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CN101116187A - 有机场效应晶体管及包含其的半导体装置 - Google Patents

有机场效应晶体管及包含其的半导体装置 Download PDF

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CN101116187A CNA2005800477537A CN200580047753A CN101116187A CN 101116187 A CN101116187 A CN 101116187A CN A2005800477537 A CNA2005800477537 A CN A2005800477537A CN 200580047753 A CN200580047753 A CN 200580047753A CN 101116187 A CN101116187 A CN 101116187A
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Abstract

本发明的目标是提供一种有机场效应晶体管，其可以减小在与由有机半导体材料形成的半导体层的界面处的能垒(在本发明中称为“有机场效应晶体管”)。将包括有机化合物和金属氧化物的复合层用于该有机场效应晶体管的电极，换言之，该复合层被用于该有机场效晶体管内源电极或漏电极的至少一部分。

Description

有机场效应晶体管及包含其的半导体装置
技术领域
本发明涉及可以用作开关元件或放大元件的有机场效应晶体管。此外，本发明还涉及包含该有机场效应晶体管的半导体装置。
背景技术
场效应晶体管使用施加于栅电极的电压控制设于源电极和漏电极之间的半导体层的导电性。基本上，场效应晶体管是单极元件的代表示例，在单极元件中p型载流子或n型载流子(空穴或电子)传输电荷。
这些场效应晶体管可以根据组合而形成各种开关元件和放大元件；因此，场效应晶体管应用于各种领域。例如，用于有源矩阵类型显示器的像素的开关元件等可以给出作为应用示例。
对于用于场效应晶体管的半导体材料，以硅为代表的无机半导体材料在过去被广泛地使用。然而，难以使用塑料基板或膜用作基板，因为需要在高温下的处理以形成无机半导体材料成为半导体层。
另一方面，当有机半导体材料用作半导体层时，则可以使用相对低的温度形成膜。因此在原则上，除了玻璃基板之外，场效应晶体管还可以制造在对高温不耐受的塑料基板等以及玻璃基板上。
如上所述，使用有机半导体材料作为半导体层的场效应晶体管(下文中称为“有机场效应晶体管”)的一个示例为，使用二氧化硅(SiO2)作为栅极绝缘层并以并五苯为半导体层的晶体管(参见非专利文献1)。根据该报导，电子场效应迁移率报导为1cm2/Vs，且其还报导了可以获得与非晶硅相同的晶体管性能，即使当有机半导体材料被用作半导体层。
附带地，在有机场效应晶体管中，载流子在源和漏电极与半导体层之间传输，然而当能垒(energy barrier)存在于源电极和半导体层之间以及漏电极和半导体层之间的界面时，例如电子场效应迁移率的晶体管特性下降。为了改善该特性，提议在源电极和半导体层之间以及漏电极和半导体层之间的界面使用氟化锂层(参见专利文献1)，然而，由于其只能应用于n沟道型有机场效应晶体管，有机半导体材料的类型限于n型。此外，还提议使用导电性给予剂掺杂半导体层(参见专利文献2)，然而，存在该导电性给予剂具有低化学稳定性的问题。此外，为了获得具有出色电阻的晶体管，这些电极材料和有机半导体材料之间的粘附性也是重要的。
因此，期待可以用于使用各种有机半导体材料的有机场效应晶体管的、化学稳定、且与该有机半导体材料具有良好粘附性的源和漏电极。这是因为，通过应用这种源和漏电极，可以获得具有良好电子场效应迁移率和极好电阻的有机场效应晶体管。
此外，在有机场效应晶体管中，由于源和漏电极也用作布线，因此需要高的导电性。然而，具有上述特性和高导电性的源和漏电极尚未被报导。
[非专利文献1]
Y.Y.Lin，D.J.Gundlach，S.F.Nelson，T.N.Jackson，IEEE Electron Device Letters，Vol.18，606-608(1997)
[专利文献1]
日本待审专利No.2003-298056
[专利文献2]
日本待审专利No.2004－228371
发明内容
本发明的一个目标是提供一种有机场效应晶体管，其可以减小在与由有机半导体材料形成的半导体层的界面处的能垒(在本发明中称为“有机场效应晶体管”)。本发明的另一个目标是提供一种可以使用各种有机半导体材料的有机场效应晶体管。此外，本发明的又一个目标是提供化学稳定的有机场效应晶体管，以及提供一种用于有机场效应晶体管且与半导体层具有出色粘附性的电极材料。
此外，本发明的再一个目标是提供一种用于有机场效应晶体管的电极材料，该电极材料还可以用作布线，且除了上述的特性之外还具有出色的导电性。
在有机场效应晶体管中，当为了有效地注入载流子而选择电极时，需要考虑其功函数。此外，选择的限制是苛刻的，在当前情形下，只有达到要求的几种导电层可以被使用。例如，通常用作p型有机场效应晶体管的电极的导电层的是金，然而需要使用这种昂贵的贵金属满足该功函数。
因此，当导电材料用作本发明中有机场效应晶体管的电极一部分时，一个目标是提供一种有机场效应晶体管，其结构不受用于电极的材料的功函数影响。
此外，本发明的一个目标是提供一种具有良好电子场效应迁移率的有机场效应晶体管，以及具有出色电阻的有机场效应晶体管。
在认真研究后本发明人发现，当包括有机化合物和金属氧化物的复合层被用作至少源电极或漏电极的一部分时，源电极和半导体层之间以及漏电极和半导体层之间的界面处的能垒减小，且电子场效应迁移率增大。
此外，本发明人发现，当具有这种结构的电极用作有机场效应晶体管的源电极与/或漏电极时，该电极是化学稳定的且具有与半导体层的出色粘附性。
因此，在本发明一个方面，有机场效应晶体管的电极部分地具有包括有机化合物和金属氧化物的复合层。
这种情况下，作为该有机化合物，芳族胺化合物是优选的。此外，作为该金属氧化物，过渡金属氧化物是优选的，特别地，氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化铼、以及氧化钌是优选的。此外，其氮化物或氧氮化物(nitrideoxide)也可以被使用。
在本发明另一个方面，用于上述有机场效应晶体管的电极还具有包括碱金属、碱土金属、碱金属化合物或者碱土金属化合物中任意一种的第二层，该第二层提供为接触该复合层。
注意，用于上述有机场效应晶体管的源电极与/或漏电极优选地还包括导电层。因此，可以获得具有出色导电性且也可以用作布线的源和漏电极。
此外，在本发明一个方面，一种有机场效应晶体管具有包括有机半导体材料的半导体层以及源和漏电极，其中至少该源电极或该漏电极具有包括有机化合物和金属氧化物的复合层。
这种情况下，作为该有机化合物，芳族胺化合物是优选的。此外，作为该金属氧化物，过渡金属氧化物是优选的，特别地，氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化铼、以及氧化钌是优选的。
此外，由于该复合层具有与半导体层的出色粘附性，该复合层优选地提供为接触该半导体层。
在本发明的上述有机场效应晶体管的另一个方面，至少该源电极或该漏电极具有包括碱金属、碱土金属、碱金属化合物或者碱土金属化合物中任意一种的第二层，其中该第二层提供在该半导体层和该复合层之间。
在本发明的上述有机场效应晶体管中，源电极与/或漏电极优选地还具有导电层。因此，可以获得具有出色导电性且还可以用作布线的源和漏电极。
注意，在上述复合层中，有机化合物和金属化合物之间的混合比为有机化合物/金属氧化物的摩尔比为0.1至10，优选为0.5至2。
此外，在本发明另一个方面，上述有机场效应晶体管还具有导电层，其中该导电层的端部覆盖有包括有机化合物和金属氧化物的复合层。
实施本发明使得在具有由有机半导体材料形成的半导体层的场效应晶体管中，能够获得可以减小与半导体层的界面处的能垒的源和漏电极。可以获得可用于各种有机半导体材料的源和漏电极。此外，可以获得化学稳定的源和漏电极。另外，可以获得与半导体层具有良好粘附性的源和漏电极。
此外，本发明的有机场效应晶体管可以选择导电材料而不管其功函数的限制，选择的范围增大，这在成本方面而言是有利的结构。电阻还可以通过使用该导电材料而减小，且该电极可优选地用作布线。
另外，实施本发明使得可以提供具有良好电子场效应迁移率的有机场效应晶体管。其还使得可以提供具有优良电阻的有机场效应晶体管。类似地，实施本发明可实现具有良好工作特性和高可靠性的半导体装置。
附图说明
在附图中：
图1A至1D分别示出了根据本发明的有机场效应晶体管的构造示例的结构形式；
图2A至2D分别示出了根据本发明的有机场效应晶体管的构造示例的结构形式；
图3A至3D分别示出了根据本发明的有机场效应晶体管的构造示例的结构形式；
图4A至4D分别示出了根据本发明的有机场效应晶体管的构造示例的结构形式；
图5A至5E分别示出了根据本发明的有机场效应晶体管的制造方法；
图6A至6E分别示出了根据本发明的有机场效应晶体管的制造方法；
图7示出了使用本发明的液晶显示装置的俯视图的结构形式；
图8A和8B分别示出了使用本发明的液晶显示装置的剖面图的结构形式；
图9A和9B分别示出了使用本发明的发光显示装置的剖面图的结构形式；
图10A至10C分别示出了使用本发明的电子装置；以及
图11示出了根据本发明的有机场效应晶体管的Vg-Id特性。
具体实施方式
对于本发明的有机场效应晶体管，为了获得场效应晶体管的出色特性，除了有机半导体层的载流子密度受电场效应有效地控制之外，还要求有效地进行载流子从源电极供给到有机半导体层以及载流子从该有机半导体层释放到漏电极。为此，期望在源和漏电极与有机半导体层之间不存在能垒。然而，由于电极金属的费密能级与有机半导体材料的最高占据能级之间一般存在能量差，因此存在能垒，该能垒是限制有机场效应晶体管的特性的一个因素，且是在选择电极材料时必须考虑功函数的原因之一。
本发明人发现，使用包括有机化合物和金属氧化物的复合层作为源和漏电极的一部分，使得源电极和有机半导体层之间以及漏电极和有机半导体层之间的能垒减小，并使得从源电极到有机半导体层的载流子供给以及从有机半导体层到漏电极层的载流子释放有效地发生，因此场效应晶体管的特性改善。
认为这种现象是由于在其中混合了有机化合物和金属氧化物的复合层内在有机化合物和金属氧化物之间形成电荷输运络合物(complex)，以及该复合层内载流子密度的增大而引起的。
实施方式1
将参考图1A至1D描述本发明的有机场效应晶体管的构造示例。注意，参考数字11表示包括有机半导体材料的半导体层，12表示绝缘层，13表示复合层，15表示栅电极，以及16表示基板。源和漏电极18每一个包括复合层13和导电层17。可以依据元件用途而恰当地选择每层和每个电极的对准。在图示中，复合层13提供为接触半导体层11，然而本发明不限于此，复合层13可以包括在源电极与/或漏电极的一部分内。可以依据元件用途从图1A至1D恰当地选择每一层和电极的对准。
基板16可以使用例如玻璃基板、石英基板、以及结晶玻璃基板的绝缘基板；陶瓷基板；不锈钢基板；金属基板(钽、钨、钼等)；半导体基板；塑料基板(聚酰亚胺、丙烯酸、聚乙烯、对苯二酸酯、聚碳酸酯、polyalylate、聚醚砜(polyethelsulfone)等)；等等。此外，如果需要，这些基板可以在使用CMP等抛光之后使用。
绝缘层12可以由下述材料形成：无机绝缘材料，例如氧化硅、氮化硅、含氮的氧化硅和含氧的氮化硅；有机绝缘材料，例如丙烯酸和聚酰亚胺；具有硅和氧组合的骨架结构、具有至少氢作为取代基、以及具有至少氟、烷基和芳族烃作为取代基的所谓硅氧烷基材料。此外，绝缘层12可以形成为具有单层，但是也可以形成为具有多层。对于形成具有两层的绝缘层的情形，优选地无机绝缘材料形成为第一绝缘层，有机绝缘材料堆叠在其上作为第二绝缘层。
这些绝缘膜可以通过已知方法形成，例如诸如浸渍方法、旋转涂敷方法、小滴释放方法的涂敷方法；CVD方法；或者溅射方法。下层的不平坦可以降低。
小分子、中等分子、或大分子中任何一种都可以作为用于本发明的有机半导体材料，只要该有机半导体材料具有载流子输运性能且发生载流子密度的调制，其类型没有具体限制。小分子的示例为：例如并五苯和萘并萘的多环芳烃化合物、共轭双键系统化合物、大环化合物或其络合物、酞菁、电荷输运类型络合物、四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene)、四氰基喹啉并二4苯基异氰酸甲烷(tetracyanoquinodimethane)络合物等。高分子的示例为p共轭系统聚合物、电荷输运类型络合物、聚乙烯吡啶、酞菁金属络合物等，但是更优选使用聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚乙烯、聚噻吩衍生物等，它们是由共轭双键构成的p共轭系统聚合物。
这些有机半导体材料可以通过已知方法形成，例如蒸发方法、旋转涂敷方法或者小滴释放方法。
本发明中用于栅电极15以及源和漏电极的导电层17没有具体限制。然而，也可以给出的示例为：例如铂、金、铝、铬、镍、钴、铜、钛、镁、钙、钡和钠的金属；包括这些金属的合金；例如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔和聚二乙炔(polydiacethylene)的导电高分子化合物；例如硅、锗、砷化镓的无机半导体；例如碳黑、富勒烯、碳纳米管和石墨的碳化材料；且另外，掺杂有酸(包括路易斯(Lewis)酸)、卤素原子、例如碱金属和碱土金属的金属原子的这些材料。一般而言，在许多情况下，金属作为用于源和漏电极的导电材料。
这些电极材料可以通过已知方法形成，例如在通过溅射或蒸发方法形成膜之后通过蚀刻而形成。
用作本发明的复合层13的有机化合物类型没有具体限制，然而具有空穴输运性能的材料是优选的。此外，例如具有芳族胺骨架的材料是优选的，例如4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯氨基]联二苯(下文中称为NPB)、N，N’-二苯基-N，N’-二(3-甲基苯基)-1，1’-联二苯-4，4’-二胺(下文中称为TPD)、4，4’-二(N-{4-[N，N-二(3-甲基苯基)氨基]苯基}-N-苯氨基)联二苯(下文中称为DNTPD)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯氨基]三苯胺(下文中称为m-MTDATA)、4，4’，4”-三[N-(1-萘基)-N-苯氨基]三苯胺(下文中称为1-TNATA)。注意，也可以使用用于半导体层11的材料。
用于本发明复合层13的金属氧化物没有特别限制，然而，钛、钒、铬、锆、铌、钼、铪、钽、钨或铼的氧化物是优选的。
此外，复合层13可以使用这些材料通过下述方法形成：使用电阻加热的共蒸镀、使用电阻加热蒸镀和电子枪蒸镀(EB蒸镀)的共蒸镀、使用溅射和电阻加热的同时沉积等。此外，复合层13可以通过例如溶胶-凝胶方法的湿法方法形成。
复合层13的电导率近似为10-5[S/cm]，该电导率高，且即使当其厚度从几纳米变化到几百纳米时，晶体管电阻值的变化很小。因此，依据将要制造的元件的用途和形状，复合层13的厚度可以从几纳米适当地调整到几百纳米或更厚。
图1A所示结构将作为示例，以更详细地描述本发明。该结构适于以空穴作为载流子的p型有机场效应晶体管。如图1A所示，栅电极15形成于基板16上，绝缘层12形成于栅电极15上，且源和漏电极18形成于绝缘层12上。图1A中栅电极具有锥形，但是本发明中栅电极的形状不限于此。导电层17形成于绝缘膜12上，复合层13堆叠在该导电层17上，形成了源和漏电极18。注意，导电层17和复合层13可以使用相同的掩模形成，且导电层17的边缘部分可以与导电层13的边缘部分一致。且，半导体层11形成为至少存在于源电极和漏电极之间。图1A中半导体层11形成为至少部分与源和漏电极18交叠。复合层13提供为与半导体层11接触。在图1A结构中，在导电层17形成之后，表面氧化和表面能级的稳定性发生到该导电层17。因此，当导电层17直接作为源和漏电极18时，在源电极和半导体层之间以及漏电极和半导体层之间容易出现能垒，且晶体管的性能容易下降。然而，通过应用具有复合层13的源和漏电极，实现了减小半导体层11和导电层17之间的能垒的效果。
图1A所示晶体管具有底栅型和底接触型结构。在底接触型结构中，源和漏电极形成于基板上方，且半导体层形成于该源和漏电极上方(该源和漏电极与半导体层的下表面接触)。图1B为具有底栅型和顶接触型结构的有机场效应晶体管。顶接触型结构表示半导体层形成于基板上方且源和漏电极形成于半导体层上方的结构(源和漏电极接触半导体层的上表面)。图1C为具有顶栅型和底接触型结构的有机场效应晶体管，图1D为具有顶栅型和顶接触型结构的有机场效应晶体管。
如上所述，应用具有将复合层13置于半导体层11和导电层17之间的结构的源和漏电极，使得半导体层11与源和漏电极18之间的能垒减小，并使得从源电极到半导体层的载流子注入和从半导体层到漏电极的载流子释放变得平滑。因此，可以选择导电层17而不考虑功函数的限制。如图1A和1C所示，复合层13的一个边缘部分可以与导电层17的一个边缘部分一致。如图1B和1D所示，复合层13的边缘部分可以在半导体层11上方延伸超出导电层17的侧表面(或者边缘部分)。
此外，复合层13是化学稳定的，且与导电层17相比，复合层13与半导体层11的粘附性是良好的。此外，通过像该结构一样将复合层13与导电层17组合，可以提供具有出色导电性且也可以作为布线的源和漏电极18。
如上所述，应用这种结构的源和漏电极，使得可以提供具有良好电子场效应迁移率的有机场效应晶体管。此外，可以提供具有出色耐久性的有机场效应晶体管。
使用复合层13使得源和漏电极18与半导体11之间的能隙减小，因此作为用于源和漏电极的材料，不必选择与半导体层11具有低的能垒的材料(换言之，对功函数没有限制)，这是本发明的一个优势。
实施方式2
接着将描述一种适用于以电子为载流子的n型有机场效应晶体管的结构作为示例。除了在源和漏电极的一部分内具有复合层13的实施方式1的结构之外，该结构具有还包括碱金属、碱土金属、或者包括其的化合物(氧化物、氮化物或盐)的第二层14。
用于本发明的有机半导体材料没有具体限制。然而，具体地对于显示n沟道场效应晶体管的特性的有机半导体材料，二萘嵌苯四羧酸酐(perylenetetracarboxylic acid anhydride)及其衍生物、二萘嵌苯四羧基二炔(perylenetetracarboxydiimie)衍生物、萘四羧酸酐及其衍生物、萘四羧基二酰亚胺衍生物、金属酞菁衍生物、富勒烯等是优选的。
用于本发明第二层14的碱金属和碱土金属，或者包括其的氧化物、氮化物或盐的类型没有具体限制，然而，锂、钠、钾、铯、镁、钙、锶、钡、氧化锂、氮化镁、氮化钙是优选的。此外，第二层14可以由这些材料的混合物材料以及具有电子输运性能的有机化合物形成。对于具有电子输运性能的有机化合物，除了二萘嵌苯四羧酸酐及其衍生物、二萘嵌苯四羧基二炔衍生物、萘四羧酸酐及其衍生物、萘四羧基二酰亚胺衍生物、金属酞菁衍生物和富勒烯之外，还可以使用具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物等形成的材料，例如三(8-羟基喹啉(quinolinolate))铝(简写为Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简写为Almq3)、二(10-羟基苯[h]喹啉(quinolinato))铍(简写为BeBq2)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)-(4-苯基苯酚)铝(简写为BAlq)。此外，也可以使用具有唑基配体或噻唑基配体的金属络合物，例如二[2-(2-羟基苯)苯并唑(benzoxazolato)]锌(简写为Zn(BOX)2)或者二[2-(2-羟基苯)苯并噻唑(benzothiazolato)]锌(简写为Zn(BTZ)2)。除了金属络合物之外，此外还可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔-丁基苯基)-1，3，4-二唑(简写为PBD)、1，3-二[5-(4-叔-丁基苯基)-1，3，4-二唑-2-基]苯(简写为OXD-7)、3-(4-叔-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简写为TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简写为p－EtTAZ)、红菲绕啉(bathophenanthroline)(简写为BPhen)、浴铜灵(bathocuproin)(简写为BCP)等。
将参考图2A至2D描述本发明的有机场效应晶体管的构造示例。注意，参考数字11表示包括有机半导体材料的半导体层，12表示绝缘层，15表示栅电极，以及16表示基板。源和漏电极18包括复合层13、第二层14和导电层17。此外，第二层14提供于复合层13和半导体层11之间。可以依据元件用途而从图2A至2D恰当地选择各层和电极的对准。图2A至2D具有分别在图1A至1D所示结构中进一步提供第二层的结构。因此，有关元件结构的详细解释此处省略。在图示中，第二层14提供为接触复合层13和半导体层11，然而本发明不限于此，第二层14可包括在源电极与/或漏电极的一部分内。
图2A所示结构将作为示例，以更详细地描述本发明。如上所述，该结构适于以电子作为载流子的n型有机场效应晶体管。如图2A所示，源和漏电极18形成于其上形成有栅电极15和绝缘层12的基板16上。导电层17形成于绝缘膜12上，复合层13堆叠在导电层17上，形成了源和漏电极18。注意，导电层17和复合层13可以使用相同的掩模形成，且导电层17的边缘部分可以与导电层13的边缘部分一致。且，半导体层11形成为至少存在于源电极和漏电极之间。图2A中半导体层11形成为至少部分与源和漏电极18交叠。第二层14提供为接触半导体层11。此外，复合层13提供在导电层17和第二层14之间。
当电压施加到具有复合层13和第二层14堆叠的结构的源电极时，由于载流子分离，空穴和电子产生于复合层13和第二层14之间的界面。在所产生的载流子中，电子从第二层14供给到半导体层11，空穴流到导电层7。从半导体层11释放到漏电极的电子以及从漏电极中导电材料供给的空穴，在漏电极内第二层14和复合层13之间的界面相互消灭。因此，以电子为载流子的电流在半导体层11内流动。
如上所述，在半导体层11和导电层17之间的提供包括复合层13和第二层14的堆叠层，使得半导体层11与源和漏电极之间的能垒减小，并使得从源电极到半导体层的电子供给和从半导体层到漏电极的电子释放变得平滑。
此外，复合层13是化学稳定的，且与导电层17相比，第二层14与半导体层11的粘附性是良好的。此外，通过将复合层13与导电层17组合，则可以提供也可以作为布线且具有出色导电性的源和漏电极。
如上所述，应用这种结构的源和漏电极，使得可以提供具有良好电子场效应迁移率的有机场效应晶体管。此外，可以提供具有出色耐久性的有机场效应晶体管。
此外，应用这种结构使得源和漏电极18与半导体11之间的能隙减小，因此作为用于导电层17的材料，不必要选择与半导体层11具有低的能垒的材料。可以选择导电层17而不考虑其功函数，这也是本发明的一个优势。
注意，本实施方式中未明显提及的部件与实施方式1相同。
实施方式3
接着将描述用于复合层的有机化合物也用于半导体层的结构。在该结构中，用于复合层和半导体层的有机化合物相同，因此制造工艺变得简单且成本可以减小，这是有利的。此外，半导体层和源电极之间以及半导体层和漏电极之间的粘附性，以及其间界面的化学稳定性增大，因此晶体管特性的进一步改善是有望的。同样，有机场效应晶体管的耐久性的改善是有望的。
用于本发明的半导体材料没有特别限制，然而芳族胺化合物是优选的，因为与用于复合层的有机化合物相同的材料被使用。
图1A所示结构将作为示例，以更详细地描述本发明。如图1A所示，源和漏电极18形成于其上形成有栅电极15和绝缘层12的基板16上。导电层17形成于绝缘膜12上，复合层13堆叠在导电层17上，形成了源和漏电极18。注意，导电层17和复合层13可以使用相同的掩模形成，且导电层17的边缘部分可以与导电层13的边缘部分一致，或者导电层17的一个边缘部分可与复合层13的一个边缘部分一致，如图1A所示。然而，用于复合层13的有机化合物与用于随后形成的半导体层11的有机半导体材料相同。接着，半导体层11形成为至少存在于源电极和漏电极之间。这种情况下，复合层13提供为接触半导体层11。
通过应用具有将复合层13插在半导体层11和导电层17之间的结构的源和漏电极，如实施方式1所述，半导体层11与源和漏电极18之间的能垒减小，且从源电极到有机半导体层的载流子注入和从半导体层到漏电极的载流子释放变得平滑。此外，通过使用于复合层13的有机化合物与用于半导体层11的有机半导体材料一致，半导体层11和源电极18之间以及半导体层11和漏电极18之间的粘附性以及其间界面的化学稳定性得到改善。因此可以获得这样的结构，其中减小半导体层11和导电层17之间的能垒的效果通过复合层13变得更为有效。此外，晶体管的耐久性改善。
当本实施方式的结构应用于实施方式2的结构时，用于有机半导体层的材料可以用做第二层的有机化合物。其他结构与实施方式2相同。
实施方式4
在本实施方式中，解释这样的结构，其中面向半导体层11内载流子流动方向的导电层17的边缘部分覆盖有复合层13。也就是说，彼此相对的导电层17的边缘部分覆盖有复合层13。对于图3A至3D所示结构，仅上述部分不同于实施方式1，在本实施方式中没有描述的其他部分与实施方式1相同。注意，图3A至3D中除了复合层之外的结构分别对应于图1A至1D中的结构，因此此处省略了详细解释。
对于有机场效应晶体管，对准方向在某些情况下影响电流流动的容易程度，取决于用作半导体层的有机材料。因此，通常考虑使该对准一致，使得电流更容易流动到在形成沟道的部分内载流子流动的方向。
如前所述，本实施方式的结构中，与实施方式1中所示有机场效应晶体管半导体层11内载流子流动方向相反的导电层17的边缘部分覆盖有复合层13。采用这种结构，载流子可以更平滑地注入到电流流动方向，且有机场效应晶体管的特性可以改善。
上述结构适用于p型有机场效应晶体管，且图4A至4D示出了适用于n型有机场效应晶体管的结构。图4A至4D分别对应于图2A至2D，在本实施方式中没有描述的图4A至4D所示结构的部分与实施方式2相同。
在图4A至4D的结构中，与实施方式2中所示有机场效应晶体管的导电层17或半导体层11内载流子流动方向相反的边缘覆盖有复合层，且与复合层13内载流子流动方向相反的边缘覆盖有第二层14，如实施方式2所示。采用这种结构，载流子可以更平滑地注入到电流流动方向，且有机场效应晶体管的特性可以改善。
实施方式5
将参考图5A至5E描述图1A所示本发明的有机场效应晶体管的制造方法。首先，使用p型有机场效应晶体管为示例进行描述。由钨制成的栅电极15在基板16上形成为具有100nm的厚度，由二氧化硅(SiO2)制成的绝缘层12在其上形成为具有100nm的厚度作为栅极绝缘膜，且由钨制成的导电层17在其上形成为具有100nm的厚度。通过溅射方法等在基板整个表面上形成钨膜之后，使用光刻形成掩模且执行蚀刻以形成期望形状，由此形成栅电极15。可以使用湿法蚀刻或干法蚀刻。绝缘层12通过CVD方法等形成。导电层17按照与栅电极相同的方式形成。随后，通过使用电阻加热的真空蒸镀，使用掩模，共蒸镀氧化钼(VI)和为芳族胺化合物的NPB，使得氧化钼和NPB摩尔比为1∶1，在导电层17上形成复合层13。复合层13的厚度为10nm。因此，形成了由导电层17和复合层13形成的源和漏电极。之后，通过蒸镀，至少在源电极和漏电极之间形成并五苯膜作为半导体层11，以制造该有机场效应晶体管。可以使用掩模蒸镀该半导体层11。
图1B至1D的制造方法与上述制造方法基本上相似，区别在于制造顺序改变。然而，对于形成图1B和1D中的导电层17的情形，导电材料优选通过使用掩模真空蒸镀金而形成，因为电极将形成于半导体层11上。
当对所制造的有机场效应晶体管施加栅极电压时测量漏极电流以获得电子场效应迁移率时，可以获得出色的p型的晶体管特性。与复合层未作为源和漏电极的一部分的有机场效应晶体管相比，可以获得更好的晶体管特性。
对于制造其中与半导体层内载流子流动方向相反的导电层边缘部分覆盖有复合层的有机场效应晶体管情形，可以通过改变制造该复合层的掩模的形状来制造该有机场效应晶体管。
实施方式6
以图6A至6E为示例，描述图2A所示n型有机场效应晶体管的制造方法。由钨制成的栅电极15在基板16上形成为具有100nm的厚度，由二氧化硅制成的绝缘层12在其上形成为具有100nm的厚度作为栅极绝缘膜，且由钨制成的导电层17在其上形成为具有100nm的厚度。通过溅射方法等形成钨膜之后，使用光刻形成掩模，该钨膜被蚀刻以形成栅电极15，且该导电层17被蚀刻以具有期望的形状。可以使用湿法蚀刻或干法蚀刻。绝缘层可通过CVD方法等形成。随后，通过使用电阻加热的真空蒸镀，使用掩模，共蒸镀氧化钼(VI)和NPB，使得氧化钼和NPB摩尔比为1∶1，在导电层17上形成厚度为10nm的复合层13。此外，锂金属和为有机化合物的BCP共蒸镀，使得锂金属和BCP之间的摩尔比以相同的方式为1∶1，从而形成厚度为10nm的第二层14。因此形成了包括导电层17、复合层13和第二层14的源和漏电极。之后，使用掩模通过真空蒸镀在源电极和漏电极之间形成二萘嵌苯四羧基二炔作为半导体层11，以制造该有机场效应晶体管。
图2B至2D的制造方法与上述制造方法基本上相似，区别在于制造顺序改变。然而，对于形成图2B和2D中的导电层17的情形，导电层是通过真空加热使用掩模蒸镀金而形成的，因为电极将形成于半导体层11上。
当对所制造的有机场效应晶体管施加栅极电压时测量漏极电流以获得电子场效应迁移率时，可以获得出色的n型的晶体管特性。与复合层或第二层未作为源和漏电极一部分的有机场效应晶体管相比，可以获得更好的晶体管特性。
对于制造其中与半导体层内载流子流动方向相反的边缘部分覆盖有复合层的有机场效应晶体管的情形，可以通过改变制造该复合层和第二层的掩模的形状来制造该有机场效应晶体管。
实施方式7
将参考图5A至5E，在下文描述有机场效应晶体管的制造方法，该晶体管中用于复合层的有机化合物与用于半导体层的有机半导体材料相同。由钨制成的栅电极15在基板16上形成为具有100nm的厚度，由二氧化硅(SiO2)制成的绝缘层12在其上形成为具有100nm的厚度作为绝缘膜，且由钨制成的导电材料17a和17b在其上形成为具有100nm的厚度。随后，在导电层17上，共蒸镀氧化钼(VI)和为芳族胺化合物的TPD，厚度为10nm，使得氧化钼和TPD摩尔比为1∶1，形成复合层13。因此形成了包括导电层17和复合层13的源和漏电极。之后，通过蒸镀在源电极和漏电极之间形成TPD作为半导体层11，以制造该有机场效应晶体管。用于半导体材料和复合层的有机化合物可以是在实施方式1中所述半导体层的材料的任意一种。例如，对于使用并五苯形成半导体层11的情形，并五苯用作被用于复合层的有机化合物。
对于具有本实施方式中这种结构的有机场效应晶体管，由于用于半导体层11的材料和用于复合层13的有机化合物材料相同，复合层13和半导体层11之间的粘附性进一步改善，且由于发生于半导体层和源电极或漏电极之间的剥离所引起的缺陷产生可以有效地减少。
注意，省略了有关制造方法的描述，因为其与实施方式1相同。
当在对所制造的有机场效应晶体管施加栅极电压时测量漏极电流以获得电子场效应迁移率时，可以获得出色的p型的晶体管特性。与复合层未作为源和漏电极一部分的有机场效应晶体管相比，可以获得更好的晶体管特性。
对于制造其中与导电层或半导体层内载流子流动方向相反的边缘部分覆盖有复合层的有机场效应晶体管的情形，可以通过改变制造该复合层的掩模的形状来制造该有机场效应晶体管。
实施方式8
将参照图7和图8A及8B描述使用了本发明的有机场效应晶体管的液晶装置。
图7示出了液晶装置的结构形式的俯视图。在本实施方式的液晶装置中，元件基板501和对置基板(counter substrate)502彼此附着，形成于元件基板501上的像素部分503被该对置基板和密封材料所密封。柔性印刷电路(FPC)505连接到提供于像素部分503外围内的外部连接部504，且来自外部的信号被输入。此外，驱动器电路和柔性印刷电路可以类似本实施方式分别提供，或者可以通过构造TCP等来提供，其中IC芯片安装在具有布线图案的FPC上。
像素部分503没有特别限制，例如，类似图8A或8B中的剖面视图，该像素部分具有液晶元件和用于驱动该液晶元件的晶体管。
图8A剖面视图所示的液晶装置具有形成于基板521上的栅电极、形成于栅极绝缘膜523上的栅极绝缘膜523、形成于栅极绝缘膜523上的半导体层524、形成于半导体层524上作为源电极或漏电极的复合层540和541、以及实施方式3的半导体器件。这里，提供复合层540和541作为源电极或漏电极，使得可以在半导体层524和源电极或漏电极之间平滑地输运载流子。此外，由于可以选择导电层525和526而不考虑其功函数，因此在选择材料时具有宽的选择范围。
像素元件包括夹在像素电极529和对置电极532之间的液晶层534。取向膜530和533分别提供在像素电极529和对置电极532的表面上，且取向膜530和533接触液晶层534。间隔物535分散在液晶层534内，并保持单元间隙。晶体管527覆盖有其中提供有接触孔的绝缘层528，且由导电材料形成的电极526以及像素电极529彼此电学连接。这里，对置电极532由对置基板531支撑。此外，在晶体管527中，栅极绝缘层523夹在半导体层524和栅电极522之间，且半导体层524和栅电极522部分交叠。
图8B中剖面视图所示的液晶装置具有包括晶体管557的元件基板551，该晶体管557中作为源电极或漏电极的电极(包括导电层554和555与复合层570和571)的至少一部分覆盖有半导体层556。
这里，提供复合层570和571作为源电极或漏电极，使得可以在半导体层556和源电极或漏电极之间平滑地输运载流子。此外，由于可以选择导电材料554和555而不考虑其功函数，因此在选择材料时具有宽的选择范围。
液晶元件包括夹在像素电极559和对置电极562之间的液晶层564。取向膜560和563分别提供在像素电极559和对置电极562的表面上，且取向膜560和563接触液晶层564。间隔物565分散在液晶层564内，并保持单元间隙。基板551上的晶体管557覆盖有其中提供有接触孔的绝缘层558a和558b，且包括导电层554和像素电极559的电极彼此电学连接。注意，覆盖晶体管的绝缘层可以为如图8B所示的绝缘层558a和绝缘层558b的多层，或者为如图8A所示由绝缘层528形成的单层。此外，覆盖晶体管的绝缘层可以是类似图8B所示的绝缘层558b的具有平坦化表面的层。这里，对置电极562由对置基板561支撑。此外，在晶体管557中，栅极绝缘层553夹在半导体层556和栅电极552之间，且半导体层556和栅电极552部分交叠。
液晶装置的结构没有特别限制，除了本实施方式中所示的模式外，其例如可以是这种结构，其中驱动器电路提供在元件基板上。
随后，将参考图9A和9B描述使用本发明的有机场效应晶体管的发光装置。通过将发光层616夹在像素电极609和公共电极611之间，形成了形成发光装置像素部分的发光元件617。通过提供在覆盖有机场效应晶体管615的层间绝缘膜608处的接触孔，像素电极609电学连接到为有机场效应晶体管615的电极的一部分的导电层607。该有机场效应晶体管的电极包括复合层604和导电材料606的叠层以及复合层605和导电材料607的叠层。使用实施方式1所述材料(例如并五苯)来提供半导体层603，半导体层603隔着栅极绝缘膜602与栅电极601部分交叠。栅电极601形成于基板600上，且有机场效应晶体管615的栅电极601与源和漏电极隔着栅极绝缘膜602和半导体层603彼此部分交叠。栅电极609的边缘覆盖有绝缘层610，发光层616形成为覆盖未被绝缘层610覆盖的部分。注意，钝化膜612形成为覆盖公共电极611，然而不一定要形成钝化膜。使用图中未示出的密封材料，将其上形成有这些元件的基板600与在像素部分外侧的对置基板614密封，且发光元件617与空气隔绝。对置基板614和基板600之间的空间613可以使用例如干燥氮气的惰性气体填充，或者可以通过在空间613内填充树脂等替代密封材料，来进行密封。
图9B为不同于图9A的发光装置的结构。通过将发光层638夹在像素电极630和公共电极632之间，形成了形成发光装置像素部分的发光元件637。通过提供在覆盖有机场效应晶体管636而形成的第一层间绝缘膜628和第二层间绝缘膜629处的接触孔，像素电极630电学连接到为有机场效应晶体管636的电极的一部分的导电层624。有机场效应晶体管636的电极包括复合层625和导电材料623的叠层以及复合层626和导电材料624的叠层。使用实施方式1所述材料(例如并五苯)来提供半导体层621，半导体层621隔着栅极绝缘膜622与栅电极619部分交叠。栅电极619形成于基板620上，且有机场效应晶体管636的栅电极619与源和漏电极隔着栅极绝缘膜622彼此部分交叠。栅电极630的边缘覆盖有绝缘层631，发光层638形成为覆盖未被绝缘层631覆盖的部分。注意，钝化膜612形成为覆盖公共电极632，然而不一定要形成钝化膜612。使用图中未示出的密封材料，将其上形成有这些元件的基板620与在像素部分外侧的对置基板635密封，于是发光元件617与空气隔绝。对置基板635和基板620之间的空间634可以使用例如干燥氮气的惰性气体填充，或者可以通过在空间634内填充树脂等替代该密封材料，来进行密封。
上述显示装置可以用作实施于电话机或者电视图像接收装置等中的显示装置，如图10A至10C所示。此外，该显示装置可以用在类似身份证的具有管理个人信息的功能的卡等中。
图10示出了电话机，其包括主体5552，该主体包括显示部分5551、声音输出部分5554、声音输入部分5555、操作开关5556和5557、天线5553等。该电话机具有良好的工作特性和高的可靠性。通过在显示部分内使用本发明的半导体器件，可以完成类似此的电话机。
图10B为通过应用本发明而制造的电视图像接收装置，其包括显示部分5531、框架5532、扬声器5533等。该电视图像接收装置具有良好的工作特性和高的可靠性。通过使用具有本发明发光元件的发光装置作为该显示部分，可以完成类似此的电视图像接收装置。
图10C为通过应用本发明而制造的ID卡，其包括基底5541、显示部分5542、实施于基底5541内的集成电路芯片5543等。此外，用于驱动显示部分5542的集成电路5544和5545也实施于基底5541内。该ID卡具有高的可靠性。例如，输入到集成电路5543或从其输出的信息显示在显示部分5542，且输入信息可以在显示部分5542得到校验。
实施例1
将在本实施例中具体地描述实施方式1所述的p型有机场效应晶体管制造示例。所制造的晶体管具有如图1B所示的底栅型和顶接触型结构。注意在下文中使用图1B。
首先，钨膜通过溅射方法在石英基板16上形成为具有100nm的厚度，栅电极15由此形成。随后，氮氧化硅膜通过CVD方法形成为具有100nm的厚度，进一步地，聚酰亚胺取向膜通过旋转涂敷方法形成为具有40nm的厚度，绝缘层12(栅极绝缘膜)由此形成。注意，聚酰亚胺取向膜具有增大半导体层11的润湿性的效果。
随后，通过真空蒸镀方法在绝缘层12上形成厚度为50nm的并五苯膜作为半导体层11。之后，DNTPD和三氧化钼通过具有开口部分的金属掩模被共蒸镀，复合层13a和13b由此形成。此外，使用相同的金属掩模，通过使用电阻加热的真空蒸镀形成厚度为100nm的铝膜作为导电材料17a和17b。注意，DNTPD和钼之间的比例调整为2∶1的质量比(＝DNTPD∶三氧化钼)。此外，该晶体管的沟道长度L和沟道宽度W都调整为200μm。
注意，上述复合层和导电材料在本实施例中用作源和漏电极。
对于如上所述制造的p型有机场效应晶体管，当施加-10V的电压时，测量栅极电压(Vg)-漏极电流(Id)特性，作为漏极电压。测量结果通过粗实线示于图11。如图11所示，示出了大的ON-OFF比(导通电流和截止电流之比)和有利的晶体管特性。
比较例
为了比较，制造了具有与上述实施例相似结构的晶体管，不同之处为上述实施方式的结构中的复合层13a和13b被除去。换言之，该比较例的晶体管具有铝直接接触半导体层11作为源和漏电极的结构。
对于该比较例的晶体管，当施加-10V的电压时，测量栅极电压(Vg)-漏极电流(Id)特性，作为漏极电压(Vg)。如图11所示，没有复合层的该比较例的晶体管具有小的ON-OFF比，且未起到晶体管的作用。

Claims (16)

1.一种半导体装置，包括：
基板上的有机场效应晶体管，所述有机场效应晶体管包括含有有机半导体材料的半导体层以及形成为接触所述半导体层的电极，
其中所述电极包括含有有机化合物和金属氧化物的复合层。
2.根据权利要求1的半导体装置，其中所述有机化合物为芳族胺化合物。
3.根据权利要求1的半导体装置，其中所述金属氧化物为过渡金属氧化物。
4.根据权利要求1的半导体装置，其中所述金属氧化物选自包括氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化铼、和氧化钌的组。
5.根据权利要求1的半导体装置，其中所述有机半导体材料为与所述有机化合物相同的材料。
6.根据权利要求1的半导体装置，其中所述有机场效应晶体管还包括第二层，该第二层包含选自包括碱金属、碱土金属、碱金属化合物、以及碱土金属化合物的组的材料，该第二层提供为接触所述复合层。
7.根据权利要求1的半导体装置，其中所述有机场效应晶体管还包括提供为接触所述复合层的导电层。
8.根据权利要求1的半导体装置，其中所述半导体装置结合到选自包括液晶显示装置、发光显示装置、移动电话机、电视机、和ID卡的组的电子装置中。
9.一种有机场效应晶体管，包括：
基板上的半导体层，所述半导体层包含有机半导体材料，以及形成为接触所述半导体层的电极，
其中所述电极包括含有有机化合物和金属氧化物的复合层。
10.根据权利要求9的半导体装置，其中所述有机化合物为芳族胺化合物。
11.根据权利要求9的半导体装置，其中所述金属氧化物为过渡金属氧化物。
12.根据权利要求9的半导体装置，其中所述金属氧化物选自包括氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化铼、和氧化钌的组。
13.根据权利要求9的有机场效应晶体管，其中所述有机半导体材料为与所述有机化合物相同的材料。
14.根据权利要求9的半导体装置，其中所述有机场效应晶体管还包括第二层，该第二层包含选自包括碱金属、碱土金属、碱金属化合物、以及碱土金属化合物的组的材料，该第二层提供为接触所述复合层。
15.根据权利要求9的半导体装置，其中所述有机场效应晶体管还包括提供为接触所述复合层的导电层。
16.根据权利要求9的半导体装置，其中所述半导体装置结合到选自包括液晶显示装置、发光显示装置、移动电话机、电视机、和ID卡的组的电子装置中。
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