特性例。通过使门极电容CQX(F/cm2)的值增加，可以增大跨导gm的值，提高有机薄膜晶体 管的性能。而为了使门极电容(^(F/cm2)的值增加，可以像由图31所明确的那样，使与有 机半导体层24相连的门极绝缘膜170的厚度在例如约5nm以下，并使由钽氧化物膜构成的 门极绝缘膜15的厚度在例如约IOOnm以下。根据本发明第8实施方式的有机半导体装置，能够实现接触电阻的大幅降低，并 表现出高电流驱动能力，所述电流驱动能力能够达到第6 第7实施方式中显示的由单纯 皿00)(层/Au层的2层结构的叠层式电极得到的性能以上，这一点即使在低至5V的电压驱动 下也能够显现出来。在本发明第8实施方式的有机半导体装置中，由钽氧化物膜本身的内部缺陷及结 合性引起的滞后特性得以改善，取得了充分的晶体管特性的性能改善效果。此外，由于形成源极(160,20,260)及漏极(180,22,280)的Au层20,22的功函数 较大，因此对有机半导体层24的空穴注入容易，但由于钼氧化物(MoOx)层160、180，260、 280也具有相对较大的功函数，因而可充分确保对功函数大的有机半导体层24的空穴注入 量。此外，与图4所示的比较例的结构相比，在图24所示的底部接触型有机半导体晶体管 中，有机半导体层24/无机电极(160、180，20、22，260、280)界面的接触电阻变小。
因此，在本发明第8实施方式的有机半导体装置的漏极电流Id-漏极电压Vd特性 方面，获得了正向电阻低、正向电流高的结果。S卩，根据本发明第8实施方式的有机半导体装置，利用源极(160、20、260)及漏极 (180,22,280)结构的改善效果，可以在增大对有机半导体层24的空穴注入量、降低接触电 阻的同时，实现正向电阻的减少、正向电流的增加、跨导的增大。需要指出的是，与第6 第7实施方式相同，在本发明第8实施方式的有机半导 体装置中，作为最终结构，也可以在有机半导体层24上形成通过低温成长而形成的氮化物 膜、硅氧化物膜、或它们的叠层结构作为钝化膜(在图24中省略了图示)。另外，还可以具 备由围出指定空间的密封罐形成的封装结构。在本发明第8实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式来成膜。作为基板10的材料，可使用与第6 第7实施方式相同的材料。作为门极12的材料，也可以使用与第6 第7实施方式相同的材料。作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第6 第7实施方式相同的材料。作为源极(160、20、260)及漏极(180、22、280)的材料，也可以使用与第6 第7 实施方式相同的材料。对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以利用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第13实施方式 的有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第8实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第8实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约IOnm 左右以下)的、通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物膜 引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有机 半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发挥 作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性能 有机薄膜晶体管的有机半导体装置。根据本发明第8实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用功函数大于金(Au)电极的材料即金属氧化物层与金电极的叠层式电极 作为源极/漏极，并使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其空穴注入 能力高，表面改性容易，还能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶 体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第8实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用空穴注入能力高、功函数大于Au的材料即MoOx等，将诸如Μο0χ/Αιι/Μο0χ 这样的3层结构的叠层式电极与Ta205/Si02叠层式门极绝缘膜组合，并根据需要实施Ar反 溅射、UV/03处理、Ar/02等离子体处理、HMDS处理中的一种或多种处理，其表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压 驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第8实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置空穴注入能力高，表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向 控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。[第9实施方式]图32示出了本发明第9实施方式的顶部接触型有机半导体装置的截面结构示意 图。如图32所示，本发明第9实施方式的有机半导体装置中具有有机薄膜晶体管，该 有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的门极120 ；设置在门极120上的门极绝 缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的有机半导 体层24 ；设置在有机半导体层24上的由金属层160、180、设置在金属层160、180上的金属 层20、22及设置在金属层20、22上的金属层260、280的叠层结构构成的源极(160、20、260) 及漏极(180、22、280)。其中，金属层160、180及金属层260、280的功函数大于金属层20、 22的功函数。需要指出的是，所述说明中记载的是与第8实施方式相同的、由金属层20、22夹在 金属层160、180与金属层260、280之间的结构构成的3层叠层式电极结构，但也可以采用 与第6 第7实施方式相同的、省略金属层260、280而由金属层20、22与金属层160、180 构成的2层叠层式电极结构。此外，金属层20、22可由金电极形成，金属层160、180及金属层260、280可由功函 数大于金电极的金属氧化物形成。此外，金属层160、180及金属层260、280可由钼氧化物(MoOx)层形成。例如，钼氧化物(MoOx)层的膜厚约为Inm 5nm左右、优选为约1. 2nm 4nm左 右。此外，金(Au)电极的膜厚例如约为20nm 200nm左右、优选为约80nm。或者，金属层160、180也可以由钼氧化物(MoOx)层与例如厚度约为0. 5nm左右 的极薄的铬(Cr)层的混合层形成。或者，金属层160、180还可以由铬(Cr)层和钼氧化物 (MoOx)层的叠层结构(Cr/MoOx)形成。此外，门极绝缘膜15可由介电常数高于门极绝缘膜170的绝缘膜构成，门极绝缘 膜170可由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、或由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，且它 们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15也可以由钽氧化物膜构成。此外，门极绝缘膜15可以由例如厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜170 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约5nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄的硅氧化物膜来形成门极绝缘膜170，能够使 对利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容
易ο更具体而言，如图32所示，本发明第9实施方式的有机半导体装置的结构具有有 机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管具备基板10 ；设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Nd层构成的门极120 ；设置在门极120上的由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5) 构成的门极绝缘膜15 ；设置在门极绝缘膜15上的由厚度约为5nm的硅氧化物膜(CVD-SiO2) 构成的门极绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的例如由Pyl05(Me)构成的厚度约为 50nm的ρ型有机半导体层24 ；以及，设置在ρ型有机半导体层24上的由金属层160、180、金 属层20、22及金属层260、280的叠层结构构成的源极(160,20,260)及漏极(180、22、280)， 且其中的金属层160、180由厚度约为2. 5nm的钼氧化物(MoOx)层构成，金属层20、22设置 在金属层160、180上且由厚度约为80nm的Au层构成，金属层260、280设置在金属层20、22 上且由厚度约为2. 5nm的钼氧化物(MoOx)层构成。作为在本发明第9实施方式的有机半导体装置的形成步骤中用来形成有机半导 体层24的前处理，为了对由硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170的表面进行表面 清洁化，实施了下述处理。即，进行约60秒钟的Ar反溅射处理之后，实施约2分钟的UVZO3 处理，然后，为了实现疏水化，再在气体氛围中进行约15分钟的HMDS处理。此外，还可以实 施Ar/02等离子体处理。所述的有机半导体装置的试制结果如下在漏极电流Id-漏极电压Vd特性方面，未 观察到滞后，同时，与第8实施方式一样，由漏极电流Id-门极电压Ve特性得到的跨导(互 导)gm(AID/AVe)值高。在本发明第9实施方式的有机半导体装置中，由钽氧化物膜本身的内部缺陷及结 合性引起的滞后特性得以改善，取得了充分的晶体管特性的性能改善效果。此外，由于形成源极(160,20,260)及漏极(180,22,280)的Au层20、22的功函数 较大，因此对有机半导体层24的空穴注入容易，但由于钼氧化物(MoOx)层160、180，260、 280也具有相对较大的功函数，因而可充分确保对功函数大的有机半导体层24的空穴注入 Mo因此，本发明第9实施方式的有机半导体装置在漏极电流Id-漏极电压Vd特性方 面，获得了正向电阻低、正向电流高的结果。S卩，根据本发明第9实施方式的有机半导体装置，利用源极(160、20、260)及漏极 (180,22,280)结构的改善效果，可以在增大对有机半导体层24的空穴注入量、降低接触电 阻的同时，实现正向电阻的减少、正向电流的增加、跨导的增大。需要指出的是，与第6 第8实施方式相同，在本发明第9实施方式的有机半导 体装置中，作为最终结构，也可以在有机半导体层24上形成通过低温成长而形成的氮化物 膜、硅氧化物膜、或它们的叠层结构作为钝化膜(在图32中省略了图示)。另外，还可以具 备由围出指定空间的密封罐形成的封装结构。此外，在本发明第9实施方式的有机半导体装置中，还可以具备下述叠层结构在 P型有机半导体层24及源极(160、20、260)、漏极(180、22、280)结构上设置空穴传输层，再 在空穴传输层上设置电子传输层，然后，在该电子传输层上设置封顶用导体层。即，可以在 P型有机半导体层24与导体层之间形成由电子传输层和空穴传输层构成的pn 二极管。在本发明第9实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式来成膜。作为基板10的材料，可使用与第6 第8实施方式相同的材料。作为门极120的材料，也可以使用与第6 第8实施方式相同的材料。
作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第6 第8实施方式相同的材料。作为源极(160、20、260)及漏极(180、22、280)的材料，也可以使用与第6 第8 实施方式相同的材料。对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以利用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第9实施方式的 有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第9实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第9实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约5nm 左右以下)的、通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物膜 引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有机 半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发挥 作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性能 有机薄膜晶体管的有机半导体装置。根据本发明第9实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用功函数大于金(Au)电极的材料即金属氧化物层与金电极的叠层式电极 作为源极/漏极，并使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其空穴注入 能力高，表面改性容易，还能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶 体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第9实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用空穴注入能力高、功函数大于Au的材料即MoOx等，将诸如Μο0χ/Αιι/Μο0χ 这样的3层结构的叠层式电极与Ta205/Si02叠层式门极绝缘膜组合，并根据需要实施Ar反 溅射、UV/03处理、Ar/02等离子体处理、HMDS处理中的一种或多种处理，其表面改性容易，且 能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压 驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第9实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置空穴注入能力高，表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向 控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。[第10实施方式]图33涉及本发明第10实施方式的有机半导体装置，示出了在第6实施方式的底 部接触型有机半导体装置的周边部集成化了有机半导体发光元件的截面结构示意图。如图33所示，本发明第10实施方式的有机半导体装置具有由有机半导体发光元 件和在本发明第11实施方式中说明过的结构如图18所示的有机薄膜晶体管集成化而形成 的结构。由于有机薄膜晶体管是作为有机半导体发光元件的驱动用晶体管而构造的，因 此，为了实现低电压驱动及高亮度发光，必须要增大有机薄膜晶体管的正向电流。本发明第10实施方式的有机半导体装置不仅能够由叠层门极绝缘膜实现高正向电流，同时，通过采 用本发明第6实施方式的有机半导体装置中的源极/漏极结构，还能够实现更高的驱动电 流。如图33所示，本发明第10实施方式的有机半导体装置中具有下述有机薄膜晶体 管并进一步具有下述有机半导体发光元件，所述有机薄膜晶体管具备基板10，设置在基 板10上的门极120，设置在门极120上的门极绝缘膜15，设置在门极绝缘膜15上的门极绝 缘膜17，设置在门极绝缘膜17上的由金属层160、180和设置在金属层160、180上的金属 层20、22的叠层结构构成的源极(160、20)及漏极(180、22)，以及设置在源极(160、20)和 漏极(180、22)间、门极绝缘膜17上的有机半导体层24，其中，金属层160、180的功函数大 于金属层20、22的功函数；所述有机半导体发光元件在所述有机薄膜晶体管的周边部，由 设置在基板10上的阳极130、设置在阳极130上的空穴传输层132、设置在空穴传输层132 上的发光层134、设置在发光层134上的电子传输层136及设置在电子传输层136上的阴极 138的叠层结构构成。还可以在用来搭载半导体发光元件的基板10的背面设置滤色片50。另外，金属层20、22可由金(Au)电极形成，金属层160、180可由功函数大于Au电 极的金属氧化物形成。此外，金属层160、180可以由钼氧化物(MoOx)层形成。例如，钼氧化物(MoOx)层的膜厚约为Inm 5nm左右、优选为约1. 2nm 4nm左 右。并且，金(Au)电极的膜厚为例如约20nm 200歷左右，优选为约80nm。或者，金属层160、180也可以由钼氧化物(MoOx)层与例如厚度约为0. 5nm左右 的极薄的铬(Cr)层的混合层形成。或者，金属层160、180还可以由铬(Cr)层和钼氧化物 (MoOx)层的叠层结构(Cr/MoOx)形成。此外，门极绝缘膜15可由介电常数高于门极绝缘膜17的绝缘膜构成，门极绝缘膜 17可由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、或由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15可以由钽氧化物膜构成。此外，门极绝缘膜15可以由例如厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜17 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约20nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄的硅氧化物膜来形成门极绝缘膜17，能够使对 利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容
易ο更具体而言，如图33所示，本发明第10实施方式的有机半导体装置的结构中具 有下述有机薄膜晶体管并具有下述有机半导体发光元件，所述有机薄膜晶体管具备基板 10，设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Nd层构成的门极12，设置在门极12上的由 厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15，设置在门极绝缘膜15上 的由厚度约为IOnm的硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜17，设置的门极绝缘膜17 上的由金属层160、180和金属层20、22的叠层结构构成的源极(160、20)及漏极(180、22)， 且其中的金属层160、180由厚度约为2. 5nm的钼氧化物(MoOx)层构成，金属层20、22设置在金属层160、180膜17上且由厚度约为SOnm的Au层构成，以及设置在源极(160、20)和 漏极(180、22)间、门极绝缘膜17上的例如由Pyl05 (Me)构成的厚度约为50nm的ρ型有机 半导体层24 ；所述有机半导体发光元件在所述有机薄膜晶体管的周边部，由下述叠层结构 构成，所述叠层结构是设置在基板10上的例如由ITO构成的阳极130、设置在阳极130上的 空穴传输层132、设置在空穴传输层132上的发光层134、设置在发光层134上的电子传输 层136、以及设置在电子传输层136上的例如由Al/LiF叠层电极构成的阴极138的叠层结 构。此外，如图33所示，本发明第10实施方式的有机半导体装置中还可以具备下述叠 层结构在P型有机半导体层24上设置空穴传输层42，再在空穴传输层42上设置空穴传 输层44，再在空穴传输层44上设置电子传输层46，进一步，在该电子传输层46上设置封顶 用导体层48。即，可以在ρ型有机半导体层24与导体层48之间形成由电子传输层46和空 穴传输层42、44构成的pn 二极管。此时，本发明第10实施方式的有机半导体装置中，ρ型有机半导体层24的 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital，最高占据分子轨道)能级的绝对值可以大 于封顶用导体层的功函数的绝对值。这里，所述HOMO能级代表有机分子的基态。而所述 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未占分子轨道)能级代表有机分子的 激发态。其中，LUMO能级对应于最低单重激发态能级(S)。此外，作为电子、空穴注入到有 机物中而形成自由基负离子(M—)、自由基正离子(M+)时的空穴及电子的能级，在不存在激 子结合能的情况下，电子传导能级、空穴传导能级位于Η0Μ0能级、LUMO能级的外侧的位置。对于采用η型有机半导体层代替ρ型有机半导体层24的情况，只要η型有机半导 体层的LUMO能级的绝对值小于导体层的功函数的绝对值即可。作为空穴传输层42、44，可使用例如α-NPD。其中，a-NPD被称为4，4_双N-(1_萘 基-1-) [N-苯基-氨基]联苯(4，4-bis[N-(l-naphtyl-l-)N-phenyl-amino]-biphenyl)。作为电子传输层46，可利用例如Alq3等形成。其中，Alq3是被称为8_羟基喹啉 铝(Aluminum 8-hydroxyquinolinate)或三(8-羟基喹啉)铝的材料。导体层48可利用例如MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Ti等金属材料，由LiF/Al构成的 金属叠层结构，ΙΤ0, IZO等无机导体材料，PEDOT等有机导体材料形成。利用所述pn 二极管，还能够防止在源极(160、20)与漏极(180、22)之间发生短 路。即，利用所述Pn 二极管，可防止载流子的反向流动，理论上不会通过导体层48而在源 极-漏极间发生短路。作为ρ型晶体管，在源极-漏极间施加偏压时，由于在导体层48和漏极(180、22) 之间，电场的方向向pn结的反方向偏置，因此不会通过导体层48在源极(160、20)和漏极 (180,22)间发生短路。同样，在源极-漏极间施加偏压时，由于在封顶用导体层48与源极(160、20)之 间，向pn结的正向偏置，因而在封顶用导体层48与源极(基准电位)之间存在相当于pn 结的正向电压降(Vf)程度的电位差，故稳定。此外，在封顶用导体层48的电磁屏蔽效果作 用下，可使P型有机半导体层(晶体管活性层)24内部的电位得以稳定。在本发明第5实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式来成膜。
作为基板10的材料，可使用与第6实施方式相同的材料。作为门极120的材料，也可以使用与第6实施方式相同的材料。作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第6实施方式相同的材料。作为源极(160、20、260)及漏极(180、22、280)的材料，也可以使用与第6实施方 式相同的材料。对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以利用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第10实施方式 的有机半导体装置中也同样能够适用。(形成空穴传输层的空穴传输材料)图38是形成可适用于本发明第10实施方式的有机半导体装置的空穴传输层 32、42、44的空穴传输材料的分子结构例，图38(a)代表GPD的分子结构例，图38(b)代表 螺-TAD的分子结构例，图38(c)代表螺-NPD的分子结构例，图38(d)代表氧化-TPD的分 子结构例。此外，图39是形成可适用于本发明第10实施方式的有机半导体装置的空穴传输 层32、42、44的其它空穴传输材料的分子结构例，图39(a)代表TDAPB的分子结构例，图 39(b)代表MTDATA的分子结构例。(形成电子传输层的电子传输材料)图40是形成本发明第10实施方式的有机半导体装置的电子传输层36、46的电子 传输材料的分子结构例，图40 (a)代表叔丁基-PBD的分子结构例，图40 (b)代表TAZ的分 子结构例，图40 (c)代表噻咯衍生物的分子结构例，图40 (d)代表硼取代型三芳基类化合物 的分子结构例，图40(e)代表苯基喹喔啉衍生物的分子结构例。此外，图41是用来形成本发明第10实施方式的有机半导体装置的电子传输层36、 46的其它电子传输材料的分子结构例，图41 (a)代表Alq3的分子结构例，图41 (b)代表BCP 的分子结构例，图41 (c)代表噁二唑二聚体的分子结构例，图41 (d)代表星型噁二唑的分子 结构例。发光层34可采用例如载流子传输性发光材料、或发光掺杂剂与主体材料的混 合层。作为载流子传输性发光材料，可使用例如Alq3、Balq, Bepp2, BDPHVBi^ -BDPVBi、 (PSA)2Np-5、(PPA) (PSA)Pe-1、BSN等材料。作为发光掺杂剂与主体材料，可使用例如香豆 素 6、C545T、Qd4、DEQ、DPT、DCM2、DCJTB、红荧烯(卟歹 k > )、DPP、CBP、ABTX、DSA、DSA 胺 等材料。根据本发明第10实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置是由空穴注入能力高、正向电流得以增大的有机薄膜晶体管和低电压驱动且 高亮度发光的有机半导体发光元件集成化而得到的有机半导体装置。[第11实施方式]图34涉及本发明第11实施方式的有机半导体装置，示出了在第7实施方式的底 部接触型有机半导体装置的周边部集成化了有机半导体发光元件的截面结构示意图。如图34所示，本发明第11实施方式的有机半导体装置具有由有机半导体发光元 件和在本发明第7实施方式中说明过的结构如图21所示的有机薄膜晶体管集成化而形成的结构。由于有机薄膜晶体管是作为有机半导体发光元件的驱动用晶体管而构造的，因 此，为了实现低电压驱动及高亮度发光，必须要增加有机薄膜晶体管的正向电流。本发明第 11实施方式的有机半导体装置不仅能够由叠层门极绝缘膜实现高正向电流，同时，通过采 用本发明第7实施方式的有机半导体装置中的源极/漏极结构，还能够实现更高的驱动电 流。如图34所示，本发明第11实施方式的有机半导体装置的结构中具有下述有机薄 膜晶体管并具有下述有机半导体发光元件，所述有机薄膜晶体管具备基板10，设置在基 板10上的门极120，设置在门极120上的门极绝缘膜15，设置在门极绝缘膜15上的门极 绝缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属层160、180和金属层20、22的叠层结构构 成的源极(160、20)及漏极(180、22)，以及设置在源极(160、20)和漏极(180、22)间、门极 绝缘膜170上的有机半导体层24 ；所述有机半导体发光元件在所述有机薄膜晶体管的周边 部，由设置在基板10上的阳极130、设置在阳极130上的空穴传输层132、设置在空穴传输 层132上的发光层134、设置在发光层134上的电子传输层136及设置在电子传输层136上 的阴极138的叠层结构构成。还可以在搭载半导体发光元件的基板10的背面设置滤色片50。另外，金属层20、22可由金(Au)电极形成，金属层160、180可由功函数大于Au电 极的金属氧化物形成。此外，金属层160、180可以由钼氧化物(MoOx)层形成。例如，钼氧化物(MoOx)层的膜厚约为Inm 5nm左右、优选为约1. 2nm 4nm左 右。并且，金(Au)电极的膜厚为例如约20nm 200歷左右，优选为约80nm。或者，金属层160、180也可以由钼氧化物(MoOx)层与例如厚度约为0. 5nm左右 的极薄的铬(Cr)层的混合层形成。或者，金属层160、180还可以由铬(Cr)层和钼氧化物 (MoOx)层的叠层结构(Cr/MoOx)形成。此外，门极绝缘膜15可由介电常数高于门极绝缘膜170的绝缘膜构成，门极绝缘 膜170可由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、或由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，且它 们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15也可以由钽氧化物膜构成。此外，门极绝缘膜15可以由例如厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜17 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约5nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄的硅氧化物膜来形成门极绝缘膜170，能够使 对利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容
易ο更具体而言，如图34所示，本发明第11实施方式的有机半导体装置的结构中具 有下述有机薄膜晶体管并具有下述有机半导体发光元件，所述有机薄膜晶体管具备基板 10，设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Nd层构成的门极12，设置在门极120上的 由厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15，设置在门极绝缘膜15 上的由厚度约为5nm的硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170，设置在门极绝缘膜170上的由金属层160、180和金属层20、22的叠层结构构成的源极(160、20)及漏极(180、 22)、且其中的金属层160、180由厚度约为2. 5nm的钼氧化物(MoOx)层构成，金属层20、22 由厚度约为80nm的Au层构成，以及设置在源极(160、20)和漏极(180、22)间、门极绝缘膜 170上的例如由Pyl05 (Me)构成的厚度约为50nm的ρ型有机半导体层24 ；所述有机半导体 发光元件在所述有机薄膜晶体管的周边部，由下述叠层结构构成，所述叠层结构是设置在 基板10上的例如由ITO构成的阳极130、设置在阳极130上的空穴传输层132、设置在空穴 传输层132上的发光层134、设置在发光层134上的电子传输层136、以及设置在电子传输 层136上的例如由Al/LiF叠层电极构成的阴极138的叠层结构。此外，与第10实施方式相同，本发明第11实施方式的有机半导体装置中还可以具 备下述叠层结构(如图34所示)在ρ型有机半导体层24上设置空穴传输层42，再在空穴 传输层42上设置空穴传输层44，再在空穴传输层44上设置电子传输层46，进一步，在该电 子传输层46上设置封顶用导体层48。S卩，可以在ρ型有机半导体层24与导体层48之间形 成由电子传输层46和空穴传输层42、44构成的pn 二极管。此时，本发明第11实施方式的有机半导体装置中，ρ型有机半导体层24的HOMO 能级的绝对值可以大于封顶用导体层的功函数的绝对值。而对于采用η型有机半导体层代 替P型有机半导体层24的情况，只要η型有机半导体层的LUMO能级的绝对值小于导体层 的功函数的绝对值即可。作为所述空穴传输层42、44，可使用例如α -NPD0作为电子传输层46，可利用例如 Alq3等形成。导体层48可利用例如MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Ti等金属材料，由LiF/Al构 成的金属叠层结构，ITO、IZO等无机导体材料、PEDOT等有机导体材料形成。在本发明第11实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式成膜。作为基板10的材料，可使用与第7实施方式相同的材料。作为门极120的材料，也可以使用与第7实施方式相同的材料。作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第6实施方式相同的材料。作为源极(160、20)及漏极(180、22)的材料，也可以使用与第7实施方式相同的 材料。对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以利用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第6实施方式的 有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第11实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第11实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约5nm 左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物 膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有 机半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性 能有机薄膜晶体管的有机半导体装置。根据本发明第11实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用功函数大于金(Au)电极的材料即金属氧化物层与金电极的叠层式电极 作为源极/漏极，并使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其空穴注入 能力高，表面改性容易，还能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶 体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第11实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用空穴注入能力高、功函数大于Au的材料即MoOx等，将诸如MoOx/Au这样 的叠层式电极与Ta205/Si02叠层式门极绝缘膜组合，并根据需要实施Ar反溅射、UV/03处 理、Ar/02等离子体处理、HMDS处理中的一种或多种处理，其表面改性容易，且能够对有机半 导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动 电流)，适于集成化。根据本发明第11实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置空穴注入能力高，表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向 控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。(形成空穴传输层的空穴传输材料)图38 图39所示的形成空穴传输层的空穴传输材料的分子结构例在本发明第11 实施方式的有机半导体装置中也同样能够适用。(用来形成电子传输层的电子传输材料)图40 图41所示的形成电子传输层的电子传输材料的分子结构例在本发明第11 实施方式的有机半导体装置中也同样能够适用。作为发光层34，可使用与第10实施方式相同的材料。根据本发明第11实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置是由空穴注入能力高、正向电流得以增大的有机薄膜晶体管和低电压驱动且 高亮度发光的有机半导体发光元件集成化而得到的有机半导体装置。[第12实施方式]图35涉及本发明第12实施方式的有机半导体装置，示出了在第8实施方式的底 部接触型有机半导体装置的周边部集成化了有机半导体发光元件的截面结构示意图。如图35所示，本发明第12实施方式的有机半导体装置具有由有机半导体发光元 件和在本发明第8实施方式中说明过的结构如图24所示的有机薄膜晶体管集成化而形成 的结构。由于有机薄膜晶体管是作为有机半导体发光元件的驱动用晶体管而构造的，因 此，为了实现低电压驱动及高亮度发光，必须要增加有机薄膜晶体管的正向电流。本发明第 12实施方式的有机半导体装置不仅能够由叠层门极绝缘膜实现高正向电流，同时，通过采 用本发明第8实施方式的有机半导体装置中的源极/漏极结构，还能够实现更高的驱动电 流。如图35所示，本发明第12实施方式的有机半导体装置的结构中具有下述有机薄 膜晶体管并具有下述有机半导体发光元件，所述有机薄膜晶体管具备基板10，设置在基板10上的门极120，设置在门极120上的门极绝缘膜15，设置在门极绝缘膜15上的门极绝 缘膜170 ；设置在门极绝缘膜170上的由金属层160、180、设置在金属层160、180上的金属 层20、22及设置在金属层20、22上的金属层260、280的叠层结构构成的源极(160、20、260) 及漏极(180、22、280)，以及设置在源极(160,20,260)和漏极(180、22、280)间、门极绝缘 膜170上的有机半导体层24，其中，金属层160、180及金属层260、280的功函数大于金属 层20、22的功函数；所述有机半导体发光元件在所述有机薄膜晶体管的周边部，由设置在 基板10上的阳极130、设置在阳极130上的空穴传输层132、设置在空穴传输层132上的发 光层134、设置在发光层134上的电子传输层136、设置在电子传输层136上的阴极138的 叠层结构构成。还可以在搭载半导体发光元件的基板10的背面设置滤色片50。另外，金属层20、22可由金(Au)电极形成，金属层160、180及金属层260、280可 由功函数大于金电极的金属氧化物形成。此外，金属层160、180及金属层260、280可以由钼氧化物(MoOx)层形成。例如，钼氧化物(MoOx)层的膜厚约为Inm 5nm左右、优选为约1. 2nm 4nm左 右。并且，金(Au)电极的膜厚为例如约20nm 200歷左右，优选为约80nm。或者，金属层160、180也可以由钼氧化物(MoOx)层与例如厚度约为0. 5nm左右 的极薄的铬(Cr)层的混合层形成。或者，金属层160、180还可以由铬(Cr)层和钼氧化物 (MoOx)层的叠层结构(Cr/MoOx)形成。此外，门极绝缘膜15可由介电常数高于门极绝缘膜170的绝缘膜构成，门极绝缘 膜170可由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、或由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，且它 们整体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。此外，门极绝缘膜15可以由钽氧化物膜构成。此外，门极绝缘膜15可以由例如厚IOOnm以下的钽氧化物膜构成，门极绝缘膜170 可以由比门极绝缘膜15薄的硅氧化物膜、例如约5nm以下的硅氧化物膜构成，并且它们整 体上可以具有叠层式门极绝缘膜结构。如上所述，通过利用低温成膜的薄的硅氧化物膜来形成门极绝缘膜170，能够使 对利用溅射法或阳极氧化法得到的钽氧化物膜、以及对塑料等柔性基板的工艺处理变得容
易ο更具体而言，如图35所示，本发明第12实施方式的有机半导体装置的结构中具 有下述有机薄膜晶体管并具有下述有机半导体发光元件，所述有机薄膜晶体管具备基板 10，设置在基板10上的由厚度约为IOOnm的Al-Nd层构成的门极12，设置在门极120上的由 厚度约为IOOnm的钽氧化物膜(PVD-Ta2O5)构成的门极绝缘膜15，设置在门极绝缘膜15上 的由厚度约为5nm的硅氧化物膜(CVD-SiO2)构成的门极绝缘膜170，设置在门极绝缘膜170 上的由金属层160、180、金属层20、22及金属层260、280的叠层结构构成的源极(160、20、 260)及漏极(180、22、280)，且其中的金属层160、180由厚度约为2. 5nm的钼氧化物(MoOx) 层构成，金属层20、22设置在金属层160、180上且由厚度约为SOnm的Au层构成，金属层 260,280设置在金属层20、22上且由厚度约为2. 5nm的钼氧化物(MoOx)层构成，以及设置 在源极(160,20,260)和漏极(180、22、280)间、门极绝缘膜170上的由例如Pyl05 (Me)构 成的厚度约为50nm的ρ型有机半导体层24 ；所述有机半导体发光元件在所述有机薄膜晶体管的周边部，由下述叠层结构构成，所述叠层结构是设置在基板10上的由例如ITO形成 的阳极130、设置在阳极130上的空穴传输层132、设置在空穴传输层132上的发光层134、 设置在发光层134上的电子传输层136、设置在电子传输层136上的由例如Al/LiF叠层电 极构成的阴极138的叠层结构。此外，与第10及第11实施方式相同，本发明第12实施方式的有机半导体装置中 还可以具备下述叠层结构(如图35所示)在ρ型有机半导体层24上设置空穴传输层42， 再在空穴传输层42上设置空穴传输层44，再在空穴传输层44上设置电子传输层46，进一 步，在该电子传输层46上设置封顶用导体层48。即，可以在ρ型有机半导体层24与导体层 48之间形成由电子传输层46和空穴传输层42、44构成的pn 二极管。此时，本发明第12实施方式的有机半导体装置中，ρ型有机半导体层24的HOMO 能级的绝对值可以大于封顶用导体层的功函数的绝对值。而对于采用η型有机半导体层代 替P型有机半导体层24的情况，只要η型有机半导体层的LUMO能级的绝对值小于导体层 的功函数的绝对值即可。作为所述空穴传输层42、44，可使用例如α -NPD0作为电子传输层46，可利用例如 Alq3等形成。导体层48可利用例如MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Ti等金属材料，由LiF/Al构 成的金属叠层结构，ITO、IZO等无机导体材料，PEDOT等有机导体材料形成。在本发明第12实施方式的有机半导体装置的结构中，各电极、各层可分别通过溅 射、蒸镀、涂布等方式来成膜。作为基板10的材料，可使用与第8实施方式相同的材料。作为门极12的材料，也可以使用与第8实施方式相同的材料。。作为门极绝缘膜15的材料，也可以使用与第8实施方式相同的材料。作为源极(160、20、260)及漏极(180、22、280)的材料，也可以使用与第8实施方 式相同的材料。对于ρ型有机半导体层(晶体管活性层)24，还可以利用例如a-Si、多晶硅等无机 半导体材料等来替代形成。图36 图37所示的ρ型有机半导体材料的分子结构例在本发明第12实施方式 的有机半导体装置中也同样能够适用。根据本发明第12实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其表面改性容易， 且能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电 压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第12实施方式的有机半导体装置，通过将钽氧化物膜与极薄(约IOnm 左右以下)的、且通过低温成膜得到的硅氧化物膜(CVD-SiO2)层叠，可以解决由钽氧化物 膜引起的有机薄膜晶体管的静态特性中的滞后现象，同时，通过将硅氧化物膜表面和与有 机半导体层之间的界面、即沟道部接触，能够使已有的门极绝缘膜的表面改性方法有效发 挥作用，从而使在其上成膜的有机半导体材料的取向控制等变得容易，提供一种具有高性 能有机薄膜晶体管的有机半导体装置。根据本发明第12实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用功函数大于金(Au)电极的材料即金属氧化物层与金电极的叠层式电极作为源极/漏极，并使用高介电常数的绝缘膜作为有机晶体管的门极绝缘膜，其空穴注入 能力高，表面改性容易，还能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶 体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第12实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置使用空穴注入能力高、功函数大于Au的材料即MoOx等，将诸如Μο0χ/Αιι/Μο0χ 这样的3层结构的叠层式电极与Ta205/Si02叠层式门极绝缘膜组合，并根据需要实施Ar反 溅射、UV/03处理、Ar/02等离子体处理、HMDS处理中的一种或多种处理，其表面改性容易，且 能够对有机半导体材料进行良好的取向控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压 驱动、高驱动电流)，适于集成化。根据本发明第12实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置空穴注入能力高，表面改性容易，且能够对有机半导体材料进行良好的取向 控制，可实现有机薄膜晶体管的特性提高(低电压驱动、高驱动电流)，适于集成化。(形成空穴传输层的空穴传输材料)图38 图39所示的用来形成空穴传输层的空穴传输材料的分子结构例在本发明 第12实施方式的有机半导体装置中也同样能够适用。(形成电子传输层的电子传输材料)图40 图41所示的用来形成电子传输层的电子传输材料的分子结构例在本发明 第12实施方式的有机半导体装置中也同样能够适用。作为发光层34，可使用与第10及第11实施方式相同的材料。根据本发明第12实施方式的有机半导体装置，可提供一种有机半导体装置，该有 机半导体装置是由空穴注入能力高、正向电流得以增大的有机薄膜晶体管和低电压驱动且 高亮度发光的有机半导体发光元件集成化而得到的有机半导体装置。[其它实施方式]以上结合第1 第12实施方式对本发明进行了描述，但作为所述公开内容的一部 分的论述及附图并不用来限定本发明。本领域技术人员能够从所述公开内容清楚地了解到 各种代替实施方式、实施例及应用技术。适用于本发明第1 第12实施方式的有机半导体装置的构成的有机半导体材料 可采用下述方法形成例如，真空蒸镀法，柱色谱法、重结晶法等化学提纯法，升华提纯法， 而对于高分子材料，可采用旋涂法、浸涂法、刮涂法、喷涂(ink-jet)法等湿式成膜法等。在本发明第10 第12实施方式的有机半导体装置的构成中，针对底部接触型有 机薄膜晶体管和有机半导体发光元件的集成化结构进行了说明；但对于在第9实施方式中 说明的顶部接触型有机薄膜晶体管与有机半导体发光元件的集成化结构而言，也同样能够 实现。如上所述，本发明还包括未在此处加以描述的各种实施方式等。工业实用性本发明的有机半导体装置由于可实现高性能的有机薄膜晶体管及其集成化结构， 因此能够在下述的广泛领域内使用有机CM0SFET等有机集成电路领域，有机发光器件，用 来实现平板显示、柔性显示的有机EL显示器等柔性电子元件领域，透明电子元件领域，以及 照明设备，有机激光器，太阳能电池，气体传感器、味觉传感器，嗅觉传感器等生物传感器等。
权利要求
一种有机半导体装置，其具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门极；设置在所述门极上的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；设置在所述第2门极绝缘膜上的源极及漏极，所述源极及漏极由第1金属层与第2金属层的叠层结构构成；以及设置在所述源极和所述漏极之间、所述第2门极绝缘膜之上的有机半导体层。
2.根据权利要求1所述的有机半导体装置，其中，在所述有机薄膜晶体管的周边部还 具备叠层式层间绝缘膜，该叠层式层间绝缘膜由所述第1门极绝缘膜与设置在所述第1门 极绝缘膜上的所述第2门极绝缘膜的叠层结构构成。
3.根据权利要求1所述的有机半导体装置，其中，所述第1门极绝缘膜由介电常数高于 所述第2门极绝缘膜的绝缘膜构成；所述第2门极绝缘膜由比所述第1门极绝缘膜薄的硅 氧化物膜构成，或者由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成；且所述第1门极绝缘膜和所述第2 门极绝缘膜整体上具有叠层式门极绝缘膜结构。
4.根据权利要求1所述的有机半导体装置，其中，所述第1门极绝缘膜由钽氧化物膜构 成，所述第2门极绝缘膜由比所述第1门极绝缘膜薄的硅氧化物膜构成，且所述第1门极绝 缘膜和所述第2门极绝缘膜整体上具有叠层式门极绝缘膜结构。
5.一种有机半导体装置，其具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备 基板；设置在所述基板上的门极； 设置在所述门极上的第1门极绝缘膜； 设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜； 设置在所述第2门极绝缘膜上的第3门极绝缘膜；设置在所述第3门极绝缘膜上的源极及漏极，所述源极及漏极由第1金属层与第2金 属层的叠层结构构成；以及设置在所述源极和所述漏极之间、所述第3门极绝缘膜之上的有机半导体层。
6.根据权利要求5所述的有机半导体装置，其中，在所述有机薄膜晶体管的周边部还 具备叠层式层间绝缘膜，该叠层式层间绝缘膜由设置在所述门极上的第1门极绝缘膜、设 置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜以及设置在所述第2门极绝缘膜上的第3门 极绝缘膜的叠层结构构成。
7.一种有机半导体装置，其具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备 基板；设置在所述基板上的门极； 设置在所述门极上的第1门极绝缘膜； 设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜； 设置在所述第2门极绝缘膜上的第3门极绝缘膜； 设置在所述第3门极绝缘膜上的第4门极绝缘膜； 设置在所述第4门极绝缘膜上的第5门极绝缘膜；设置在所述第5门极绝缘膜上的源极及漏极，所述源极及漏极由第1金属层与第2金 属层的叠层结构构成；以及设置在所述源极和所述漏极之间、所述第5门极绝缘膜之上的有机半导体层。
8.根据权利要求7所述的有机半导体装置，其中，在所述有机薄膜晶体管的周边部还 具备叠层式层间绝缘膜，该叠层式层间绝缘膜由设置在所述基板上的门极、设置在所述门 极上的第1门极绝缘膜、设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜、设置在所述第2 门极绝缘膜上的第3门极绝缘膜、设置在所述第3门极绝缘膜上的第4门极绝缘膜以及设 置在所述第4门极绝缘膜上的第5门极绝缘膜的叠层结构构成。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的有机半导体装置，其中，所述有机半导体层为ρ 型有机半导体。
10.一种有机半导体装置，其具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备 基板；设置在所述基板上的门极；设置在所述门极上的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；源极及漏极，所述源极及漏极由设置在所述第2门极绝缘膜上的第1金属层和设置在 所述第1金属层上的第2金属层的叠层结构构成；以及设置在所述源极和所述漏极之间、所述第2门极绝缘膜之上的有机半导体层； 并且，所述第1金属层的功函数大于所述第2金属层的功函数。
11.根据权利要求10所述的有机半导体装置，其中，所述第2金属层由金电极形成，所 述第1金属层由功函数大于所述金电极的金属氧化物形成。
12.根据权利要求11所述的有机半导体装置，其中，所述第1金属层由钼氧化物层、钼 氧化物层与铬层的混合层、或铬层与钼氧化物层的叠层结构形成。
13.根据权利要求10 12中任一项所述的有机半导体装置，其中，所述第1门极绝缘 膜由介电常数高于所述第2门极绝缘膜的绝缘膜构成；所述第2门极绝缘膜由比所述第1 门极绝缘膜薄的硅氧化物膜构成，或者由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成；且所述第1门 极绝缘膜和所述第2门极绝缘膜整体上具有叠层式门极绝缘膜结构。
14.根据权利要求13所述的有机半导体装置，其中，所述第1门极绝缘膜由钽氧化物膜 构成。
15.一种有机半导体装置，其具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备 基板；设置在所述基板上的门极； 设置在所述门极上的第1门极绝缘膜； 设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜； 设置在所述第2门极绝缘膜上的有机半导体层；以及源极及漏极，所述源极及漏极由设置在所述有机半导体层上的第1金属层和设置在所 述第1金属层上的第2金属层的叠层结构构成；并且，所述第1金属层的功函数大于所述第2金属层的功函数。
16.根据权利要求15所述的有机半导体装置，其中，所述第2金属层由金电极形成，所述第1金属层由功函数大于所述金电极的金属氧化物形成。
17.根据权利要求16所述的有机半导体装置，其中，所述第1金属层由钼氧化物层、钼 氧化物层与铬层的混合层、或铬层与钼氧化物层的叠层结构形成。
18.根据权利要求15 17中任一项所述的有机半导体装置，其中，所述第1门极绝缘 膜由介电常数高于所述第2门极绝缘膜的绝缘膜构成；所述第2门极绝缘膜由比所述第1 门极绝缘膜薄的硅氧化物膜构成，或者由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成；且所述第1门 极绝缘膜和所述第2门极绝缘膜整体上具有叠层式门极绝缘膜结构。
19.根据权利要求18所述的有机半导体装置，其中，所述第1门极绝缘膜由钽氧化物膜 构成。
20.一种有机半导体装置，其具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板；设置在所述基板上的门极；设置在所述门极上的第1门极绝缘膜；设置在所述第1门极绝缘膜上的第2门极绝缘膜；设置在所述第2门极绝缘膜上的有机半导体层；源极及漏极，所述源极及漏极由设置在所述有机半导体层上的第1金属层、设置在所 述第1金属层上的第2金属层以及设置在所述第2金属层上的第3金属层的叠层结构构 成；并且，所述第1金属层及所述第3金属层的功函数大于所述第2金属层的功函数。
21.根据权利要求20所述的有机半导体装置，其中，所述第2金属层由金电极形成，所 述第1金属层及所述第3金属层由功函数大于所述金电极的金属氧化物形成。
22.根据权利要求21所述的有机半导体装置，其中，所述第1金属层由钼氧化物层、钼 氧化物层与铬层的混合层、或铬层与钼氧化物层的叠层结构形成。
23.根据权利要求20 22中任一项所述的有机半导体装置，其中，所述第1门极绝缘 膜由介电常数高于所述第2门极绝缘膜的绝缘膜构成；所述第2门极绝缘膜由比所述第1 门极绝缘膜薄的硅氧化物膜构成，或者由低温成膜的薄的硅氧化物膜构成；且所述第1门 极绝缘膜和所述第2门极绝缘膜整体上具有叠层式门极绝缘膜结构。
24.根据权利要求23所述的有机半导体装置，其中，所述第1门极绝缘膜由钽氧化物膜 构成。
25.根据权利要求10 24中任一项所述的有机半导体装置，其中，所述有机半导体层 为P型有机半导体。
全文摘要
本发明提供一种具有低电压驱动、高驱动电流的有机薄膜晶体管、适于集成化的有机半导体装置。该有机半导体装置具有有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管具备基板(10)；设置在基板(10)上的门极(12)；设置在门极(12)上的第1门极绝缘膜(15)；设置在第1门极绝缘膜(15)上的第2门极绝缘膜(17)；设置在第2门极绝缘膜(17)上、由第1金属层(16、18)与第2金属层(20、22)的叠层结构构成的源极(16、20)及漏极(18、22)；以及设置在源极(16、20)和漏极(18、22)之间、第2门极绝缘膜(17)之上的有机半导体层(24)。其中，第1门极绝缘膜(15)由介电常数高于第2门极绝缘膜(17)的绝缘膜构成，第2门极绝缘膜(17)由薄于第1门极绝缘膜(15)的硅氧化物膜、或低温成膜的薄的硅氧化物膜构成，且它们整体上具有叠层式门极绝缘膜结构。
文档编号H01L29/786GK101884108SQ20088011874
公开日2010年11月10日 申请日期2008年9月12日 优先权日2007年10月1日
发明者奥良彰 申请人:罗姆股份有限公司