半导体器件及其制造方法转让专利
申请号 : CN200510116089.9
文献号 : CN1780015B
文献日 : 2010-11-03
发明人 : 古川忍
申请人 : 株式会社半导体能源研究所
摘要 :
本发明提供了一种方法，在制造具有分子取向的有机半导体中，该方法能够通过摩擦使有机半导体层中的分子定向，从而使有机半导体层中的分子定向而不损坏有机半导体层，并且该方法通过摩擦栅极绝缘膜使有机半导体层中的分子定向，而不损失栅极绝缘膜与有机半导体层之间界面的平坦性。本发明的一个特征是，在制造半导体器件中，通过将具有定向膜的第二衬底提供给具有栅极电极、栅极绝缘层、源极电极、漏极电极和有机半导体层的第一衬底使得定向膜与有机半导体层接触，然后加热，在加热之后快速或慢速冷却，从而高度定向有机半导体层中的分子。
权利要求 :
1.一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在第一衬底上形成包含有机半导体膜的半导体元件；
在第二衬底上形成定向膜；
使所述定向膜至少部分地与所述有机半导体膜接触；
压缩并加热所述有机半导体膜和所述定向膜，或者加热并熔化所述有机半导体膜；以及在所述压缩并加热或者所述加热并熔化之后快速冷却所述有机半导体膜，其中所述定向膜选自于由通过摩擦方法处理的膜、使用SiO的倾斜淀积膜、具有其上的大分子链被伸展的表面的膜、通过包括硅烷化合物的表面活性剂处理的膜、和通过偏振的紫外光辐射的膜所构成的组中的一种。
2.如权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中所述半导体元件进一步包括：
在所述第一衬底上的栅极电极；
在所述栅极电极上的绝缘体；以及
在所述绝缘体上的源极电极和漏极电极，并且其中所述有机半导体膜形成在所述源极电极和所述漏极电极上。
3.如权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中所述半导体元件进一步包括：
在所述第一衬底上的栅极电极；
在所述栅极电极上的绝缘体；以及
源极电极和漏极电极，
其中所述有机半导体膜形成在绝缘体上，并且其中所述源极电极和所述漏极电极形成在所述有机半导体膜上。
4.如权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中所述有机半导体膜包括选自于由聚噻吩、聚对苯撑乙烯基、并五苯和酞菁染料构成的组中的一种。
5.一种用于制造包括权利要求1所述的半导体器件的电子设备的方法，其中电子设备选自于由电视接收机、视频摄像机、移动式计算机、使用其中记录了节目的记录介质的播放器、数码相机和便携式电话所构成的组中的一种。
6.一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在第一衬底的第一表面上形成栅极电极、绝缘层、源极电极和漏极电极；
在第二衬底的第二表面上形成定向膜；
通过密封部件将所述第二衬底连接到所述第一衬底，其中所述第一表面面向所述第二表面；
在定位所述第一衬底和所述第二衬底之后，注入有机半导体材料以填充由所述密封部件、所述第一表面和所述第二表面围成的空间；
在注入之后加热所述有机半导体材料；以及在加热之后快速冷却所述有机半导体材料，其中所述定向膜选自于由通过摩擦方法处理的膜、使用SiO的倾斜淀积膜、具有其上的大分子链被伸展的表面的膜、通过包括硅烷化合物的表面活性剂处理的膜、和通过偏振的紫外光辐射的膜所构成的组中的一种。
7.如权利要求6所述的制造半导体器件的方法，其中所述栅极电极形成在所述第一衬底的第一表面上，其中所述绝缘层形成在所述栅极电极上，以及其中所述源极电极和所述漏极电极形成在所述绝缘层上。
8.如权利要求6所述的制造半导体器件的方法，其中所述有机半导体材料包括选自于由聚噻吩、聚对苯撑乙烯基、并五苯和酞菁染料构成的组中的一种。
9.一种用于制造包括权利要求6所述的半导体器件的电子设备的方法，其中电子设备选自于由电视接收机、视频摄像机、移动式计算机、使用其中记录了节目的记录介质的播放器、数码相机和便携式电话所构成的组中的一种。
10.一种半导体器件，包括：
具有绝缘表面的第一衬底；
在所述第一衬底上的第一导电膜；
在所述第一导电膜上的绝缘膜；
在所述绝缘膜上的一对第二导电膜；
在所述一对第二导电膜上的有机半导体膜；
在所述有机半导体膜上并至少部分与其接触的定向膜；以及在所述定向膜上的第二衬底，
其中所述有机半导体膜中的分子被所述定向膜定向，其中所述定向膜选自于由通过摩擦方法处理的膜、使用SiO的倾斜淀积膜、具有其上的大分子链被伸展的表面的膜、通过包括硅烷化合物的表面活性剂处理的膜、和通过偏振的紫外光辐射的膜所构成的组中的一种。
11.如权利要求10所述的半导体器件，其中所述有机半导体膜包括选自于由聚噻吩、聚对苯撑乙烯基、并五苯和酞菁染料所构成的组中的一种。
12.一种包括权利要求10所述的半导体器件的电子设备，其中电子设备选自于由电视接收机、视频摄像机、移动式计算机、使用其中记录了节目的记录介质的播放器、数码相机和便携式电话所构成的组中的一种。
13.一种半导体器件，包括：
具有绝缘表面的第一衬底；
在所述第一衬底上的第一导电膜；
在所述第一导电膜上的绝缘膜；
在所述绝缘膜上的有机半导体膜；
在所述有机半导体膜上的一对第二导电膜；
在所述有机半导体膜上并至少部分与其接触的定向膜；以及在所述定向膜上的第二衬底，
其中所述定向膜的至少一部分设置在所述一对第二导电膜之间，并且其中所述有机半导体膜中的分子被所述定向膜定向，其中所述定向膜选自于由通过摩擦方法处理的膜、使用SiO的倾斜淀积膜、具有其上的大分子链被伸展的表面的膜、通过包括硅烷化合物的表面活性剂处理的膜、和通过偏振的紫外光辐射的膜所构成的组中的一种。
14.如权利要求13所述的半导体器件，其中所述有机半导体膜包括选自于由聚噻吩、聚对苯撑乙烯基、并五苯和酞菁染料所构成的组中的一种。
15.一种包括权利要求13所述的半导体器件的电子设备，其中电子设备选自于由电视接收机、视频摄像机、移动式计算机、使用其中记录了节目的记录介质的播放器、数码相机和便携式电话所构成的组中的一种。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种使用有机半导体来制造半导体器件的方法。
背景技术
目前，有机半导体有效的功能性吸引了人们的注意，并且使用有机半导体的半导体元件被广泛研究。在材料设计的能力方面，有机半导体增加的功能性具有无限的可能性，并且由于利用有机材料作为半导体所带来的优点是不可估量的。
但是，与使用无机半导体的半导体元件相比，使用有机半导体的半导体元件通常具有低的载流子迁移率；因此，进一步增加有机半导体元件的载流子迁移率是将有机半导体用于半导体元件的任务之一。
有机半导体的基本结构单元是分子，主要是由分子间的力来形成有机半导体的聚集结构。因此，有机半导体的膜质量(无定形的、多晶的、或单晶的)、分子序列、或分子定向取决于分子的具体形状(球形、平面形、直链形等)、形成膜的方法或衬底。
已知在使用有机半导体形成薄膜的情况下，按照分子的形状特别是在衬底的限制下，分子被垂直或平行于衬底定向。
在例如并五苯的π-共轭系直链分子的情况下，由于在堆叠方向上π电子相互作用很强，所以载流子容易流动，在堆叠方向上分子的方位是彼此面对面。因此，在π-共轭系直链分子被垂直定向的情况下，载流子在垂直于分子长轴的方向上流动。在采用例如有机场效应晶体管的水平结构的情况下，可以理解的是在并五苯的分子定向被垂直定向时，提高了载流子迁移率。
能够通过控制半导体元件的分子序列并使分子定向以提高有机半导体层中的载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)，来提高使用有机半导体的半导体元件的载流子迁移率(例如，参见专利文献1：日本专利公开No.H9-232589)。
摩擦(rubbing)方法可以作为用于控制有机半导体的分子定向的方法。摩擦方法是利用具有长绒毛的布等在一个方向上直接摩擦有机半导体层或衬底上的定向膜来获得有机半导体层的分子定向能力的方法。因此，能够在短时间内进行大尺寸衬底的定向处理，并且能够在整个表面获得分子的均匀平面内定向(单轴定向)。
通过使用其中的分子被用于半导体元件的摩擦方法定向的有机半导体层，能够形成预期的分子定向并且能够提高载流子迁移率。但是，在对将被用于半导体元件的有机半导体层执行摩擦处理的情况中会出现一些问题。
作为其中一个问题，由于有机半导体材料特别柔软，所以摩擦形成沟道的有机半导体层在物理上破坏了形成沟道的有机半导体层，其导致了OFF电流增加或由于栅极绝缘膜的击穿而发生栅极漏电流的问题。其次，在摩擦栅极绝缘膜以定向在栅极绝缘膜上堆叠的有机半导体中的分子的情况下，通过在栅极绝缘膜的表面上执行摩擦处理形成了微小的凹槽结构；因此，在形成沟道的有机半导体与栅极绝缘膜之间的界面中不能获得平坦表面，其导致了很难充分提高载流子迁移率的问题。
但是，与使用无机半导体的半导体元件相比，使用有机半导体的半导体元件通常具有低的载流子迁移率；因此，进一步增加有机半导体元件的载流子迁移率是将有机半导体用于半导体元件的任务之一。
有机半导体的基本结构单元是分子，主要是由分子间的力来形成有机半导体的聚集结构。因此，有机半导体的膜质量(无定形的、多晶的、或单晶的)、分子序列、或分子定向取决于分子的具体形状(球形、平面形、直链形等)、形成膜的方法或衬底。
已知在使用有机半导体形成薄膜的情况下，按照分子的形状特别是在衬底的限制下，分子被垂直或平行于衬底定向。
在例如并五苯的π-共轭系直链分子的情况下，由于在堆叠方向上π电子相互作用很强，所以载流子容易流动，在堆叠方向上分子的方位是彼此面对面。因此，在π-共轭系直链分子被垂直定向的情况下，载流子在垂直于分子长轴的方向上流动。在采用例如有机场效应晶体管的水平结构的情况下，可以理解的是在并五苯的分子定向被垂直定向时，提高了载流子迁移率。
能够通过控制半导体元件的分子序列并使分子定向以提高有机半导体层中的载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)，来提高使用有机半导体的半导体元件的载流子迁移率(例如，参见专利文献1：日本专利公开No.H9-232589)。
摩擦(rubbing)方法可以作为用于控制有机半导体的分子定向的方法。摩擦方法是利用具有长绒毛的布等在一个方向上直接摩擦有机半导体层或衬底上的定向膜来获得有机半导体层的分子定向能力的方法。因此，能够在短时间内进行大尺寸衬底的定向处理，并且能够在整个表面获得分子的均匀平面内定向(单轴定向)。
通过使用其中的分子被用于半导体元件的摩擦方法定向的有机半导体层，能够形成预期的分子定向并且能够提高载流子迁移率。但是，在对将被用于半导体元件的有机半导体层执行摩擦处理的情况中会出现一些问题。
作为其中一个问题，由于有机半导体材料特别柔软，所以摩擦形成沟道的有机半导体层在物理上破坏了形成沟道的有机半导体层，其导致了OFF电流增加或由于栅极绝缘膜的击穿而发生栅极漏电流的问题。其次，在摩擦栅极绝缘膜以定向在栅极绝缘膜上堆叠的有机半导体中的分子的情况下，通过在栅极绝缘膜的表面上执行摩擦处理形成了微小的凹槽结构；因此，在形成沟道的有机半导体与栅极绝缘膜之间的界面中不能获得平坦表面，其导致了很难充分提高载流子迁移率的问题。
发明内容
一方面，在有机半导体层上不存在定向膜的情况下，很难获得分子定向。当不能获得分子定向时，载流子迁移率明显下降。因此，在制造具有分子定向的有机半导体中需要上述的摩擦方法，即直接摩擦有机半导体层或栅极绝缘膜。本发明的一个目的是提供一种方法，其能够通过摩擦使有机半导体层中的分子定向，而不损坏有机半导体层，并提供一种通过摩擦栅极绝缘膜使有机半导体层中的分子定向而不损失栅极绝缘膜与有机半导体层之间界面的平坦性。本发明的另一个目的是提供一种使用有机半导体的半导体器件，其显示了较好的工作特性。
本发明的一个特征是，在制造半导体器件中，通过将具有定向膜的第二衬底提供给具有栅极电极、栅极绝缘膜、源极电极、漏极电极和有机半导体层的第一衬底使得定向膜与有机半导体层接触，然后加热并熔化有机半导体层来定向有机半导体层中的分子。此外，在加热有机半导体层和定向有机半导体层中的分子之后可以快速冷却有机半导体层，使得定向不能返回。
本发明的一个实施例提供了一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在第一衬底上形成半导体元件，其中在半导体元件的表面处部分或全部地暴露出有机半导体膜；在第二衬底上形成定向膜；设置第一衬底和第二衬底，使得定向膜与有机半导体膜的表面接触；加热第一衬底和第二衬底。
本发明的另一个实施例是，在制造半导体器件中，通过将具有定向膜的第二衬底提供给具有栅极电极、栅极绝缘层、源极电极和漏极电极的第一衬底使得定向膜位于第一衬底一侧，然后在第一衬底与第二衬底之间形成有机半导体层来定向有机半导体层中的分子。
换言之，用于制造半导体器件的方法包括以下步骤：在第一衬底上形成栅极电极、绝缘层、源极电极和漏极电极；在第二衬底上形成定向膜；在第一衬底上形成具有开口部分的密封图形；堆叠第一衬底与第二衬底使得第二衬底上的定向膜位于第一衬底一侧；从开口部分注入有机半导体材料，以填充密封图形、第一衬底和第二衬底围成的空间。
本发明的另一个实施例是用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在第一衬底上形成栅极电极；在栅极电极上形成绝缘层；在绝缘层上形成源极电极和漏极电极；在第二衬底上形成定向膜；在第一衬底上形成具有开口部分的密封图形；堆叠第一衬底和第二衬底使得第二衬底上的定向膜位于第一衬底一侧；从开口部分注入有机半导体材料，以填充密封图形、第一衬底和第二衬底围成的空间。
本发明的一个特征是，通过将具有定向膜的第二衬底提供给具有栅极电极、栅极绝缘层、源极电极、漏极电极和有机半导体层的第一衬底，使得定向膜与有机半导体层接触，来定向有机半导体层中的分子。
换言之，本发明的一个实施例是一种半导体器件，其包括提供在具有绝缘表面的第一衬底上的第一导电膜；提供在第一导电膜上的绝缘膜；提供在绝缘膜上的一对第二导电膜；提供在一对第二导电膜上的有机半导体膜；提供在有机半导体膜上的定向膜；提供在定向膜上的第二衬底。
本发明的另一个实施例是一种半导体器件，其包括提供在具有绝缘表面的第一衬底上的第一导电膜；提供在第一导电膜上的绝缘膜；提供在绝缘膜上的有机半导体膜；提供在部分的有机半导体膜的上的一对第二导电膜；提供在有机半导体膜上的定向膜，其中定向膜位于该对第二导电膜之间，并且其中在该对第二导电膜和定向膜上提供第二衬底。
此外，下面的膜优选地用作本发明的定向膜：通过摩擦方法处理的膜、使用SiO等的倾斜淀积膜、具有其上的大分子链被伸展的表面的膜、通过例如硅烷化合物等的表面活性剂处理的膜、和通过偏振的紫外光辐射的膜。
按照本发明，在形成有机半导体层之后，从与有机半导体层的定向膜接触的表面侧形成了定向；因此，在直接摩擦有机半导体层的情况下，能够抑制由于损坏导致的OFF电流或栅极漏电流的增加。此外，由于不存在通过直接摩擦绝缘表面而形成的损坏，所以能够获得有机半导体层中的分子通常被均匀或高速率定向的有机半导体层，而没有损坏形成沟道的有机半导体与栅极绝缘体之间界面的平坦性。因此，能够提供显示出优良特性并增加了有机半导体中载流子迁移率的半导体器件。
按照本发明，由于定向能够提高有机半导体层的载流子迁移率，同时保持了有机半导体与栅极绝缘体之间界面的平坦性。
参照附图阅读下面的详细说明，本发明的这些和其它的目标、特征和优点将变得更加清楚。
本发明的一个特征是，在制造半导体器件中，通过将具有定向膜的第二衬底提供给具有栅极电极、栅极绝缘膜、源极电极、漏极电极和有机半导体层的第一衬底使得定向膜与有机半导体层接触，然后加热并熔化有机半导体层来定向有机半导体层中的分子。此外，在加热有机半导体层和定向有机半导体层中的分子之后可以快速冷却有机半导体层，使得定向不能返回。
本发明的一个实施例提供了一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在第一衬底上形成半导体元件，其中在半导体元件的表面处部分或全部地暴露出有机半导体膜；在第二衬底上形成定向膜；设置第一衬底和第二衬底，使得定向膜与有机半导体膜的表面接触；加热第一衬底和第二衬底。
本发明的另一个实施例是，在制造半导体器件中，通过将具有定向膜的第二衬底提供给具有栅极电极、栅极绝缘层、源极电极和漏极电极的第一衬底使得定向膜位于第一衬底一侧，然后在第一衬底与第二衬底之间形成有机半导体层来定向有机半导体层中的分子。
换言之，用于制造半导体器件的方法包括以下步骤：在第一衬底上形成栅极电极、绝缘层、源极电极和漏极电极；在第二衬底上形成定向膜；在第一衬底上形成具有开口部分的密封图形；堆叠第一衬底与第二衬底使得第二衬底上的定向膜位于第一衬底一侧；从开口部分注入有机半导体材料，以填充密封图形、第一衬底和第二衬底围成的空间。
本发明的另一个实施例是用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在第一衬底上形成栅极电极；在栅极电极上形成绝缘层；在绝缘层上形成源极电极和漏极电极；在第二衬底上形成定向膜；在第一衬底上形成具有开口部分的密封图形；堆叠第一衬底和第二衬底使得第二衬底上的定向膜位于第一衬底一侧；从开口部分注入有机半导体材料，以填充密封图形、第一衬底和第二衬底围成的空间。
本发明的一个特征是，通过将具有定向膜的第二衬底提供给具有栅极电极、栅极绝缘层、源极电极、漏极电极和有机半导体层的第一衬底，使得定向膜与有机半导体层接触，来定向有机半导体层中的分子。
换言之，本发明的一个实施例是一种半导体器件，其包括提供在具有绝缘表面的第一衬底上的第一导电膜；提供在第一导电膜上的绝缘膜；提供在绝缘膜上的一对第二导电膜；提供在一对第二导电膜上的有机半导体膜；提供在有机半导体膜上的定向膜；提供在定向膜上的第二衬底。
本发明的另一个实施例是一种半导体器件，其包括提供在具有绝缘表面的第一衬底上的第一导电膜；提供在第一导电膜上的绝缘膜；提供在绝缘膜上的有机半导体膜；提供在部分的有机半导体膜的上的一对第二导电膜；提供在有机半导体膜上的定向膜，其中定向膜位于该对第二导电膜之间，并且其中在该对第二导电膜和定向膜上提供第二衬底。
此外，下面的膜优选地用作本发明的定向膜：通过摩擦方法处理的膜、使用SiO等的倾斜淀积膜、具有其上的大分子链被伸展的表面的膜、通过例如硅烷化合物等的表面活性剂处理的膜、和通过偏振的紫外光辐射的膜。
按照本发明，在形成有机半导体层之后，从与有机半导体层的定向膜接触的表面侧形成了定向；因此，在直接摩擦有机半导体层的情况下，能够抑制由于损坏导致的OFF电流或栅极漏电流的增加。此外，由于不存在通过直接摩擦绝缘表面而形成的损坏，所以能够获得有机半导体层中的分子通常被均匀或高速率定向的有机半导体层，而没有损坏形成沟道的有机半导体与栅极绝缘体之间界面的平坦性。因此，能够提供显示出优良特性并增加了有机半导体中载流子迁移率的半导体器件。
按照本发明，由于定向能够提高有机半导体层的载流子迁移率，同时保持了有机半导体与栅极绝缘体之间界面的平坦性。
参照附图阅读下面的详细说明，本发明的这些和其它的目标、特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1A至1C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图2A至2C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图3A至3C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图4A至4C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图5A至5C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图6A和6B是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图7A和7B是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图8A和8B是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图9A至9E显示了电子设备的一个示例；
图10显示了电子设备的一个示例。
图2A至2C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图3A至3C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图4A至4C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图5A至5C是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图6A和6B是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图7A和7B是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图8A和8B是按照本发明的制造半导体器件的方法的示意图；
图9A至9E显示了电子设备的一个示例；
图10显示了电子设备的一个示例。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。但是，本领域技术人员很容易理解，在没有脱离本发明的目的和范围的情况下，下面说明的实施例和细节可以各种方式被修改。因此，应当注意，下面给出的实施方式的说明不应解释为对本发明的限制。
[实施方式1]
参照图1A至1C和图2A至2C来说明本发明的半导体器件以及半导体器件的制造方法的一种方式。
在第一衬底101上形成栅极电极102。形成栅极电极102的方法没有特别限制，可以通过光刻将淀积的导电层处理成预期的形状，或者通过喷墨方法等形成含有导电材料的小滴。用于形成栅极电极102的材料也没有特别限制，例如可以使用铝、铜、金、银等。此外，第一衬底101也没有特别限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的、聚碳酸酯的柔性衬底。
随后，形成用于覆盖栅极电极102的栅极绝缘层103。形成栅极绝缘层103的方法没有特别限制，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘体，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极电极的表面。此外，可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚醯胺酸(polyamic acid)或聚乙烯苯酚的有机物质涂覆第一衬底101来形成栅极绝缘层103。
然后，在栅极绝缘层103上形成源极电极104和漏极电极105。形成源极电极104和漏极电极105的材料没有特别限制，除了例如金、银或钨的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成源极电极104和漏极电极105的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
然后，在栅极绝缘层103、源极电极104和漏极电极105上形成有机半导体层107。当材料是有机半导体时，有机半导体层107的材料没有特别限制，可以使用以聚噻吩(polythiophene)或聚对苯撑乙烯基(polyparaphenylene vinylene)为代表的共轭聚合物，或者可以使用以并五苯(pentacene)或酞菁染料(phthalocyanine)为代表的低分子量材料。此外，形成有机半导体层107的方法没有特别限制，例如，诸如真空气相淀积方法、旋涂方法、喷墨方法或气相传送方法等的薄膜形成方法等可以作为典型的方法。
通过上述工艺形成的结构是元件106。
设置具有定向膜108的第二衬底109，使得定向膜108面对有机半导体层107(图1A)。第二衬底109的材料没有特别的限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的、聚碳酸酯的柔性衬底。定向膜108也没有特别的限制，例如可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚乙烯苯酚(polyvinylphenol)或聚乙烯醇的有机物质涂覆第二衬底109来形成定向膜108，并且定向膜108可通过摩擦(rubbing)等被定向。
然后，将具有定向膜108的第二衬底109靠近第一衬底101，直到定向膜108与有机半导体层107接触为止(图1B)。用于使有机半导体层107中的分子定向的方法没有特别限制，例如，通过压缩并加热有机半导体层107和定向膜108来激活有机半导体层107的热运动，形成具有由定向膜108定向的有机半导体层110(图1C)，或者通过加热并使有机半导体层107熔化来定向从而形成有机半导体层110。此外，能够在加热有机半导体层107并定向有机半导体层107中的分子之后，通过快速冷却来形成其中分子被高度定向的有机半导体层110，使得定向不能够返回。此外，当有机半导体层110中分子的定向使得有机半导体层110中的分子被垂直或水平定向时，载流子迁移率更加有效，因此提高了载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)。
第二衬底109通过密封部件111连接到第一衬底101，具有定向膜108的第二衬底109能够用作密封衬底(图2A)。此外，在形成有机半导体层110之后，通过去除在上面部分用作密封衬底的第二衬底109，可以将半导体器件形成为密封结构，或者可以通过增加例如形成层间膜的另一个工艺来形成半导体器件(图2B)。
此外，可以通过类似的步骤形成在第一衬底101上具有多个元件106的半导体器件(图2C)。
在上述制造的本发明的半导体器件中，在与栅极绝缘层103相反的一侧隔着有机半导体层107提供定向膜108，换言之，有机半导体层107中的分子从与栅极绝缘层103侧相反的表面被定向。因此，能够定向有机半导体层107的分子，而不会损坏有机半导体层107，而且，在有机半导体层110与栅极绝缘层103之间保持了平坦的界面；因此，显示出有利的工作特性。
[实施例2]
参照图3A至3C和图4A至4C来说明本发明的半导体器件以及半导体器件的制造方法的一种方式。
在第一衬底201上形成栅极电极202。形成栅极电极202的方法没有特别限制，可以通过光刻将淀积的导电层处理成预期的形状，或者通过喷墨方法等形成含有导电材料的小滴。用于形成栅极电极202的材料也没有特别限制，例如可以使用铝、铜、金、银等。此外，第一衬底201也没有特别限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的、聚碳酸酯的柔性衬底。
随后，形成用于覆盖栅极电极202的栅极绝缘层203。形成栅极绝缘层203的方法没有特别限制，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘体，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极电极的表面。此外，可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚醯胺酸或聚乙烯苯酚的有机物质涂覆第一衬底201来形成栅极绝缘层203。
然后，在栅极绝缘层203上形成有机半导体层205。当有机半导体层205的材料为有机半导体时，其材料没有特别的限制，可以使用以聚噻吩或聚对苯撑乙烯基为代表的共轭聚合物，或者可以使用以并五苯和酞菁染料为代表的低分子量材料。此外，形成有机半导体层205的方法没有特别限制，例如，诸如真空气相淀积方法、旋涂方法、喷墨方法或气相传送方法等的薄膜形成方法等可以作为典型的方法。
然后，在有机半导体层205上形成源极电极206和漏极电极207。形成源极电极206和漏极电极207的材料没有特别限制，除了例如金或银的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成源极电极206和漏极电极207的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
通过上述工艺形成的结构是元件204。
设置具有定向膜208的第二衬底209，使得定向膜208面对有机半导体层205(图3A)。第二衬底209的材料没有特别的限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的或聚碳酸酯的柔性衬底。定向膜208的材料也没有特别的限制，例如可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚乙烯苯酚或聚乙烯醇的有机物质涂覆第二衬底209来形成定向膜208，并且定向膜208可通过摩擦(rubbing)等被定向。
然后，将具有定向膜208的第二衬底209靠近第一衬底201，直到定向膜208与有机半导体层205接触为止(图3B)。用于使有机半导体层205中的分子定向的方法没有特别限制，例如，通过压缩并加热有机半导体层205和定向膜208来激活有机半导体层205的热运动，形成具有由定向膜208定向的有机半导体层210(图3C)，或者通过加热并使有机半导体层205熔化来形成有机半导体层210。此外，能够在加热有机半导体层205并定向有机半导体层205中的分子之后，通过快速冷却来形成其中分子被高度定向的有机半导体层210，使得定向不能够返回。此外，当有机半导体层210中分子的定向使得有机半导体层210中的分子被垂直或水平定向时，载流子迁移率更加有效，因此提高了载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)。
第二衬底209通过密封部件211连接到第一衬底201，具有定向膜208的第二衬底209能够用作密封衬底(图4A)。此外，在形成有机半导体层210之后，通过去除在上面部分用作密封衬底的第二衬底209，可以将半导体器件形成为密封结构，或者可以通过增加例如形成层间膜的另一个工艺来形成半导体器件(图4B)。
此外，可以通过类似的步骤在第一衬底201上形成具有多个元件204的半导体器件(图4C)。
在上述制造的本发明的半导体器件中，在与栅极绝缘层203相反的一侧隔着有机半导体层205提供定向膜208，换言之，有机半导体层205中的分子从与栅极绝缘层203侧相反的表面被定向。因此，能够定向有机半导体层210中的分子，而不会损坏有机半导体层210，而且，在有机半导体层210与栅极绝缘层203之间保持了平坦的界面；因此，显示出有利的工作特性。
[实施方式3]
参照图5A至5C和图6A和6B来说明本发明的半导体器件以及半导体器件的制造方法的一种方式。
在第一衬底301上形成栅极电极302。形成栅极电极302的方法没有特别限制，可以通过光刻将淀积的导电层处理成预期的形状，或者通过喷墨方法等形成含有导电材料的小滴。用于形成栅极电极302的材料也没有特别限制，例如可以使用铝、铜、金、银等。此外，第一衬底301也没有特别限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的、聚碳酸酯的柔性衬底。
随后，形成用于覆盖栅极电极302的栅极绝缘层303。形成栅极绝缘层303的方法没有特别限制，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘体，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极电极的表面。此外，可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚醯胺酸或聚乙烯苯酚的有机物质涂覆第一衬底301来形成栅极绝缘层303。
然后，在栅极绝缘层303上形成源极电极304和漏极电极305。源极电极304和漏极电极305的材料没有特别限制，除了例如金、银或钨的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成源极电极304和漏极电极305的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
然后，设置具有定向膜307的第二衬底308，使得定向膜307面对第一衬底位于内侧(图5A)。第二衬底308没有特别的限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的或聚碳酸酯的柔性衬底。定向膜307也没有特别的限制，例如可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚乙烯苯酚或聚乙烯醇的有机物质涂覆第二衬底308来形成定向膜307，并且定向膜307可通过摩擦(rubbing)等被定向。
其中在具有元件306的第一衬底301上提供了第二衬底308的结构是单元309。
然后，将有机半导体层310注入到单元309内(图5B)。注入没有特别的限制，有机半导体层310的溶液可以通过注射器等注入到单元309中，或者可以通过使单元309的第一衬底301与第二衬底308之间的距离变窄使用毛细现象等注入。在有机半导体层310中注入的分子被定向膜307定向。此外，当有机半导体层310中分子的定向使得有机半导体层310中的分子被垂直或水平定向时，载流子迁移率更加有效，因此提高了载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)。
通过上述工艺制造的结构是元件306。
第二衬底308通过密封部件311连接到第一衬底301，具有定向膜307的第二衬底308能够用作密封衬底(图5C)。此外，在形成有机半导体层310之后，通过去除在上面部分用作密封衬底的第二衬底308，可以将半导体器件形成为密封结构，或者可以通过增加例如形成层间膜的另一个工艺来形成半导体器件(图6A)。
此外，可以通过类似的步骤形成在第一衬底301上具有多个元件306的半导体器件(图6B)。
在上述制造的本发明的半导体器件中，定向膜307隔着有机半导体层310位于与栅极绝缘层303相反的一侧，换言之，有机半导体层310中的分子从与栅极绝缘层303侧相反的表面被定向。因此，能够定向有机半导体层310的分子，而不会损坏有机半导体层310，而且，在有机半导体层310与栅极绝缘层303之间保持了平坦的界面；因此，显示出有利的工作特性。
[实施方式4]
参照图7A至7C和图8A和8B来说明本发明的具有发光元件的半导体器件及其制造方法的一种方式。
在第一衬底401上形成栅极电极402。形成栅极电极402的方法没有特别限制，可以通过光刻将淀积的导电层处理成预期的形状，或者通过喷墨方法等形成含有导电材料的小滴。用于形成栅极电极402的材料也没有特别限制，例如可以使用铝、铜、金、银等。此外，第一衬底401也没有特别限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的或聚碳酸酯的柔性衬底。
随后，形成用于覆盖栅极电极402的栅极绝缘层403。形成栅极绝缘层403的方法没有特别限制，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘体，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极电极的表面。此外，可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚醯胺酸或聚乙烯苯酚的有机物质涂覆第一衬底401来形成栅极绝缘层403。
然后，在栅极绝缘层403上形成源极电极404和漏极电极405。源极电极404和漏极电极405的材料没有特别限制，除了例如金、银或钨的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成源极电极404和漏极电极405的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
然后，靠近形成漏极电极405形成发光元件的正极406，使其与漏极电极405接触。正极406的材料没有特别限制，除了例如氧化铟锡、金、银或钨的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成正极406的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
然后，设置具有定向膜408和发光元件的负极409的第二衬底410，使得定向膜408和发光元件的负极409面对第一衬底401位于内侧。此时，设置发光元件的正极406和发光元件的负极409，使其彼此面对(图7A)。第二衬底410没有特别的限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的或聚碳酸酯的柔性衬底。形成定向膜408也没有特别的限制，例如可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚乙烯苯酚或聚乙烯醇的有机物质涂覆第二衬底410来形成定向膜408，并且定向膜408可通过摩擦(rubbing)等被定向。形成发光元件的负极409的方法没有特别限制，可以使用例如氧化铟锡、钙、镁或锂的无机导电材料形成发光元件的负极409，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
其中在具有元件407的第一衬底401上提供了第二衬底410的结构是单元411。
然后，将有机半导体层412注入到单元411内(图7B)。注入没有特别的限制，有机半导体层412的溶液可以通过注射器等注入到单元411中，或者可以通过使单元411的第一衬底401与第二衬底410之间的距离变窄使用毛细现象等注入。在有机半导体层412中注入的分子被定向膜408定向。定向的方法没有特别的限制，例如，能够在加热有机半导体层412并定向有机半导体层412中的分子之后，通过快速冷却来形成其中分子被定向的有机半导体层412，使得定向不能够返回，以便维持通常均匀或高速率的定向。此外，当有机半导体层110的定向使得有机半导体层110中的分子被垂直或水平定向时，载流子迁移率更加有效，因此提高了载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)。因此，形成了包括正极406、有机化合物层412和负极409的发光元件413。
下面的材料优选地用作此实施例的有机半导体材料：P3HT(聚(3-己基噻吩-2，5-diyl))，F8T2(聚(9，9’-二辛基芴-联-并噻吩))，MEH-PPV(聚(2-甲氧基-5-(2’-乙己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基))，OO-PPV(聚(2，5-二辛氧荃-1，4-亚苯基亚乙烯基))，BuEH-PPV(聚(2-丁基-5-(2’-乙基已基)-1，4-亚苯基亚乙烯基))，CN-PPV(聚(2，5-己氧基-1，4-亚苯基深蓝亚乙烯基))。
通过上述工艺制造的结构是元件407。
第二衬底410通过密封部件414连接到第一衬底401，具有定向膜408的第二衬底410能够用作密封衬底(图8A)。
此外，可以通过类似的步骤形成在第一衬底401上具有多个元件407的半导体器件(图8B)。
在上述制造的本发明的半导体器件中，定向膜408隔着有机半导体层412位于与栅极绝缘层403相反的一侧，换言之，有机半导体层412中的分子从与栅极绝缘层403侧相反的表面被定向。因此，能够定向有机半导体层412的分子，而不会损坏有机半导体层412，而且，在有机半导体层412与栅极绝缘层403之间保持了平坦的界面；因此，显示出有利的工作特性。
[实施方式5]
通过按照实施方式4形成的半导体器件能够用于各种半导体器件中。换言之，该半导体器件能够结合在下面所示的电子设备的显示部分。
作为具体的电子设备，给出了电视接收机、视频摄像机、数码相机、投影仪、头带型显示器(护目镜型显示器，goggle type display)、汽车导航系统、汽车用立体声收音机、个人计算机、手持终端(移动式计算机、便携式电话、电子书籍等)等。图9A至9E和图10显示了一些示例。
图9A显示了通过将实施方式4所示的半导体器件结合在底盘2001中而完成的电视接收机。显示屏2002由半导体器件形成。此外，可任意地提供扬声器2003、操作开关204等。
电视接收机中使用的半导体器件具有有利的特性，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电的增加；因此，包括该半导体器件的电视接收机能够将功耗抑制到最小。
图9B显示了视频摄像机，其包括主体2101、显示部分2102、音频输入部分2103、操作开关2104、电池2105、图像接收部分2106等。显示部分2102由半导体器件形成。
视频摄像机中使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的视频摄像机能够将功耗抑制到最小。
图9C显示了移动式计算机，其包括主体2201、照相机部分2202、图像接收部分2203、操作开关2204、显示部分2205等。显示部分2205由半导体器件形成。
移动式计算机中使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的移动式计算机能够将功耗抑制到最小。
图9D显示了使用其中记录有节目的记录介质的播放器(以下称作记录介质)，其包括主体2401、显示部分2402、扬声器部分2403、记录介质2404、操作开关2405等。该播放器能够使用DVD、CD等作为记录介质来听音乐、看电影、玩游戏以及在因特网上播放。显示部分2402由半导体器件形成。
记录介质中使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的记录介质能够将功耗抑制到最小。
图9E显示了数码相机，其包括主体2501、显示部分2502、接目镜2503、操作开关2504、图像接收部分(未示出)等。显示部分2502由半导体器件形成。
数码相机中使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的数码相机能够将功耗抑制到最小。
图10显示了一种方式的便携式电话，其包括实施方式4中所示的半导体器件。半导体器件2601结合在外壳2602中，以便自由的拆卸/安装。可以根据半导体器件2601的尺寸任意的改变外壳2602的形状和尺寸。固定半导体器件2601的外壳2602安装在印刷电路板2603中组装成模块。
半导体器件2601通过FPC2604连接到印刷电路板2603。扬声器2605、麦克风2606、发射和接收电路2607、包括CPU的信号处理电路2608、控制器等形成在印刷电路板2603上。这样的模块与输入装置2609和将被放置在底座2611中的电池2610组合。设置半导体器件2601的显示部分，使其从形成在底座2611中的开口窗确定可见。
便携式电话使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的便携式电话能够将功耗抑制到最小。
根据便携式电话的功能和应用，此实施例的便携式电话能够自由的转换成各种模式。例如，即使采用通过将底座分成任意的多块而提供多个半导体器件或使用铰链的开关结构的结构，也能够获得上述的有利效果。
如上所述，本发明的应用范围非常广泛，因此本发明可应用于各种领域的电子设备中。
此申请以2004年10月29日提交的序号为No.2004-315141的日本专利申请为基础，其内容以引用方式并入本文。
[实施方式1]
参照图1A至1C和图2A至2C来说明本发明的半导体器件以及半导体器件的制造方法的一种方式。
在第一衬底101上形成栅极电极102。形成栅极电极102的方法没有特别限制，可以通过光刻将淀积的导电层处理成预期的形状，或者通过喷墨方法等形成含有导电材料的小滴。用于形成栅极电极102的材料也没有特别限制，例如可以使用铝、铜、金、银等。此外，第一衬底101也没有特别限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的、聚碳酸酯的柔性衬底。
随后，形成用于覆盖栅极电极102的栅极绝缘层103。形成栅极绝缘层103的方法没有特别限制，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘体，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极电极的表面。此外，可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚醯胺酸(polyamic acid)或聚乙烯苯酚的有机物质涂覆第一衬底101来形成栅极绝缘层103。
然后，在栅极绝缘层103上形成源极电极104和漏极电极105。形成源极电极104和漏极电极105的材料没有特别限制，除了例如金、银或钨的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成源极电极104和漏极电极105的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
然后，在栅极绝缘层103、源极电极104和漏极电极105上形成有机半导体层107。当材料是有机半导体时，有机半导体层107的材料没有特别限制，可以使用以聚噻吩(polythiophene)或聚对苯撑乙烯基(polyparaphenylene vinylene)为代表的共轭聚合物，或者可以使用以并五苯(pentacene)或酞菁染料(phthalocyanine)为代表的低分子量材料。此外，形成有机半导体层107的方法没有特别限制，例如，诸如真空气相淀积方法、旋涂方法、喷墨方法或气相传送方法等的薄膜形成方法等可以作为典型的方法。
通过上述工艺形成的结构是元件106。
设置具有定向膜108的第二衬底109，使得定向膜108面对有机半导体层107(图1A)。第二衬底109的材料没有特别的限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的、聚碳酸酯的柔性衬底。定向膜108也没有特别的限制，例如可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚乙烯苯酚(polyvinylphenol)或聚乙烯醇的有机物质涂覆第二衬底109来形成定向膜108，并且定向膜108可通过摩擦(rubbing)等被定向。
然后，将具有定向膜108的第二衬底109靠近第一衬底101，直到定向膜108与有机半导体层107接触为止(图1B)。用于使有机半导体层107中的分子定向的方法没有特别限制，例如，通过压缩并加热有机半导体层107和定向膜108来激活有机半导体层107的热运动，形成具有由定向膜108定向的有机半导体层110(图1C)，或者通过加热并使有机半导体层107熔化来定向从而形成有机半导体层110。此外，能够在加热有机半导体层107并定向有机半导体层107中的分子之后，通过快速冷却来形成其中分子被高度定向的有机半导体层110，使得定向不能够返回。此外，当有机半导体层110中分子的定向使得有机半导体层110中的分子被垂直或水平定向时，载流子迁移率更加有效，因此提高了载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)。
第二衬底109通过密封部件111连接到第一衬底101，具有定向膜108的第二衬底109能够用作密封衬底(图2A)。此外，在形成有机半导体层110之后，通过去除在上面部分用作密封衬底的第二衬底109，可以将半导体器件形成为密封结构，或者可以通过增加例如形成层间膜的另一个工艺来形成半导体器件(图2B)。
此外，可以通过类似的步骤形成在第一衬底101上具有多个元件106的半导体器件(图2C)。
在上述制造的本发明的半导体器件中，在与栅极绝缘层103相反的一侧隔着有机半导体层107提供定向膜108，换言之，有机半导体层107中的分子从与栅极绝缘层103侧相反的表面被定向。因此，能够定向有机半导体层107的分子，而不会损坏有机半导体层107，而且，在有机半导体层110与栅极绝缘层103之间保持了平坦的界面；因此，显示出有利的工作特性。
[实施例2]
参照图3A至3C和图4A至4C来说明本发明的半导体器件以及半导体器件的制造方法的一种方式。
在第一衬底201上形成栅极电极202。形成栅极电极202的方法没有特别限制，可以通过光刻将淀积的导电层处理成预期的形状，或者通过喷墨方法等形成含有导电材料的小滴。用于形成栅极电极202的材料也没有特别限制，例如可以使用铝、铜、金、银等。此外，第一衬底201也没有特别限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的、聚碳酸酯的柔性衬底。
随后，形成用于覆盖栅极电极202的栅极绝缘层203。形成栅极绝缘层203的方法没有特别限制，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘体，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极电极的表面。此外，可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚醯胺酸或聚乙烯苯酚的有机物质涂覆第一衬底201来形成栅极绝缘层203。
然后，在栅极绝缘层203上形成有机半导体层205。当有机半导体层205的材料为有机半导体时，其材料没有特别的限制，可以使用以聚噻吩或聚对苯撑乙烯基为代表的共轭聚合物，或者可以使用以并五苯和酞菁染料为代表的低分子量材料。此外，形成有机半导体层205的方法没有特别限制，例如，诸如真空气相淀积方法、旋涂方法、喷墨方法或气相传送方法等的薄膜形成方法等可以作为典型的方法。
然后，在有机半导体层205上形成源极电极206和漏极电极207。形成源极电极206和漏极电极207的材料没有特别限制，除了例如金或银的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成源极电极206和漏极电极207的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
通过上述工艺形成的结构是元件204。
设置具有定向膜208的第二衬底209，使得定向膜208面对有机半导体层205(图3A)。第二衬底209的材料没有特别的限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的或聚碳酸酯的柔性衬底。定向膜208的材料也没有特别的限制，例如可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚乙烯苯酚或聚乙烯醇的有机物质涂覆第二衬底209来形成定向膜208，并且定向膜208可通过摩擦(rubbing)等被定向。
然后，将具有定向膜208的第二衬底209靠近第一衬底201，直到定向膜208与有机半导体层205接触为止(图3B)。用于使有机半导体层205中的分子定向的方法没有特别限制，例如，通过压缩并加热有机半导体层205和定向膜208来激活有机半导体层205的热运动，形成具有由定向膜208定向的有机半导体层210(图3C)，或者通过加热并使有机半导体层205熔化来形成有机半导体层210。此外，能够在加热有机半导体层205并定向有机半导体层205中的分子之后，通过快速冷却来形成其中分子被高度定向的有机半导体层210，使得定向不能够返回。此外，当有机半导体层210中分子的定向使得有机半导体层210中的分子被垂直或水平定向时，载流子迁移率更加有效，因此提高了载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)。
第二衬底209通过密封部件211连接到第一衬底201，具有定向膜208的第二衬底209能够用作密封衬底(图4A)。此外，在形成有机半导体层210之后，通过去除在上面部分用作密封衬底的第二衬底209，可以将半导体器件形成为密封结构，或者可以通过增加例如形成层间膜的另一个工艺来形成半导体器件(图4B)。
此外，可以通过类似的步骤在第一衬底201上形成具有多个元件204的半导体器件(图4C)。
在上述制造的本发明的半导体器件中，在与栅极绝缘层203相反的一侧隔着有机半导体层205提供定向膜208，换言之，有机半导体层205中的分子从与栅极绝缘层203侧相反的表面被定向。因此，能够定向有机半导体层210中的分子，而不会损坏有机半导体层210，而且，在有机半导体层210与栅极绝缘层203之间保持了平坦的界面；因此，显示出有利的工作特性。
[实施方式3]
参照图5A至5C和图6A和6B来说明本发明的半导体器件以及半导体器件的制造方法的一种方式。
在第一衬底301上形成栅极电极302。形成栅极电极302的方法没有特别限制，可以通过光刻将淀积的导电层处理成预期的形状，或者通过喷墨方法等形成含有导电材料的小滴。用于形成栅极电极302的材料也没有特别限制，例如可以使用铝、铜、金、银等。此外，第一衬底301也没有特别限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的、聚碳酸酯的柔性衬底。
随后，形成用于覆盖栅极电极302的栅极绝缘层303。形成栅极绝缘层303的方法没有特别限制，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘体，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极电极的表面。此外，可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚醯胺酸或聚乙烯苯酚的有机物质涂覆第一衬底301来形成栅极绝缘层303。
然后，在栅极绝缘层303上形成源极电极304和漏极电极305。源极电极304和漏极电极305的材料没有特别限制，除了例如金、银或钨的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成源极电极304和漏极电极305的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
然后，设置具有定向膜307的第二衬底308，使得定向膜307面对第一衬底位于内侧(图5A)。第二衬底308没有特别的限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的或聚碳酸酯的柔性衬底。定向膜307也没有特别的限制，例如可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚乙烯苯酚或聚乙烯醇的有机物质涂覆第二衬底308来形成定向膜307，并且定向膜307可通过摩擦(rubbing)等被定向。
其中在具有元件306的第一衬底301上提供了第二衬底308的结构是单元309。
然后，将有机半导体层310注入到单元309内(图5B)。注入没有特别的限制，有机半导体层310的溶液可以通过注射器等注入到单元309中，或者可以通过使单元309的第一衬底301与第二衬底308之间的距离变窄使用毛细现象等注入。在有机半导体层310中注入的分子被定向膜307定向。此外，当有机半导体层310中分子的定向使得有机半导体层310中的分子被垂直或水平定向时，载流子迁移率更加有效，因此提高了载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)。
通过上述工艺制造的结构是元件306。
第二衬底308通过密封部件311连接到第一衬底301，具有定向膜307的第二衬底308能够用作密封衬底(图5C)。此外，在形成有机半导体层310之后，通过去除在上面部分用作密封衬底的第二衬底308，可以将半导体器件形成为密封结构，或者可以通过增加例如形成层间膜的另一个工艺来形成半导体器件(图6A)。
此外，可以通过类似的步骤形成在第一衬底301上具有多个元件306的半导体器件(图6B)。
在上述制造的本发明的半导体器件中，定向膜307隔着有机半导体层310位于与栅极绝缘层303相反的一侧，换言之，有机半导体层310中的分子从与栅极绝缘层303侧相反的表面被定向。因此，能够定向有机半导体层310的分子，而不会损坏有机半导体层310，而且，在有机半导体层310与栅极绝缘层303之间保持了平坦的界面；因此，显示出有利的工作特性。
[实施方式4]
参照图7A至7C和图8A和8B来说明本发明的具有发光元件的半导体器件及其制造方法的一种方式。
在第一衬底401上形成栅极电极402。形成栅极电极402的方法没有特别限制，可以通过光刻将淀积的导电层处理成预期的形状，或者通过喷墨方法等形成含有导电材料的小滴。用于形成栅极电极402的材料也没有特别限制，例如可以使用铝、铜、金、银等。此外，第一衬底401也没有特别限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的或聚碳酸酯的柔性衬底。
随后，形成用于覆盖栅极电极402的栅极绝缘层403。形成栅极绝缘层403的方法没有特别限制，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘体，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极电极的表面。此外，可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚醯胺酸或聚乙烯苯酚的有机物质涂覆第一衬底401来形成栅极绝缘层403。
然后，在栅极绝缘层403上形成源极电极404和漏极电极405。源极电极404和漏极电极405的材料没有特别限制，除了例如金、银或钨的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成源极电极404和漏极电极405的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
然后，靠近形成漏极电极405形成发光元件的正极406，使其与漏极电极405接触。正极406的材料没有特别限制，除了例如氧化铟锡、金、银或钨的无机导电材料之外，可以使用包括聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电材料，等等。此外，形成正极406的方法也没有特别限制，使用例如溅射装置或气相淀积系统的淀积装置形成的导电层可以被处理成预期的形状，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
然后，设置具有定向膜408和发光元件的负极409的第二衬底410，使得定向膜408和发光元件的负极409面对第一衬底401位于内侧。此时，设置发光元件的正极406和发光元件的负极409，使其彼此面对(图7A)。第二衬底410没有特别的限制，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如塑料的或聚碳酸酯的柔性衬底。形成定向膜408也没有特别的限制，例如可以使用浇注方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过例如聚酰亚胺、聚乙烯苯酚或聚乙烯醇的有机物质涂覆第二衬底410来形成定向膜408，并且定向膜408可通过摩擦(rubbing)等被定向。形成发光元件的负极409的方法没有特别限制，可以使用例如氧化铟锡、钙、镁或锂的无机导电材料形成发光元件的负极409，或者可以通过喷墨方法等来形成含有导电材料的小滴。
其中在具有元件407的第一衬底401上提供了第二衬底410的结构是单元411。
然后，将有机半导体层412注入到单元411内(图7B)。注入没有特别的限制，有机半导体层412的溶液可以通过注射器等注入到单元411中，或者可以通过使单元411的第一衬底401与第二衬底410之间的距离变窄使用毛细现象等注入。在有机半导体层412中注入的分子被定向膜408定向。定向的方法没有特别的限制，例如，能够在加热有机半导体层412并定向有机半导体层412中的分子之后，通过快速冷却来形成其中分子被定向的有机半导体层412，使得定向不能够返回，以便维持通常均匀或高速率的定向。此外，当有机半导体层110的定向使得有机半导体层110中的分子被垂直或水平定向时，载流子迁移率更加有效，因此提高了载流子迁移率(因此在载流子在源极电极与漏极电极之间流动的方向上产生了分子之间的π-π重叠)。因此，形成了包括正极406、有机化合物层412和负极409的发光元件413。
下面的材料优选地用作此实施例的有机半导体材料：P3HT(聚(3-己基噻吩-2，5-diyl))，F8T2(聚(9，9’-二辛基芴-联-并噻吩))，MEH-PPV(聚(2-甲氧基-5-(2’-乙己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基))，OO-PPV(聚(2，5-二辛氧荃-1，4-亚苯基亚乙烯基))，BuEH-PPV(聚(2-丁基-5-(2’-乙基已基)-1，4-亚苯基亚乙烯基))，CN-PPV(聚(2，5-己氧基-1，4-亚苯基深蓝亚乙烯基))。
通过上述工艺制造的结构是元件407。
第二衬底410通过密封部件414连接到第一衬底401，具有定向膜408的第二衬底410能够用作密封衬底(图8A)。
此外，可以通过类似的步骤形成在第一衬底401上具有多个元件407的半导体器件(图8B)。
在上述制造的本发明的半导体器件中，定向膜408隔着有机半导体层412位于与栅极绝缘层403相反的一侧，换言之，有机半导体层412中的分子从与栅极绝缘层403侧相反的表面被定向。因此，能够定向有机半导体层412的分子，而不会损坏有机半导体层412，而且，在有机半导体层412与栅极绝缘层403之间保持了平坦的界面；因此，显示出有利的工作特性。
[实施方式5]
通过按照实施方式4形成的半导体器件能够用于各种半导体器件中。换言之，该半导体器件能够结合在下面所示的电子设备的显示部分。
作为具体的电子设备，给出了电视接收机、视频摄像机、数码相机、投影仪、头带型显示器(护目镜型显示器，goggle type display)、汽车导航系统、汽车用立体声收音机、个人计算机、手持终端(移动式计算机、便携式电话、电子书籍等)等。图9A至9E和图10显示了一些示例。
图9A显示了通过将实施方式4所示的半导体器件结合在底盘2001中而完成的电视接收机。显示屏2002由半导体器件形成。此外，可任意地提供扬声器2003、操作开关204等。
电视接收机中使用的半导体器件具有有利的特性，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电的增加；因此，包括该半导体器件的电视接收机能够将功耗抑制到最小。
图9B显示了视频摄像机，其包括主体2101、显示部分2102、音频输入部分2103、操作开关2104、电池2105、图像接收部分2106等。显示部分2102由半导体器件形成。
视频摄像机中使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的视频摄像机能够将功耗抑制到最小。
图9C显示了移动式计算机，其包括主体2201、照相机部分2202、图像接收部分2203、操作开关2204、显示部分2205等。显示部分2205由半导体器件形成。
移动式计算机中使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的移动式计算机能够将功耗抑制到最小。
图9D显示了使用其中记录有节目的记录介质的播放器(以下称作记录介质)，其包括主体2401、显示部分2402、扬声器部分2403、记录介质2404、操作开关2405等。该播放器能够使用DVD、CD等作为记录介质来听音乐、看电影、玩游戏以及在因特网上播放。显示部分2402由半导体器件形成。
记录介质中使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的记录介质能够将功耗抑制到最小。
图9E显示了数码相机，其包括主体2501、显示部分2502、接目镜2503、操作开关2504、图像接收部分(未示出)等。显示部分2502由半导体器件形成。
数码相机中使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的数码相机能够将功耗抑制到最小。
图10显示了一种方式的便携式电话，其包括实施方式4中所示的半导体器件。半导体器件2601结合在外壳2602中，以便自由的拆卸/安装。可以根据半导体器件2601的尺寸任意的改变外壳2602的形状和尺寸。固定半导体器件2601的外壳2602安装在印刷电路板2603中组装成模块。
半导体器件2601通过FPC2604连接到印刷电路板2603。扬声器2605、麦克风2606、发射和接收电路2607、包括CPU的信号处理电路2608、控制器等形成在印刷电路板2603上。这样的模块与输入装置2609和将被放置在底座2611中的电池2610组合。设置半导体器件2601的显示部分，使其从形成在底座2611中的开口窗确定可见。
便携式电话使用的半导体器件具有有利的特征，与传统的半导体器件相比其更多的抑制了OFF电流和栅极漏电流的增加；因此，包括该半导体器件的便携式电话能够将功耗抑制到最小。
根据便携式电话的功能和应用，此实施例的便携式电话能够自由的转换成各种模式。例如，即使采用通过将底座分成任意的多块而提供多个半导体器件或使用铰链的开关结构的结构，也能够获得上述的有利效果。
如上所述，本发明的应用范围非常广泛，因此本发明可应用于各种领域的电子设备中。
此申请以2004年10月29日提交的序号为No.2004-315141的日本专利申请为基础，其内容以引用方式并入本文。