CN102142520A - 薄膜晶体管及其制造方法和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及薄膜晶体管及其制造方法和电子装置。薄膜晶体管包括：有机半导体层；以及源电极和漏电极，源电极和漏电极彼此隔开并被设置为分别与有机半导体层重叠。有机半导体层包括：下部有机半导体层；以及上部有机半导体层，形成于下部有机半导体层之上，并具有高于下部有机半导体层的溶解性和导电性。下部有机半导体层从与源电极重叠的区域延伸到与漏电极重叠的区域，而上部有机半导体层被分别设置在与源电极重叠的区域和与漏电极重叠的区域的各区域中，以使得各上部有机半导体层彼此隔开。

Description

薄膜晶体管及其制造方法和电子装置

技术领域

本发明涉及一种具有有机半导体层的薄膜晶体管和制造该薄膜晶体管的方法，以及使用该薄膜晶体管的电子装置。

背景技术

近年来，已经在以显示装置为代表的许多电子装置中引入了有源矩阵驱动系统，而薄膜晶体管(TFT)被用作用来切换(像素选择)的元件。

图9示出了过去的沟道蚀刻型TFT的截面图。在该TFT中，半导体层103形成于栅电极101和栅极绝缘层102上，源电极104和漏电极105连接至半导体层103。源电极104和漏电极105彼此隔开且被设置为与半导体层103的上部部分重叠。

图9所示的区域R1～R3表示由半导体层103与源电极104以及漏电极105之间的位置关系所决定的区域。区域R1是半导体层103与源电极104重叠的区域，区域R2是半导体层103与漏电极105重叠的区域。此外，区域R3位于区域R1和R2之间，且该区域中的半导体层103与源电极104和漏电极105都不重叠。在下文中，区域R1～R3表示与此相同的含义。

作为沟道层的半导体层103是具有层叠结构，其中，上部半导体层103B形成在下部半导体层103A上。下部半导体层103A由非晶硅形成，并从区域R1经由区域R3延伸到区域R2。上部半导体层103B由n型掺杂的非晶硅形成，并设置在区域R1和R2上，以使得各上部半导体层103B彼此隔开。

当形成这样的半导体层103时，首先，形成下部半导体层103A和上部半导体层103B以从区域R1延伸到区域R2；然后形成源电极104和漏电极105。随后，通过使用源电极104和漏电极105作为掩膜，选择性蚀刻上部半导体层103B。结果，上部半导体层103B在区域R3中的部分被去除，因此，上部半导体层103B仅保留区域R1和R2中。

在这种沟道刻蚀型TFT中，n型掺杂的上部半导体层103B的电阻变得小于未掺杂的下部半导体层103A的电阻。结果，源电极104以及漏电极105与上部半导体层103B之间的接触电阻降低，从而，电荷在源电极104和漏电极105与半导体层103之间的进出变得容易。

顺便提及，最近使用有机半导体层作为沟道层的有机TFT受到了关注。在该有机TFT中，可以通过涂覆来形成沟道层，这可以降低成本。此外，能够在低于蒸镀等方法的温度下形成沟道层，因此，可以在低耐热性的柔性塑料膜等上实现有机TFT。

图10示出了过去的有机TFT的截面图。除了以有机半导体层203代替半导体层103之外，该有机TFT具有与图9所示的TFT相似的结构。具体地，有机半导体层203形成在栅电极201和栅极绝缘层202上，源电极204和漏电极205连接至有机半导体层203。该有机半导体层203具有单层结构，并从区域R1延伸到区域R2。

作为该有机TFT的结构，像过去的TFT那样，考虑诸如顶接触型、底接触型，顶栅型和底栅型的各种结构。首先，顶接触型是常用的，在顶接触型中，源电极和漏电极被设置为重叠在有机半导体层的上部部分上(例如，参考国际申请WO2007/055119)。

发明内容

为了利用有机TFT的优势从而使电子装置更薄、更柔韧，非常期望提高有机TFT的性能，尤其是迁移率和ON/OFF比。

因此，已经研究了将图9所示的沟道蚀刻型结构应用于有机TFT，但是由于沟道层是有机半导体层而导致这种尝试遇到了困难。这是因为，为了去除有机半导体，通常采用氧等离子体蚀刻去除有机物质，但是在这种蚀刻过程中，很难选择性地蚀刻有机半导体层(只是必要部分)。这种情况下，如果有机半导体层由两层形成且然后只蚀刻上层，则下层不会仅被少量蚀刻。结果，下层的厚度减小，同时，由于刻蚀时导致的损伤使得性能恶化。

鉴于此，期望提供能够提高薄膜晶体管的性能的薄膜晶体管、薄膜晶体管的制造方法以及一种电子装置。

根据本发明的实施方式，提供了一种薄膜晶体管，包括：有机半导体层；源电极和漏电极，彼此隔开并被设置为分别与有机半导体层重叠。该有机半导体层包括：下部有机半导体层；上部有机半导体层，形成在下部有机半导体层上，并具有高于下部有机半导体层的溶解性和导电性。下部有机半导体层从与源电极重叠的区域延伸到与漏电极重叠的区域，而上部有机半导体层被分别设置在与源电极重叠的区域和与漏电极重叠的区域的各区域中，以使得各上部有机半导体层彼此隔开。此外，根据本发明实施方式的电子装置包含上述薄膜晶体管。

根据本发明的实施方式，提供一种薄膜晶体管的制造方法，包括以下步骤：形成下部有机半导体层；以及在下部有机半导体层上形成上部有机半导体层，该上部有机半导体层具有高于下部有机半导体层的溶解性和导电性。该方法进一步包括：形成源电极和漏电极，该源电极和漏电极彼此隔开，且分别与上部有机半导体层重叠；以及通过使用源电极和漏电极作为掩膜，选择性地溶解上部有机半导体层。

根据本发明实施方式中的薄膜晶体管及其制造方法和电子装置，上部有机半导体层具有高于下部有机半导体层的溶解性和导电性。在这种情况下，即使未使用氧等离子体蚀刻，也可以通过使用溶剂(诸如有机溶剂)的简单的溶解处理来选择性地去除上部有机半导体层。因此，形成了从与源电极重叠的区域延伸到与漏电极重叠的区域的下部有机半导体层，而上部有机半导体层形成在与源电极重叠的区域和与漏电极重叠的区域的各区域中，从而使得上部有机半导体层彼此隔离。从而可以以高稳定性容易地制造设置有有机半导体层的沟道蚀刻型薄膜晶体管。从而提高了迁移率和ON-OFF比，进而提高了性能。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式中的薄膜晶体管的截面图；

图2是用于说明该薄膜晶体管制造方法的截面图；

图3是用于说明图2之后的处理的截面图；

图4是示出作为薄膜晶体管应用实例的液晶显示装置的主要部分的结构的截面图；

图5是示出图4所示的液晶显示装置的电路结构的示图；

图6是示出作为薄膜晶体管应用实例的有机电致发光(EL)显示装置的主要部分的结构的截面图；

图7是示出图6所示的有机EL显示装置的电路结构的示图；

图8是示出作为薄膜晶体管应用实例的电子纸显示装置的主要部分的结构的截面图；

图9是示出过去的薄膜晶体管结构的截面图；以及

图10是示出过去的有机薄膜晶体管结构的截面图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的具体实施方式，顺便提及，将以以下顺序进行描述。

1.薄膜晶体管(有机TFT)及其制造方法；

2.薄膜晶体管(有机TFT)的应用实例(电子装置)

2-1.液晶显示装置

2-2.有机EL显示装置

2-3.电子纸显示装置

<1.有机TFT及其制造方法>

[薄膜晶体管的整体结构]

图1示出了本发明一个实施方式中的作为薄膜晶体管的有机TFT的结构的截面图。

有机TFT是这样一种TFT，其中，有机半导体层3被设置为经由栅极绝缘层2面向栅电极1，源电极4和漏电极5被连接至有机半导体层3。源电极4和漏电极5彼此隔开(分开)并分别与有机半导体层3重叠。

此处所描述的有机TFT为顶接触底栅型，其中，栅电极1位于有机半导体层3下方，源电极4和漏电极5覆盖在有机半导体层3上。

栅电极1由例如一种或多种金属材料、无机导电材料、有机导电材料和碳素材料(carbon material)组成。金属材料例如为铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)或者包括上述任意金属的合金。无机导电材料例如为氧化铟(In₂O₃)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)或氧化锌(ZnO)。有机导电材料例如为聚乙烯二氧噻吩(polyethylene dioxythiophene，PEDOT)或聚苯乙烯磺酸钠(PSS)。碳素材料为石墨等。顺便提及，栅电极1可以由任意上述各种材料制成的两层或多层形成，随后将描述的栅极绝缘层2、有机半导体层3、源电极4和漏电极5也可以由类似这样的叠层形成。

栅极绝缘层2例如由一种或多种无机绝缘材料或有机绝缘材料形成。无机绝缘材料例如为氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钛(TiO₂)、氧化铪(HfOx)或钛酸钡(BaTiO₃)；有机绝缘材料为聚乙烯苯酚(polyvinyl phenol，PVP)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、光敏聚酰亚胺、光敏酚醛树脂、聚对二甲苯(poly-para-xylylene)等。

有机半导体层3具有层叠结构，其中上部有机半导体层3B形成在下部有机半导体层3A上。顺便提及，每个下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B可以是单层或多层。

下部有机半导体层3A从与源电极4重叠的区域R1延伸到与漏电极5重叠的区域R2，并由一种或多种有机半导体材料形成。这样的有机半导体材料为并苯(acene)、其衍生物等。该并苯为萘并萘(naphthacene)、并五苯(pentacene)、并六苯(hexacene)、并七苯(heptacene)、二苯并五苯(dibenzo pentacene)、四苯环并五苯(tetrabenzo pentacene)、芘(pyrene)、二苯并芘(dibenzopyrene)、屈(chrysene)、二萘嵌苯(perylene)、六苯并苯(coronene)、聚酯纤维(Terylene)、卵苯(间二蒽嵌四并苯，ovalene)、夸特锐烯(quaterrylene)、蒽环(循环蒽，circumanthracene)等。并苯的衍生物例如为这样的一种材料，其中，部分C被诸如氮(N)、硫(S)或氧(O)取代，或者为这样的一种材料，其中，基团被例如羰基的功能团部分取代。该衍生物的具体实例包括三苯二恶嗪(triphenodioxazine)、三苯二噻嗪(triphenodithiazine)、并六苯-6，15-醌(hexacene-6，15-quinone)。此外，有机半导体材料例如为蒽并二噻吩(anthradithiophene)、二萘酚[2，3-b:2’，3’-f]噻吩骈[3，2-b]噻吩骈并苯(dinaphto[2，3-b:2’，3’-f]thieno[3，2-b]thienophen)、诸如2，9-二苯基-PXX(2，9-diphenyl-peri-xanthenoxanthene)或者2，9-二萘基-PXX(2，9-dinaphthyl-peri-xanthenoxanthene)或铜酞菁(copper phthalocyanine)等的PXX(peri-xanthenoxanthene)化合物。

上部有机半导体层3B分别设置在与源电极4重叠的区域R1和与漏电极5重叠的区域R2中，从而各上部有机半导体层3B彼此隔开。上部有机半导体层3B具有比下部有机半导体层3A更高的溶解性和导电性。

上述溶解性是指在例如有机溶剂的溶液中的溶解性。此外，“高溶解性”是指当下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B接触溶剂时，具有上部有机半导体层3B被溶解(去除)而下部有机半导体层3A没有被溶解(保持原样)的溶解选择性。选择下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B(有机半导体材料的组合)的材料以获得上述溶解选择性。

上部有机半导体层3B是由一种或多种掺杂而达到低电阻的有机半导体材料形成。掺杂前的该有机半导体材料层(主材料)例如为α-四噻吩(α-quaterthiophene)，聚β-己噻吩(poly-(β-hexylthiophene))，或聚(2，5-二(3-十二烷基-5-(3-十二烷基噻吩-2-基)噻吩-2-基)噻唑并[5，4-d]噻唑(poly(2，5-bis(3-dodecyl-5-(3-dodecylthiophene-2-yl)thiophene-2-yl)thiazolo[5，4-d]thiazole)。掺杂材料例如为电荷输运复合物(charge-transfer complex)(诸如，四氰基对醌二甲烷(tetracyano quinodimethane(TCNQ))，或四氟-TCNQ(F4-TCNQ))，其为p型掺杂材料。期望上层有机半导体层3B的电离电位小于下部有机半导体层3A的电离电位。这是因为这使得电荷容易在有机半导体层3中移动。

首先，期望形成上部有机半导体层3B的材料(主要材料)是这样的材料，其中引入了使形成下部有机半导体层3A的材料(形成下部有机半导体层3A的材料的衍生物)具有一定溶解性的取代基。这是因为当无取代基的材料的溶解性足够低时，对于具有取代基的材料来说溶解性差异很大，从而可以获得足够的选择性。

例如，形成下部有机半导体层3A的材料为如化学式(1)所示的并五苯，形成上部有机半导体层3B的材料(主要材料)是如化学式(2)所示的并五苯的衍生物。化学式(2)中所示的“i-Pr”表示异丙基。该衍生物是将两个三异丙基甲硅烷基乙炔基(TIPS)作为侧链引入并五苯而形成的材料。顺便提及，TIPS的引入位置和数量并不限于化学式(2)所示的情况，可自由地变形。

化学式(1)

化学式(2)

这里，作为上述溶剂，有二氯甲烷、萘满(Tetralin)、二甲苯等。在这种情况下，并五苯在上述溶剂中的溶解性几乎为零，并五苯很难溶解，然而该衍生物在上述溶剂中的溶解性比并五苯高出很多，该衍生物很容易溶解。考虑到衍生物为可溶时，并五苯和衍生物均可通过使用真空沉积等形成，从而并五苯和衍生物的组合也是期望的。

源电极4和漏电极5例如均由与上述栅电极1相同的材料形成，且期望与有机半导体层3形成欧姆接触。

顺便提及，有机TFT可以包含上述组件之外的其他组件。作为其他组件，例如为支撑有机TFT的基板。该基板可以是由玻璃、塑性材料、金属材料等制成的基板，或者可以是由塑性材料、金属材料等制成的薄膜，或者可以是纸板(普通的纸)。塑性材料为聚醚砜(polyethersulfone，PES)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚萘二甲酸(PEN)、聚乙烯醚酮(PEEK)等。金属材料为铝、镍、不锈钢等。顺便提及，基板的表面上可设置各种层，诸如保证粘接性的缓冲层，防止气体放出的气体阻挡层。

[制造有机TFT的方法]

以如下步骤制造有机TFT。图2和图3用于说明有机TFT的制造方法，并示出了对应于图1的截面结构。由于上面已描述了构成一系列组件的材料，下面将省略其描述。顺便提及，此处所述的有机TFT的制造方法只是作为实例，形成各组件的材料和形成方法都可以适当地改变。

首先，如图2所示，形成栅电极1。在这种情况下，例如，在形成金属材料层之后，在金属材料层上形成诸如抗蚀图案的掩膜(未示出)。然后，在使用掩膜蚀刻金属材料层之后，通过灰化、蚀刻等去除用过的掩膜。形成金属材料层的方法为真空成膜、涂覆、电镀等。真空成膜为真空沉积、闪蒸(flash evaporation)、溅射、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)、弧光放电方法等。涂覆为旋涂、狭缝式涂覆(slit coating)、棒式涂覆(bar coating)、喷涂等。电镀为电解电镀、化学电镀等。当形成抗蚀图案时，在通过涂覆光刻胶形成光刻胶膜之后，通过光刻、激光描画、电子束印刷、X射线描画等将光刻胶膜图案化。然而，抗蚀图案还可以通过抗蚀转移等形成。蚀刻金属材料层的方法例如可以是干法蚀刻，或者使用蚀刻溶液的湿法蚀刻，干法蚀刻例如为离子研磨或反应离子蚀刻(RIE)。去除掩膜的蚀刻是类似的。顺便提及，形成栅电极1的方法例如可以是印刷法，例如喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷或凹版胶印(gravure offset printing)。此外，除抗蚀图案之外，可以通过激光消融法、掩膜真空沉积、激光转移等形成金属图案来作为掩膜。当然，可用无机导电材料层、有机导电材料层、碳素材料层等代替金属材料层来形成栅电极1。

接下来，形成栅极绝缘层2以覆盖栅电极1。栅极绝缘层2的形成步骤根据形成材料而不同。当采用无机绝缘材料时，除了涂覆可以采用溶胶-凝胶法等之外，形成步骤与形成栅电极1的情况相似。当采用有机绝缘材料时，除了可以通过使用光刻法图案化光敏材料之外，形成步骤与形成栅电极1的情况相似。

接下来，在栅极绝缘层2上，将由化学式(1)所示的并五苯形成的下部有机半导体层3A图案化。在这种情况下，采用与形成栅电极1的情况相似的步骤。具体地，在形成下部有机半导体层3A以覆盖栅极绝缘层2之后，采用光刻法蚀刻下部有机半导体层3A。

接下来，在下部有机半导体层3A上，将通过使用化学式(2)所示的并五苯的衍生物等以及掺杂材料形成的上部有机半导体层3B图案化。在这种情况下，步骤和形成方法与形成下部有机半导体层3A的情况相似，上部有机半导体层3B被形成为从区域R1延伸到区域R2。

顺便提及，代替分别图案化下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B，可以将它们同时图案化。在这种情况下，在层叠下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B以覆盖栅极绝缘层2的表面之后，可以通过使用光刻法、激光消融法等同时图案化下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B。

在形成下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B时，期望对两层都采用例如真空成膜(诸如，真空沉积或溅射)。这是因为，在真空环境中，上部有机半导体层3B设置在下部有机半导体层3A上，因此，不太可能将外来物质混入到这两层之间的界面中，从而避免了损伤。此时，主材料和掺杂材料可一起蒸镀。

接下来，形成电极层6以覆盖下部有机半导体层3A、上部有机半导体层3B和栅极绝缘层2的周围。电极层6是形成源电极4和漏电极5的预备层，作为其形成材料，使用与源电极4和漏电极5相同的材料。形成电极层6的方法例如与形成栅电极1的情况相似，并且特别期望对下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B几乎没有损伤的方法。

接下来，选择性地蚀刻电极层6，如图3所示，形成源电极4和漏电极5。在这种情况下，采用了与形成栅电极1的情况相似的步骤。具体地，在电极层6上形成抗蚀图案之后，通过使用抗蚀图案作为掩膜来蚀刻电极层6。具体地，作为蚀刻电极层6的方法，期望采用对下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B几乎没有损伤的湿法蚀刻等。在这种情况下，使得上部有机半导体层3B在蚀刻溶液中的溶解性小到可以忽略的程度。

最后，使用源电极4和漏电极5作为掩膜，用溶剂选择性溶解上部有机半导体层3B。根据下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B的组成材料(与两种材料的溶解性相关的选择性)，可以自由选择这种溶剂的种类。结果，如图1所示，去除了部分上部有机半导体层3B(位于区域R3中的部分)，上部有机半导体层3B仅保留区域R1和R2中。在这种情况下，尽管下部有机半导体层3A暴露在上部有机半导体层3B已经溶解的区域上，但根据选择性，下部有机半导体层3A几乎不溶解。这样就完成了有机TFT。

[关于有机TFT及其制造方法的操作和效果]

根据上述有机TFT及其制造方法，上部有机半导体层3B的溶解性和导电性均高于下部有机半导体层3A。在这种情况下，即使未使用氧等离子体蚀刻，也可以通过采用溶剂(诸如，有机溶剂)的简单的溶解处理来选择性地去除上部有机半导体层3B。除此之外，通过设置下部有机半导体层3A和上部有机半导体层3B的溶解性从而来获得足够的选择性，使得仅上部有机半导体层3B溶解，而下部有机半导体层3A几乎不溶解。结果，形成了从区域R1延伸到区域R2的下部有机半导体层3A，形成了上部有机半导体层3B，使得在区域R1和R2上的上部有机半导体层3B彼此隔开，从而以高稳定性容易地形成了具有无机半导体层3的沟道蚀刻型有机TFT。因此，迁移率和ON-OFF比提高，从而性能增强。

<2.有机TFT的应用实例(电子装置)>

下面将描述上述有机TFT的应用实例。例如，该有机TFT对一些电子装置是可用的，下面将顺序描述。

<2-1.液晶显示装置>

例如，将有机TFT应用于液晶显示装置。

图4和图5分别示出了液晶显示装置主要部分的截面结构和电路结构。顺便提及，下面描述的装置结构(图4)和电路结构(图5)仅作为一个实例，可以进行适当的修改。

此处所述的液晶显示装置，例如，可以是使用有机TFT的有源矩阵驱动系统中的透射型液晶显示器(transmissive liquid crystal display)，有机TFT用作切换(像素选择)元件。在该液晶显示装置中，如图4所示，液晶层41被封装在驱动板20和相对板30之间。

驱动板20例如是这样一种板，其中，有机TFT 22、平坦化介电层23和像素电极24依次形成在支撑板21的一个侧表面，多个有机TFT 22和像素电极24以矩阵形式设置。然而，包含在一个像素中的有机TFT 22的数量可以是一个或一个以上。图4和5作为实例示出了一个有机TFT包含在一个像素中的情况。

支撑板21例如由玻璃或塑性材料等透射型材料形成，有机TFT 22具有与前面所描述的有机TFT相似的结构。塑性材料的类型例如与上述用于有机TFT的情况相似，这也适用于以下将要描述的出现这种场合的情况。平坦化介电层23例如由绝缘树脂材料(诸如，聚酰亚胺)形成，像素电极24例如由透射型导电材料(诸如，ITO)形成。顺便提及，像素电极24经由设置在平坦化介电层23中的接触孔(未示出)连接到有机TFT22。

相对板30是这样的一种板，其中，相对电极32形成在支撑板31一侧的整个表面上。支撑板31例如由玻璃或塑性材料等透射型材料形成，相对电极32例如由导电材料(诸如，ITO)形成。

驱动板20和相对板30被设置为使得像素电极24和相对电极32彼此相对，液晶层41介于它们之间，并且由封装剂40将它们接合在一起。液晶层41中包含的液晶分子类型可自由选择。

此外，液晶显示装置也可以包含其他组件，例如相位差板、偏振片(polarizing plate)、配向膜和背光单元(均未示出)。

如图5所示，用来驱动液晶显示装置的电路包括有机TFT 22、液晶显示元件44(为包括像素电极24、相对电极32和液晶层41的元件部)和电容器45。在该电路中，沿行方向设置多条信号线42，沿列方向设置多条扫描线43，在信号线和扫描线的每个交叉点处设置有机TFT 22、液晶显示元件44和电容器45。有机TFT 22中的源电极、栅电极和漏电极的连接位置并不限于图5所示情况，可自由设置。信号线42和扫描线43被分别连接至均未示出的信号线驱动电路(数据驱动器)和扫描线驱动电路(扫描驱动器)。

在该液晶显示装置中，当通过有机TFT 22选择液晶显示元件44时，电场施加在像素电极24和相对电极32之间，液晶层41中的液晶分子的配向状态根据其电场强度而改变。结果，根据液晶分子的配向状态控制了光透射的量(透射率)，从而显示了色调图像。

根据该液晶显示装置，有机TFT 22具有与前述有机TFT相似的结构，因此，提高了迁移率和ON-OFF比，从而提高了显示器性能。顺便提及，液晶显示装置并不限于透射型，也可以是反射型。

<2-2.有机EL显示装置>

例如，将有机TFT应用于有机EL显示装置。图6和图7分别示出了有机EL显示装置的主要部分的截面结构和电路结构。顺便提及，下面描述的装置结构(图6)和电路结构(图7)仅是一个实例，可进行适当的变形。

此处所述的有机EL显示装置，例如，为使用有机TFT作为切换元件的有源矩阵驱动系统中的有机EL显示器。该有机EL显示装置被构造为驱动板50和相对板60通过粘接层70接合在一起，并且例如为经由相对板60发光的顶发射型。

在驱动板50中，有机TFT 52、保护层53、平坦化介电层54、像素隔离绝缘层55、像素电极56、有机层57、相对电极58和保护层59依次形成在支撑板51的一侧表面上。多个有机TFT 52、像素电极56和有机层57以矩阵设置。然而，包含在一个像素中的有机TFT 52的数量可以是一个或一个以上。图6和图7作为实例示出了两个有机TFT 52(选择TFT 52A和驱动TFT 52B)包含在一个像素中的情况。

支撑板51由玻璃和塑性材料等形成。在顶发射型中，光从相对板60发出，因此，支撑板51可由透射型材料或非透射型材料形成。有机TFT 52具有与前述有机TFT相似的结构，保护层53例如由聚合材料(诸如，聚醋酸乙烯醇(poly-vinyl alcohol，PVA)或聚对二甲苯(poly-para-xylylene))形成。平坦化介电层54和像素隔离绝缘层55例如由绝缘树脂材料(诸如聚酰亚胺)形成。为了简化形成工艺并能够形成所需的形状，期望像素隔离绝缘层55由能够通过光图案化、回流等模制的光敏树脂材料形成。顺便提及，在通过保护层53能获得足够的平坦度时，可省略平坦化介电层54。

像素电极56例如由反射型材料(诸如，铝、银、钛或铬)形成；相对电极58例如由透射型导电材料(诸如，ITO或IZO)形成。然而，相对电极58例如也可由透射型金属材料(诸如，钙(Ca)或其合金)或透射型有机导电材料(诸如，PEDOT)形成。有机层57包括发出红、绿、蓝光的发光层，并且具有包括空穴传输层、电子传输层等所需层的层叠结构。可以根据发出的光的颜色自由选择形成发光层的材料。像素电极56和有机层57以矩阵设置，同时被像素隔离绝缘层55隔离开，而相对电极58连续延伸，同时经由有机层57与像素电极56相对。保护层59例如由光透射型介电材料(诸如，氧化硅(SiOx)、氧化铝(AlOx)、氮化硅(SiN)、聚对二甲苯或聚氨脂(urethane))形成。顺便提及，像素电极56经由设置在保护层53和平坦化介电层54中的接触孔(未示出)连接至有机TFT52。

相对板60例如是这样的一种板，其中，滤色器62设置在支撑板61的一个表面上。支撑板61例如由透射型材料(诸如，玻璃、塑性材料等)形成，滤色器62具有对应于由有机层57产生的光的颜色的多个颜色区域。然而，可以省略滤色器62。

粘接层70是诸如热硬化树脂的粘合剂。

如图7所示，用来驱动有机EL显示装置的电路例如包括有机TFT 52(选择TFT 52A和驱动TFT 52B)和有机EL显示元件73(为包括像素电极56、有机层57和相对电极58的元件部)以及电容器74。在该电路中，在多个信号线71和扫描线72的每个交叉点处，设置了有机TFT 52、有机EL显示元件73和电容器74。在每个选择TFT 52A和驱动TFT 52B中，源电极、栅电极和漏电极的连接位置并不限于图7所示的情况，可自由地设置。

在该EL显示装置中，当通过选择TFT 52A选择有机EL显示元件73时，该有机EL显示元件73被驱动TFT 52B驱动。因此，当电场施加在像素电极56和相对电极58之间时，有机层57会发出光。在这种情况下，在相邻的三个有机EL显示元件73的每一个中将产生红、绿、蓝光。这些光的合成光将经由相对板60发射到外部，从而显示了色调图像。

根据有机EL显示装置，有机TFT 52具有与前述有机TFT相似的结构，因此，其显示性能像上述液晶显示装置一样被提高。

顺便提及，有机EL显示装置并不限于顶发射型，而可以是经由驱动板50发光的底发射型，或者是经由驱动板50和相对板60发光的双发射型。在这种情况下，对于像素电极56和相对电极58，在光发出一侧的电极由透射型材料形成，在不发出光的一侧的电极由反射型材料形成。

<2-3.电子纸显示装置>

例如，将有机TFT应用于电子纸显示装置。图8示出了电子纸显示装置的截面结构。顺便提及，下面参照图5描述的装置结构(图8)和电路结构仅表示一个实例，可以进行适当的修改。

此处所描述的电子纸显示装置例如是使用有机TFT作为切换元件的有源矩阵驱动系统中的电子纸显示器。该电子纸显示装置例如是这样的一种装置，其中，驱动板80和包括多个电泳元件93的相对板90通过粘接层100接合在一起。

驱动板80例如是这样一种板，其中，有机TFT 82、保护层83、平坦化介电层84和像素电极85依次形成于支撑板81的一个表面上，多个有机TFT 82和像素电极85以矩阵形式设置。支撑板81由玻璃、塑性材料等形成，有机TFT 82具有与前述有机TFT相似的结构。保护层83和平坦化介电层84例如由绝缘树脂材料(诸如，聚酰亚胺)形成，像素电极85例如由金属材料(诸如，银(Ag))形成。顺便提及，像素电极85经由设置在保护层83和平坦化介电层84中的接触孔(未示出)连接至有机TFT82。当通过保护层83能获得足够的平坦度时，可以省略平坦化介电层84。

在相对板90中，相对电极92和包含多个电泳元件93的层依次形成在支撑板91的一个表面上，且相对电极92形成在整个该表面上。支撑板91例如由透射型材料(诸如，玻璃或塑性材料)形成，相对电极92例如由透射型导电材料(诸如，ITO)形成。电泳元件93例如为这样一种元件，其中，荷电粒子分散在绝缘液体中，并封装在微囊中。荷电粒子例如包括为石墨微细颗粒的黑色粒子和为氧化钛微细颗粒的白色粒子。

此外，电子纸显示装置还可包括例如滤色器的其他组件(未示出)。

用来驱动电子纸显示装置的电路结构具有与图5中所示的液晶显示装置中的电路相似的结构。电子纸显示装置的电路包括分别代替液晶显示装置中的有机TFT 22和液晶显示元件44的有机TFT 82和电子纸显示元件(包括像素电极85、相对电极92和电泳元件93的元件部)。

在该电子纸显示装置中，当有机TFT 82选择电子纸显示元件时，电场施加在其像素电极85和相对电极92之间，根据电场，电泳元件93中的黑色或白色粒子被吸引到相对电极92。结果，由黑色粒子和白色粒子表现出对比度，从而显示色调图像。

根据该电子纸显示装置，有机TFT 82具有与前述有机TFT相似的结构，因此，可以像液晶显示装置那样来提高显示性能。

至此，已经通过利用实施方式描述了本发明，但本发明并不限于上述实施方式中所描述的特征，而可以进行各种变形。例如，本发明中薄膜晶体管的结构并不限于顶接触底栅型，也可以是顶接触顶栅型。在这种情况下，同样可以以高稳定性容易地制造设置有有机半导体层(下部有机半导体层和上部有机半导体层)的沟道刻蚀型有机TFT，所以能取得与顶接触底栅型相似的技术效果。

此外，例如，本发明中的薄膜晶体管应用的电子装置并不限于液晶显示装置、有机EL显示装置或电子纸显示装置，也可以是其他显示装置。例如，作为这样的显示装置中的一种，存在MEMS(微机电系统)显示单元。在这种情况下，同样也可以提高显示性能。

此外，例如，本发明的薄膜晶体管可以应用于显示装置之外的其他电子装置。例如，作为这样的电子装置中的一种，存在读出矩阵(sensormatrix)或存储单元。在这种情况下，同样提高了薄膜晶体管的迁移率和ON-OFF比，从而提高了性能。

本申请包含于2010年2月3日在日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-022161中所公开的相关主题，其全部内容结合于此作为参考。

本领域技术人员应当理解的是，根据设计需要和其他因素，可以进行各种变形、组合、子组合和修改，只要它们在附加的权利要求或其等同替换的范围内。

Claims (6)

1.一种薄膜晶体管，包括：

有机半导体层；以及

源电极和漏电极，彼此隔开并被设置为分别与所述有机半导体层重叠，

其中，所述有机半导体层包括：

下部有机半导体层，以及

上部有机半导体层，形成在所述下部有机半导体层上，并具有高于所述下部有机半导体层的溶解性和导电性，以及

所述下部有机半导体层从与所述源电极重叠的区域延伸到与所述漏电极重叠的区域，而所述上部有机半导体层被分别设置在与所述源电极重叠的区域和与所述漏电极重叠的区域的各区域中，以使得各上部有机半导体层彼此隔开。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述上部有机半导体层的电离电位小于所述下部有机半导体层的电离电位。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述上部有机半导体层包含引入了取代基的材料，所述取代基用于向形成所述下部有机半导体层的材料赋予溶解性。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述上部有机半导体层包含用来减小电阻的掺杂材料。

5.一种制造薄膜晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：

形成下部有机半导体层；

在所述下部有机半导体层上形成上部有机半导体层，所述上部有机半导体层具有高于所述下部有机半导体层的溶解性和导电性；

形成源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极彼此隔开，且分别与所述上部有机半导体层重叠；以及

通过使用所述源电极和所述漏电极作为掩膜，选择性地溶解所述上部有机半导体层。

6.一种电子装置，包括：

薄膜晶体管，包括

有机半导体层，以及

源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极彼此隔开，且被设置为分别与所述有机半导体层重叠，

其中，所述有机半导体层包括：

下部有机半导体层，以及

上部有机半导体层，所述上部有机半导体层形成在所述下部有机半导体层上，并具有高于所述下部有机半导体层的溶解性和导电性，以及

所述下部有机半导体层从与所述源电极重叠的区域延伸到与所述漏电极重叠的区域，而所述上部有机半导体层被分别设置在与所述源电极重叠的区域和与所述漏电极重叠的区域的各区域中，以使得各上部有机半导体层彼此隔开。

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