有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法
【課題】低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、各種の回路素子への応用が容易で、製造コストを抑えた有機トランジスタ及び回路素子を提供する。
【解決手段】コレクタ電極１とエミッタ電極２と両電極間に設けられた有機半導体層３と有機半導体層３内に設けられたベース電極４とを有する縦型トランジスタ部、及び、ベース電極４とベース電圧電源端子７との間に設けられた抵抗部６、を有する。抵抗部６は、コレクタ電極１と同じ材料からなりベース電圧電源端子７に接続する第１電極２１と、エミッタ電極２と同じ材料からなりベース電極４に接続する第２電極２２と、有機半導体層３と同じ材料からなり第１電極２１及び第２電極２２間に挟まれた抵抗層２４とを有する。
【解決手段】コレクタ電極１とエミッタ電極２と両電極間に設けられた有機半導体層３と有機半導体層３内に設けられたベース電極４とを有する縦型トランジスタ部、及び、ベース電極４とベース電圧電源端子７との間に設けられた抵抗部６、を有する。抵抗部６は、コレクタ電極１と同じ材料からなりベース電圧電源端子７に接続する第１電極２１と、エミッタ電極２と同じ材料からなりベース電極４に接続する第２電極２２と、有機半導体層３と同じ材料からなり第１電極２１及び第２電極２２間に挟まれた抵抗層２４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法に関する。更に詳しくは、低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、各種の回路素子への応用が容易で、製造コストを抑えた有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機電界効果型トランジスタ（ＯＦＥＴ：Organic Field Effect Transistor）は、有機半導体を印刷等の塗布プロセスで作製可能であるため、安価、フレキシブル等の特長を有している。そのため、有機電界効果型トランジスタには、フレキシブルディスプレイや、ＩＤ情報を埋め込んだタグから電磁界や電波等を用いた近距離無線通信によって情報をやりとりするＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等のように、従来のＳｉトランジスタとは異なる新たな用途が期待されている。しかし、有機電界効果型トランジスタに用いられる有機半導体はキャリア移動度が低いため、電流変調量が小さい、応答速度が遅い等の問題がある。
【０００３】
これらの問題を解決するため、例えば下記特許文献１〜４及び非特許文献１に示す態様の縦型有機トランジスタが提案されている。縦型有機トランジスタは、上下に配置したコレクタ電極とエミッタ電極との間に有機半導体層を挟み、その有機半導体層内にストライプ状のベース電極（「中間電極」ともいう。）を形成した積層構造である。そのため、有機半導体層が担うチャネル長を例えば１μｍ以下に短くできること、電極面全体を有効利用できるために高速応答や大電力化が可能となること、さらに、界面の影響を受け難くなること等のメリットがある。その結果、キャリア移動度の低い有機半導体を用いた場合であっても、低電圧での高速応答が可能になる。
【０００４】
さらに、縦型有機トランジスタは、有機半導体層を間に挟んで上下に対向するエミッタ電極とコレクタ電極とに一定電圧（コレクタ電圧）を印加した場合において、エミッタ電極と有機半導体層内に設けられたベース電極との間に電圧（ベース電圧）を印加しないときはエミッタ電極とコレクタ電極との間にほとんど電流は流れないが、エミッタ電極とベース電極との間に電圧（ベース電圧）を印加するとエミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる電流量が大幅に増加し、電流（コレクタ電流）を変調することができるという利点がある。
【０００５】
こうした電流変調は以下のメカニズムによるものと考えられている。すなわち、有機半導体層がエミッタ電極とコレクタ電極の両方に接するとともにストライプ状のベース電極間の開口部にも存在しているので、エミッタ電極とベース電極との間に電圧（ベース電圧）が印加されることによって、有機半導体層からなる開口部（ベース電極が無い部分のこと。）を流れる電流（コレクタ電流）が変調されることによると考えられている。
【０００６】
さらに、本件出願人は、この出願に先立って、前記各文献に記載の縦型有機トランジスタよりも電流変調を容易且つ効率的に変調できる、縦型有機トランジスタを提案している（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２７６１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２７５６６号公報
【特許文献３】特開２００５−２４３８７１号公報
【特許文献４】特開２００３−３２４２０３号公報
【特許文献５】特開２００９−７６８９１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】工藤一浩、「有機トランジスタの現状と将来展望」、応用物理、第７２巻、第９号、第１１５１頁〜第１１５６頁（２００３年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１〜５に記載の縦型有機トランジスタは有機半導体層内に薄いベース電極又はストライプ状のベース電極を設けているので、ベース電圧を過剰に（例えば５Ｖ以上）印加した場合、エミッタ電極からベース電極に大量の電荷が流入し、ベース電極−エミッタ電極間に短絡が生じたり、ベース電圧のＯＮ／ＯＦＦによりコレクタ電流にヒステリシスが発生じたりするおそれがあり、回路素子に応用する際の障壁となっていた。
【００１０】
図１８は、特許文献５に記載の縦型有機トランジスタ１００へのベース電圧の影響を示す模式断面図である。この縦型有機トランジスタ１００は、下側から、コレクタ電極１０１、下側有機半導体層１０３ａ、ベース電極１０４、上側有機半導体層１０３ｂ、エミッタ電極１０４の順で積層され、ベース電極１０４は、連続する絶縁性金属化合物（例えば酸化アルミニウム）と、その絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属（例えばアルミニウム）とを有する層状連続体となっている例である。
【００１１】
図１８（Ａ）はベース電圧Ｖｂがコレクタ電圧Ｖｃよりも小さい場合（Ｖｃが例えば５Ｖで、Ｖｂが例えば１Ｖ〜２Ｖ程度の場合）である。この場合、エミッタ電極１０２から供給された電荷の大半はベース電極１０４を通過してコレクタ電極１０１に到達し、エミッタ電極１０２とコレクタ電極１０１との間に流れる電流（コレクタ電流）はベース電圧Ｖｂによって変調される。一方、図１８（Ｂ）はベース電圧Ｖｂがコレクタ電圧Ｖｃと同程度以上の場合（Ｖｃが例えば５Ｖで、Ｖｂが例えば５Ｖ以上の場合）である。この場合、エミッタ電極１０２から供給された電荷はベース電極１０４にリーク電流として流入し、コレクタ電極１０１に到達する電荷が減少する。その結果、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗が急激に低下して短絡が生じたり、ベース電圧ＶｂのＯＮ／ＯＦＦによりコレクタ電流にヒステリシスが生じるおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、各種の回路素子への応用が容易で、製造コストを抑えた有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明に係る有機トランジスタは、コレクタ電極と、エミッタ電極と、両電極間に設けられた有機半導体層と、該有機半導体層内に設けられたベース電極とを有する縦型トランジスタ部、及び、前記ベース電極とベース電圧電源端子との間に設けられた抵抗部、を有することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ベース電極とベース電圧電源端子との間に設けた抵抗部により、ベース電圧を高くした場合に起こるベース電極へのリーク電流の発生を抑制することができる。その結果、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗の急激な低下を防ぐので、短絡やヒステリシスの発生を防ぐことができる。
【００１５】
このときの抵抗部の抵抗値は、電流増幅を生じさせるベース電圧印加時におけるベース電極−エミッタ電極間の抵抗値よりも大きく、リーク電流が生じるおそれのあった高いベース電圧印加時におけるベース電極−エミッタ電極間の抵抗値よりも小さいことが好ましい。その結果、電流増幅を生じさせるベース電圧印加時には、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗（有機半導体層の抵抗）が抵抗部の抵抗よりも十分に大きいため、抵抗部での電圧降下が起こらず、抵抗部の挿入による駆動電圧の増加が起きない。一方、リーク電流が生じるおそれのあった高いベース電圧印加時には、抵抗部によりリーク電流の流入を抑制することができる。したがって、この発明によれば、抵抗部を設けたことによって、動作電圧の増加を伴わず、耐電圧を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記抵抗部は、前記コレクタ電極と同じ材料からなり前記ベース電圧電源端子に接続する第１電極と、前記エミッタ電極と同じ材料からなり前記ベース電極に接続する第２電極と、前記有機半導体層と同じ材料からなり前記第１電極及び第２電極間に挟まれた抵抗層とを有する。
【００１７】
この発明によれば、抵抗部を構成する第１電極、第２電極及び抵抗層が、縦型トランジスタ部を構成するコレクタ電極、エミッタ電極及び有機半導体層とそれぞれ同じ材料からなるので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造可能な有機トランジスタとなる。
【００１８】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記コレクタ電極が基板上に形成されてコレクタ電圧電源端子に接続され、前記エミッタ電極が前記有機半導体層上に形成されてグラウンド端子に接続され、前記第１電極が前記基板上に形成されて前記ベース電圧電源端子に接続されていてもよい。
【００１９】
この発明によれば、縦型トランジスタ部は、基板上にコレクタ電極、有機半導体層及びエミッタ電極の順で形成され、抵抗部は、基板上に第１電極、抵抗層及び第２電極の順で形成されている。
【００２０】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記第１電極とともに前記抵抗層を挟む前記第２電極が、前記抵抗層上に直接設けられていてもよいし、前記ベース電極と同じ材料からなる第３電極を介して設けられていてもよい。この場合において、ベース電極と第２電極又は第３電極とが、バス電極を介して接続されていてもよい。
【００２１】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記有機半導体層が、前記ベース電極と前記コレクタ電極との間にある第１有機半導体層と、前記ベース電極と前記エミッタ電極との間にある第２有機半導体層とからなり、前記抵抗層が、前記第１有機半導体層と同一の材料からなる層を有する。
【００２２】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記ベース電極が、連続する絶縁性金属化合物と、該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有する層状連続体である。
【００２３】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記ベース電極が、メッシュ状の導体である。
【００２４】
上記課題を解決する本発明に係る第１の回路素子は、上記本発明に係る有機トランジスタを有することを特徴とする。
【００２５】
この第１の回路素子に係る発明によれば、低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、且つ製造コストを抑えた回路素子を提供できる。
【００２６】
上記課題を解決する本発明に係る第２の回路素子は、上記本発明に係る有機トランジスタがさらに抵抗部又は非線形電流電圧特性部を有し、該抵抗部又は非線形電流電圧特性部は、前記コレクタ電極と同じ材料からなり該コレクタ電極に接続する第４電極と、前記エミッタ電極と同じ材料からなり該エミッタ電極に接続しない第５電極と、前記有機半導体層と同じ材料からなり前記第４電極及び第５電極間に挟まれた第２抵抗層とを有することを特徴とする。
【００２７】
この第２の回路素子に係る発明によれば、抵抗部又は非線形電流電圧特性部を構成する第４電極、第５電極、及び第２抵抗層が、縦型トランジスタ部を構成するコレクタ電極、エミッタ電極、及び有機半導体層とそれぞれ同じ材料からなるので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造可能な回路素子となる。なお、本願において、「非線形電流電圧特性部」とは、電極から抵抗層への電荷注入度合いによって電流の立ち上がり電圧（閾値電圧）が異なる非線形な電流−電圧特性を持つ部分」のことであり、ダイオード類似の機能部である。
【００２８】
上記課題を解決するための本発明に係る有機トランジスタの製造方法は、縦型トランジスタ部と抵抗部とを有する有機トランジスタの製造方法であって、
前記縦型トランジスタ部の作製工程は、コレクタ電極が形成された基板上に第１有機半導体層を形成する工程、前記第１有機半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース電極上に第２有機半導体層を形成する工程、及び、前記第２有機半導体層上にエミッタ電極を形成する工程、をその順で有し、
前記抵抗部の作製工程は、前記コレクタ電極と同じ材料からなる第１電極が形成された基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する抵抗層を形成する工程、及び、前記抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１有機半導体層と前記抵抗層の全部又は一部とを同時に形成し、前記エミッタ電極と前記第２電極とを同時に形成することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、第１有機半導体層と抵抗層の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極と第２電極とを同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。
【００３０】
本発明に係る有機トランジスタの製造方法において、前記エミッタ電極をグラウンド端子に接続し、前記コレクタ電極をコレクタ電圧電源端子に接続し、前記第１電極をベース電圧電源端子に接続し、前記第２電極を前記ベース電極に接続する。
【００３１】
上記課題を解決するための本発明に係る回路素子の製造方法は、縦型トランジスタ部と、第１抵抗部と、第２抵抗部又は非線形電流電圧特性部とを有する回路素子の製造方法であって、
前記縦型トランジスタ部の作製工程は、コレクタ電極が形成された基板上に第１有機半導体層を形成する工程、前記第１有機半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース電極上に第２有機半導体層を形成する工程、及び、前記第２有機半導体層上にエミッタ電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１抵抗部の作製工程は、前記コレクタ電極と同じ材料からなる第１電極が形成された前記基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する第１抵抗層を形成する工程、及び、前記第１抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第２抵抗部又は前記非線形電流電圧特性部の作製工程は、前記コレクタ電極と接続するとともに該コレクタ電極と同じ材料からなる第４電極が形成された前記基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する第２抵抗層を形成する工程、及び、前記第２抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第５電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１有機半導体層と前記第１抵抗層の全部又は一部と前記第２抵抗層の全部又は一部とを同時に形成し、前記エミッタ電極と前記第２電極と前記第５電極とを同時に形成することを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、第１有機半導体層と第１抵抗層の全部又は一部と第２抵抗層の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極と第２電極と第５電極とを同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。
【００３３】
本発明に係る回路素子の製造方法において、前記エミッタ電極をグラウンド端子に接続し、前記第４電極を出力電圧端子に接続し、前記第１電極を入力電圧端子に接続する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る有機トランジスタによれば、ベース電極とベース電圧印加端子との間に設けた抵抗部により、ベース電圧を高くした場合に起こるベース電極へのリーク電流の発生を抑制することができる。その結果、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗の急激な低下を防ぐので、短絡やヒステリシスの発生を防ぐことができ、動作電圧の増加を伴わず、耐電圧を向上させることができる。
【００３５】
本発明に係る第１の回路素子によれば、低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、且つ製造コストを抑えた回路素子を提供できる。また、第２の回路素子によれば、抵抗部又は非線形電流電圧特性部を構成する第４電極、第５電極、及び第２抵抗層が、縦型トランジスタ部を構成するコレクタ電極、エミッタ電極、及び有機半導体層とそれぞれ同じ材料からなるので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造可能な回路素子となる。
【００３６】
本発明の有機トランジスタの製造方法によれば、第１有機半導体層と抵抗層の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極と第２電極とを同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。その結果、製造された有機トランジスタの製造コストを低減することができる。
【００３７】
本発明に係る回路素子の製造方法によれば、第１有機半導体層と第１抵抗層の全部又は一部と第２抵抗層の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極と第２電極と第５電極とを同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。その結果、製造された回路素子の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る有機トランジスタの基本的な構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明に係る有機トランジスタにおいて、ベース電圧がコレクタ電圧よりも小さい場合の電荷の流れ（Ａ）と、ベース電圧がコレクタ電圧以上の場合の電荷の流れ（Ｂ）を説明する模式断面図である。
【図３】本発明に係る有機トランジスタの第１実施形態を示す模式断面図である。
【図４】本発明に係る有機トランジスタの第２実施形態を示す模式断面図である。
【図５】本発明に係る有機トランジスタの第３実施形態を示す模式断面図である。
【図６】本発明に係る有機トランジスタの第４実施形態を示す模式断面図である。
【図７】本発明に係る有機トランジスタの第５実施形態を示す模式断面図である。
【図８】本発明に係る有機トランジスタを構成する各層の配置例を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図９】本発明に係る回路素子の例を示す回路図である。
【図１０】本発明に係る回路素子を構成する各層の配置例を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図１１】回路素子の応用例（リングオシレータ）の回路図である。
【図１２】回路素子の他の応用例（アンプ）の回路図である。
【図１３】層状連続体の形成工程を示す説明図である。
【図１４】実験例１で得られた電流変調特性を示すグラフである。
【図１５】実験例２で得られた入出力電圧特性を示すグラフである。
【図１６】実験例３で得られた電流変調特性を示すグラフである。
【図１７】実験例４で得られた入出力電圧特性を示すグラフである。
【図１８】従来の有機トランジスタにおいて、ベース電圧がコレクタ電圧よりも小さい場合の電荷の流れ（Ａ）と、ベース電圧がコレクタ電圧以上の場合の電化の流れ（Ｂ）を説明する模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明に係る有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法について、図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を有すれば種々の変形が可能であり、以下に具体的に示す実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
［有機トランジスタ及びその製造方法］
（基本構成）
有機トランジスタ１０は、図１に示すように、コレクタ電極１と、エミッタ電極２と、両電極１，２間に設けられた有機半導体層３と、有機半導体層３内に設けられたベース電極４とを有する縦型トランジスタ部５、及び、ベース電極４とベース電圧電源端子７との間に設けられた抵抗部６、を有する。
【００４１】
図１では、有機トランジスタ１０は基板１１上に設けられている。有機半導体層３は、ベース電極４とコレクタ電極１との間にある第１有機半導体層３ａ（下側有機半導体層）と、ベース電極４とエミッタ電極２との間にある第２有機半導体層３ｂ（上側有機半導体層）とから構成されている。つまり、図１に示す有機トランジスタ１０は、基板１１側から、コレクタ電極１、第１有機半導体層３ａ（下側有機半導体層ともいう。）、ベース電極４、第２有機半導体層３ｂ（上側有機半導体層ともいう。）、及びエミッタ電極２の順で設けられている。
【００４２】
ベース電極４は、図１２で詳しく説明するように、連続する絶縁性金属化合物４ｂ（例えば酸化アルミニウム）と、その絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａ（例えばアルミニウム）とを有する層状連続体となっている。このベース電極４には抵抗部６が接続され、その抵抗部６はベース電圧電源端子７に接続されている。また、コレクタ電極１にはコレクタ電圧電源端子８が接続され、エミッタ電極２はグラウンド端子９に接続されている。
【００４３】
本発明に係る有機トランジスタ１０においては、コレクタ電極１とエミッタ電極２との間にコレクタ電圧Ｖｃを印加し、さらにエミッタ電極２とベース電極４との間にベース電圧Ｖｂを印加すると、そのベース電圧Ｖｂの作用により、エミッタ電極２から注入された電子が著しく加速されてベース電極４を構成する開口部（絶縁性金属化合物４ｂのみの部分）を透過し、コレクタ電極１に到達する。すなわち、ベース電圧Ｖｂの印加によってエミッタ電極−コレクタ電極間に流れる電流を変調させることができる。
【００４４】
こうした有機トランジスタ１０へのベース電圧Ｖｂの影響を説明する。図２（Ａ）はベース電圧Ｖｂがコレクタ電圧Ｖｃよりも小さい場合（Ｖｃが例えば５Ｖで、Ｖｂが例えば１Ｖ〜２Ｖ程度の場合）である。この場合、エミッタ電極２から供給された電荷の大半はベース電極４の開口部（粒状金属４ａの無い絶縁性金属化合物４ｂのみの部分。以下同じ。）を通過してコレクタ電極１０１に到達する。一方、図２（Ｂ）はベース電圧Ｖｂがコレクタ電圧Ｖｃと同程度以上の場合（Ｖｃが例えば５Ｖで、Ｖｂが例えば５Ｖ以上の場合）である。この場合も、エミッタ電極１０２から供給された電荷はベース電極４の開口部を通過してコレクタ電極１０１に到達する。いずれの場合においても、エミッタ電極１０２とコレクタ電極１０１との間に流れる電流（コレクタ電流）はベース電圧Ｖｂによって変調される。
【００４５】
なお、本発明に係る有機トランジスタ１０では、図１８に示す従来例のようなリーク電流の流入による短絡やヒステリシスは生じない。その理由は、ベース電極４とベース電圧電源端子７との間に抵抗部６が設けられているためであり、その結果、ベース電圧Ｖｂを高くした場合に起こるベース電極４へのリーク電流の発生を抑制し、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗の急激な低下を防ぐことができる。
【００４６】
このときの抵抗部６の抵抗値は、低いベース電圧印加時におけるベース電極−エミッタ電極間の抵抗値よりも大きく、高いベース電圧印加時におけるベース電極−エミッタ電極間の抵抗値よりも小さいことが好ましい。具体的には、ベース電極−エミッタ電極間に−２Ｖ〜２Ｖ程度の低いベース電圧を印加したときのベース電極−エミッタ電極間の抵抗値が１００ｋΩ〜１０ＭΩ程度であり、一方、ベース電極−エミッタ電極間に±３Ｖ〜±１０Ｖ程度の高いベース電圧を印加したときのベース電極−エミッタ電極間の抵抗値１ｋΩ以下である場合には、抵抗部６の抵抗値としては例えば１０ｋΩ〜５０ｋΩの範囲内であることが好ましい。
【００４７】
その結果、低いベース電圧印加時には、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗（有機半導体層の抵抗）が抵抗部６の抵抗よりも十分に大きいため、抵抗部６での電圧降下が起こらず、抵抗部６の挿入による駆動電圧の増加が起きない。一方、高いベース電圧印加時には、抵抗部６によりリーク電流の流入を抑制することができる。したがって、抵抗部６が設けられた有機トランジスタ１０は、動作電圧の増加を伴わず、耐電圧を向上させることができる。
【００４８】
次に、以下の第１実施形態〜第５実施形態を例示して、有機トランジスタ１０とその製造方法について説明する。
【００４９】
（第１実施形態）
最初に、有機トランジスタ１０Ａの構成について説明する。第１実施形態に係る有機トランジスタ１０Ａは、図３に示すように、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とで構成され、それらが基板１１上に隣接して一体的に設けられている。
【００５０】
縦型トランジスタ部５は、基板１１上に設けられたコレクタ電極１と、コレクタ電極１上に設けられた第１有機半導体層３ａと、第１有機半導体層３ａ上に設けられたベース電極４と、ベース電極４上に設けられた第２有機半導体層３ｂと、第２有機半導体層３ｂ上に設けられたエミッタ電極２とで構成されている。コレクタ電極１はコレクタ電圧電源端子８に接続されている。エミッタ電極２はグラウンド端子９に接続されている。
【００５１】
一方、抵抗部６は、基板１１上に設けられた第１電極２１と、第１電極２１上に設けられた抵抗層２４と、抵抗層２４上に設けられた第３電極２３と、第３電極２３上に設けられた第２電極２２とで構成されている。第１電極２１は、コレクタ電極１と同じ材料からなり、コレクタ電極１と離間した所定のパターンでベース電圧電源端子７に接続する態様で設けられている。第２電極２２は、エミッタ電極２と同じ材料からなり、エミッタ電極２と離間して設けられ、第１電極２１に対向する所定のパターンで第３電極２３上に設けられている。なお、第２電極２２は、第３電極２３を介してベース電極４に電気的に接続されている。第３電極２３は、ベース電極４と同じ材料からなり、ベース電極４が抵抗部６にも延びた態様からなるものである。抵抗層２４は、第１有機半導体層３ａと同じ材料からなり、第１有機半導体層３ａが抵抗部６にも延びた態様からなるものである。この抵抗層２４は、第１電極２１と第２電極２２（第３電極２３を介した第２電極２２）との間に設けられている。
【００５２】
抵抗部６は、いわゆる電子部品としての抵抗器であってもよく、特性的には使用可能であるが、本発明では、基板１１上に縦型トランジスタ部５と並設できるので便利である。
【００５３】
コレクタ電極１と第１電極２１を覆うように一様に形成された有機半導体材料からなる層は、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして機能し、第１電極２１上では抵抗層２４として機能する。また、第１有機半導体層３ａと抵抗層２４を覆うように一様に形成された電極材料からなる層は、第１有機半導体層３ａ上ではベース電極４として機能し、抵抗層２４上では第３電極２３として機能する。
【００５４】
なお、後で詳しく説明するが、抵抗部６を、抵抗として機能させる他、ダイオード機能に類似する非線形電流電圧特性部としても機能させることもできる。抵抗層２４は半導体特性を有する層であるので、電極２１，２２からその抵抗層２４への電荷の注入度合いを調整することができる。後述の実施例に示すように、用いる電極種によって閾値電圧がシフトしていることから、抵抗層２４への電荷の注入度合いを変化させれば、そうした抵抗部６は、ダイオードの整流性よりも寧ろ、電流の立ち上がり電圧（閾値電圧）が異なる非線形な電流−電圧特性を持つ素子ということができる（こうしたダイオード類似の機能を「非線形電流電圧特性機能」とよぶ）。例えば、有機半導体材料の種類と電極（第１電極２１，第２電極２２、第３電極２３）の種類とを調整することにより、一方の電極から抵抗層２４への電荷注入度合いと、他方の電極から抵抗層２４への電荷注入度合いを異なるものとし、電流の立ち上がり電圧（閾値電圧）を異なるものとして、ダイオード類似の非線形な電流電圧特性素子を構成できる。
【００５５】
次に、製造方法について説明する。この有機トランジスタ１０Ａは、縦型トランジスタ部５の作製工程と、抵抗部６の作製工程とを有する方法で製造できる。
【００５６】
縦型トランジスタ部５の作製工程は、コレクタ電極１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａを形成する工程、第１有機半導体層３ａ上にベース電極４を形成する工程、ベース電極４上に第２有機半導体層３ｂを形成する工程、及び、第２有機半導体層３ｂ上にエミッタ電極２を形成する工程、をその順で有する。コレクタ電極１、第１有機半導体層３ａ、ベース電極４、第２有機半導体層３ｂ及びエミッタ電極２はそれぞれ所定パターンでその順で形成されている。
【００５７】
抵抗部６の作製工程は、コレクタ電極１と同じ材料からなる第１電極２１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａと同じ材料からなる抵抗層２４を形成する工程、抵抗層２４上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有する。第１電極２１、抵抗層２４及び第２電極２２はそれぞれ所定パターンで形成されている。
【００５８】
抵抗部６の作製工程において、この第１実施形態では、第２電極２２を第３電極を２３介して抵抗層２４上に設けているが、後述の第２〜第５実施形態にように、第２電極２２を抵抗層２４上に直接設けてもよい。したがって、この第１実施形態に係る有機トランジスタ１０Ａの製造では、抵抗層形成工程後に、抵抗層２４上にベース電極４と同じ材料からなる第３電極２３を形成する工程と、その第３電極２３上にエミッタ電極２と同じ材料からなる第２電極２２を所定パターンで形成する工程をその順で有している。
【００５９】
この製造方法では、第１有機半導体層３ａと抵抗層２４の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極２と第２電極２２とを同じ材料で同時に形成することにより、第１実施形態の有機トランジスタ１０Ａを得ることができる。なお、「第１有機半導体層３ａと抵抗層２４の全部又は一部とを同時に形成し」とは、抵抗層２４の全部を第１有機半導体層３ａの形成と同時に第１有機半導体層３ａと同じ材料で形成している場合（図３の第１実施形態）と、抵抗層２４の一部を第１有機半導体層３ａの形成と同時に第１有機半導体層３ａと同じ材料で形成し、他の一部を第２有機半導体層３ｂと同時に第２有機半導体層３ｂと同じ材料で形成している場合（図６の第４実施形態）を含む意味である。
【００６０】
また、基板１１は、コレクタ電極１と第１電極２１が既に形成されたものを用いてもよいし、何も形成されていないものを用いてもよい。何も形成されていない基板１１を用いる場合は、第１有機半導体層３ａと抵抗層２４の形成工程の前に、基板１１上にコレクタ電極１と第１電極２１を形成する。この第１実施形態では、基板１１上に、コレクタ電極１と第１電極２１とが同じ材料で同時にパターン形成されていることが好ましい。
【００６１】
したがって、第１実施形態に係る有機トランジスタ１０Ａは、（ア）基板１１上に電極層を形成し、その電極層をパターニングして所定パターンのコレクタ電極１と第１電極２１を形成する工程、（イ）コレクタ電極１と第１電極２１を覆うように有機半導体材料からなる層を形成し、コレクタ電極１上の層（有機半導体材料層）を第１有機半導体層３ａとし、第１電極２１上の層（有機半導体材料層）を抵抗層２４とする工程、（ウ）その層（第１有機半導体層３ａ及び抵抗層２４）上にベース電極材料からなる電極層を形成し、第１有機半導体層３ａ上の電極層をベース電極４とし、抵抗層２４上の電極層を第３電極２３とする工程、（エ）ベース電極４上のみに第２有機半導体層３ｂを形成する工程、（オ）エミッタ電極材料からなる電極層を第２有機半導体層３ｂ上に形成してエミッタ電極２とするとともに、同じエミッタ電極材料からなる電極層を第３電極２３上に形成して第２電極２２とする工程、をその順で有している。エミッタ電極２と第２電極２２とを同時に形成することが好ましい。
【００６２】
こうした製造方法によれば、抵抗部６を構成する第１電極２１、抵抗層２４、第３電極２３及び第２電極２２を、縦型トランジスタ部５を構成するコレクタ電極１、第１有機半導体層３ａ、ベース電極４及びエミッタ電極２とそれぞれ同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。
【００６３】
（第２〜第５実施形態）
第２〜第５実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｂ〜１０Ｅは、図４〜図７に示すように、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とを離間して設け、縦型トランジスタ部５を構成するベース電極４と抵抗部６を構成する第２電極２２（又は第３電極２３を経由した第２電極２２）とをバス電極２５を介して接続している。この点が、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とを連続して隣接させてなる第１実施形態の有機トランジスタ１０Ａとは異なっている。
【００６４】
バス電極２５は、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びそれらのナノ粒子等の低抵抗の金属材料をパターン形成して基板１１に設ける。こうした材料からなる導電性の良いバス電極２５がベース電極４と第２電極２２とを接続するので、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とを基板１上の離れた場所に設けることができ、回路設計上便利である。バス電極２５は、コレクタ電極１と第１電極２１の形成工程前に形成してもよいし、その形成工程後で有機半導体材料からなる層（第１有機半導体層３ａ、抵抗層２４）の形成工程前に形成してもよい。
【００６５】
第２実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｂは、図４に示すように、第１実施形態と同様に、順次、コレクタ電極１と第１電極２１を同じ材料で同時にパターン形成し、第１有機半導体層３ａと抵抗層２４を同じ材料で同時にパターン形成し、ベース電極４と第３電極２３を同じ材料で同時にパターン形成し、第２有機半導体層３ｂのみ縦型トランジスタ部５に単独でパターン形成し、エミッタ電極２と第２電極２２を同じ材料で同時にパターン形成して、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とを形成する。その結果、従来の縦型有機トランジスタの形成工程と同じ工数で製造できるので製造上有利である。
【００６６】
縦型トランジスタ部５を構成するベース電極４と、抵抗部６を構成する第２電極２２との電気的な接続は、図４に示すように、予め基板１１上にパターン形成されたバス電極２５にベース電極４と第２電極２２とを接触させるようにパターン形成して行う。
【００６７】
第３実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｃは、図５に示すように、第３電極２３を設けていない以外は上記第２実施形態の有機トランジスタ１０Ｂと同じである。そして、その製造は、第２実施形態の場合と比較して、（１）ベース電極４を縦型トランジスタ部５のみに単独でパターン形成し、（２）第２電極２２をエミッタ電極２の形成と同時にそのエミッタ電極２と同じ材料で抵抗層２４上に直接且つバス電極２５に電気的に接続するようにパターン形成する。
【００６８】
第４実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｄは、図６に示すように、抵抗層２４を、縦型トランジスタ部５を構成する第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂとで構成した以外は上記第３実施形態の有機トランジスタ１０Ｃと同じである。そして、その製造は、第３実施形態の場合と比較して、縦型トランジスタ部５を構成する第２有機半導体層３ｂの形成と同時にその第２有機半導体層３ｂと同じ材料で抵抗部６の抵抗層（第１有機半導体層３ａと同じ材料からなる層）上にパターン形成し、２層（第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂ）構造の抵抗層２４を形成する。
【００６９】
第５実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｅは、図７に示すように、抵抗層２４を、縦型トランジスタ部５を構成する第２有機半導体層３ｂのみで構成した以外は上記第３実施形態の有機トランジスタ１０Ｃと同じである。そして、その製造は、第３実施形態の場合と比較して、縦型トランジスタ部５を構成する第２有機半導体層３ｂの形成と同時にその第２有機半導体層３ｂと同じ材料で抵抗部６の第１電極２１上に形成して抵抗層２４を形成する。このとき、第１電極２１上には第１有機半導体層３ａは形成されておらず、第２有機半導体層３ｂのみが抵抗層２４として形成されている。
【００７０】
次に、有機トランジスタ１０Ｆを構成する各層の配置例について説明する。図８は、その一例を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【００７１】
縦型トランジスタ部５においては、コレクタ電極１とエミッタ電極２が平面視で重複部分Ｓ１を有するように対向して設けられている。ベース電極４と有機半導体層３ａと有機半導体層３ｂは、通常、その重複部分Ｓ１を平面視で含み且つその重複部分Ｓ１よりも大きい面積で形成されている。こうして構成された縦型トランジスタ部５においては、その重複部分Ｓ１が電流変調を担う領域となる。
【００７２】
また、抵抗部６においては、第１電極２１と第２電極２２が平面視で重複部分Ｓ２を有するように対向して設けられている。抵抗層２４は、通常、その重複部分Ｓ２を平面視で含み且つその重複部分Ｓ２よりも大きい面積で形成されている。その結果、その重複部分Ｓ２が抵抗となり、重複部分Ｓ２の面積を変化させれば任意の抵抗値を得ることができる。
【００７３】
図８（Ｂ）においては、有機半導体層（第１有機半導体層３ａ、第２有機半導体層３ｂ、抵抗層２４）は省略しているが、その有機半導体層は、少なくとも重複部分Ｓ１及びＳ２よりも大きく、且つ、上下に対向配置された電極が接触しないように少なくとも一方の電極の面積よりも大きく形成されている。
【００７４】
なお、図８に示す実施形態は、ベース電極４が縦型トランジスタ部５にのみ設けられ、第２電極２１がベース電極４の端部上に重なる態様で抵抗部６にのみ設けられ、そのベース電極４と第２電極２２とは重なり部分２６で電気的に接続されている。この点は、ベース電極４が抵抗部６にまで延びている第１実施形態とは異なる。
【００７５】
［回路素子及びその製造方法］
（構成）
次に、本発明に係る回路素子について説明する。本発明に係る回路素子５０は、図９の回路図と図１０の断面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）とに示すように、少なくとも上記本発明に係る有機トランジスタ１０を有する。具体的には、図９（Ａ）に示すように、縦型トランジスタ部５と抵抗部（第１抵抗部）６とを少なくとも有する有機トランジスタ１０が、さらに抵抗部（以下、第２抵抗部という。）３０又は非線形電流電圧特性部４０を有する。なお、図中、ＶDDは電源電圧であり、ＶOUTは出力電圧であり、ＶINは入力電圧である。また、符号３５は出力電圧端子であり、符号３６は入力電圧端子であり、符号３７は電源電圧端子である。
【００７６】
図１０に示す回路素子５０において、縦型トランジスタ部５と第１抵抗部６とを有する有機トランジスタについては、図３〜図８を用いて説明した内容と同じであり、ここではその説明を省略する。
【００７７】
第２抵抗部３０は、基板１１上に設けられた第４電極３１と、第４電極３１上に設けられた第２抵抗層３３と、第２抵抗層３３上に設けられた第５電極３２とで構成されている。
【００７８】
第４電極３１は、コレクタ電極１と同じ材料からなり、コレクタ電極１に電気的に接続するように設けられている。この第４電極３１は、コレクタ電極１と一体化したものであってもよいし、別体で形成されたものであってもよいが、コレクタ電極１と一体化した所定パターンでコレクタ電極１と同時に形成されることが好ましい（図１０（Ａ）参照）。なお、第４電極３１は、出力電圧端子３５に接続する態様で設けられている。
【００７９】
第５電極３２は、エミッタ電極２と同じ材料からなり、エミッタ電極２ともベース電極４とも離間して設けられ、第４電極３１に対向する所定のパターンで第２抵抗層３３上に設けられている。なお、第５電極３２は、ＶDD端子３７に接続する態様で設けられている。
【００８０】
第２抵抗層３３は、第１有機半導体層３ａと同じ材料からなり、第１有機半導体層３ａが第２抵抗部３０にも延びた態様からなるものである。この第２抵抗層３３は、第４電極３１と第５電極３２との間に挟まれた態様で設けられている。第４電極３１とコレクタ電極１と第１電極２１を覆うように一様に形成された有機半導体材料からなる層は、図１０（Ａ）に示すように、第４電極３１上では第２抵抗層３３として機能し、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして機能し、第１電極２１上では第１抵抗層２４として機能する。
【００８１】
回路素子５０を構成する各層の配置例を図１（Ｂ）に示すが、縦型トランジスタ部５と第１抵抗部６については、図８（Ｂ）で説明した内容と同じであるのでその説明は省略する。
【００８２】
第２抵抗部３０においては、第４電極３１と第５電極３２が平面視で重複部分Ｓ３を有するように対向して設けられている。第２抵抗層３３は、通常、その重複部分Ｓ３を平面視で含み且つその重複部分Ｓ３よりも大きい面積で形成されている。その結果、その重複部分Ｓ３が抵抗となり、重複部分Ｓ３の面積を変化させれば任意の抵抗値を得ることができる。
【００８３】
図１０（Ｂ）においては、有機半導体層（第１有機半導体層３ａ、第２有機半導体層３ｂ、第１抵抗層２４、第２抵抗層３３）は省略しているが、その有機半導体層は、少なくとも重複部分Ｓ１、Ｓ２及びＳ３よりも大きく、且つ、上下に対向配置された電極が接触しないように少なくとも一方の電極の面積よりも大きく形成されている。
【００８４】
こうした第２抵抗部３０は、非線形電流電圧特性部４０としても機能させることができる。有機半導体材料からなる層は半導体特性を有する層である。こうした層を第２抵抗層３３とするためには、上下に配置された第４電極３１と第５電極３２との重複部分Ｓ３の面積を規定すれば所定の抵抗値を有する抵抗として機能させることができる。一方、有機半導体材料からなる第２抵抗層３３への電荷の注入度合いは、有機半導体材料の種類と電極（第４電極３１と第５電極３２）の種類とで可変できる。したがって、一方の電極から第２抵抗層３３への電荷注入度合いと、他方の電極から第２抵抗層３３への電荷注入度合いを異なるものとすれば、一方向のみに電流を流す整流機能を持たせることができ、ダイオード類似の非線形電流電圧特性として機能させることができる。
【００８５】
例えば、第４電極３１から第２抵抗層３３への電荷注入度合いを、第５電極３２から第２抵抗層３３への電荷注入度合いよりも高くすれば、第４電極３１側から第５電極３２側に向かって順バイアスとなるように構成できる。一方、具体例として、第２抵抗層３３を構成する有機半導体材料としてペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）を用い、第４電極３１としてＩＴＯを用い、第５電極３２として銀を用いた場合には、第５電極３２の銀からペリレンへの電荷注入度合いは、第４電極３１のＩＴＯからペリレンへの電荷注入度合いよりも高いので、第５電極３１側から第４電極３２側に向かって順バイアスとなる。
【００８６】
このように、第２抵抗部３０は、用いる材料の選択により、抵抗機能とともに非線形電流電圧特性機能を有するように構成できるので、単一の第２抵抗部３０を形成するのみで、抵抗とダイオード類似の非線形電流電圧特性の２つの機能をもたせることができるという利点がある。
【００８７】
以上、この回路素子５０によれば、第２抵抗部３０又は非線形電流電圧特性部４０を構成する第４電極３１、第５電極３２、及び第２抵抗層３３が、縦型トランジスタ部５を構成するコレクタ電極１、エミッタ電極２、及び第１有機半導体層３ａを有する層とそれぞれ同じ材料からなるので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造可能な回路素子となる。
【００８８】
（製造方法）
次に、回路素子５０の製造方法について説明する。本発明に係る回路素子５０の製造方法は、縦型トランジスタ部５の作製工程と、第１抵抗部６の作製工程と、第２抵抗部３０又は非線形電流電圧特性部４０の作製工程とを有する。
【００８９】
縦型トランジスタ部５の作製工程は、コレクタ電極１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａを形成する工程、第１有機半導体層３ａ上にベース電極４を形成する工程、ベース電極４上に第２有機半導体層３ｂを形成する工程、及び、第２有機半導体層３ｂ上にエミッタ電極２を形成する工程、をその順で有する。この工程は上記した有機トランジスタ１０で説明したのと同じであるので、詳細は省略する。
【００９０】
第１抵抗部６の作製工程は、コレクタ電極１と同じ材料からなる第１電極２１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａと同じ材料からなる層を有する第１抵抗層２４を形成する工程、及び、第１抵抗層２４上にエミッタ電極２と同じ材料からなる第２電極２２を形成する工程、をその順で有する。この工程も上記した有機トランジスタ１０で説明したのと同じであり、詳細は省略する。
【００９１】
第２抵抗部３０又は非線形電流電圧特性部４０の作製工程は、コレクタ電極１と接続するとともに該コレクタ電極１と同じ材料からなる第４電極３１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａと同じ材料からなる層を有する第２抵抗層３３を形成する工程、及び、第２抵抗層３３上にエミッタ電極２と同じ材料からなる第５電極３２を形成する工程、をその順で有する。ここで、第４電極３１、第２抵抗層３３及び第５電極３２はそれぞれ所定パターンで形成されている（図１０参照）。
【００９２】
第２抵抗部３０の作製工程において、第２抵抗層３３上には通常、第５電極３２が直接設けられるが、第１抵抗部６の場合と同様、ベース電極４と同じ材料からなる電極を介して第５電極３２を設けてもよい。或いは、第２抵抗層３３への電荷注入度合いを調整する層を介して第５電極３２を設けてもよい。なお、ここでいう「電荷注入度合いを調整する層」は、第４電極３１と第２抵抗層３３との間に設けてもよいし、或いは、上記した第１抵抗部６においても、第１電極２１と第１抵抗層２４との間、又は、第２電極２２と第１抵抗層２４との間に設けてもよい。そうした層（電荷注入度合いを調整する層）としては、遷移金属酸化物、ＰＥＤＯＴ等の高分子材料からなる電荷注入層等を挙げることができる。
【００９３】
この製造方法では、第１有機半導体層３ａと第１抵抗層２４の全部又は一部と第２抵抗層３３の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極２と第２電極２２と第５電極３２とを同じ材料で同時に形成する。これにより、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。
【００９４】
したがって、図１０に例示した回路素子５０は、（ア）基板１１上に電極層を形成し、その電極層をパターニングして所定パターンのコレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１（コレクタ電極１と第５電極３２は一体形成）を形成する工程、（イ）コレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１を覆うように有機半導体材料からなる層を形成し、コレクタ電極１上の層（有機半導体材料層）を第１有機半導体層３ａとし、第１電極２１上の層（有機半導体材料層）を第１抵抗層２４とし、第４電極３１上の層（有機半導体材料層）を第２抵抗層３３とする工程、（ウ）第１有機半導体層３ａ上にベース電極材料からなる電極層を形成し、所定パターンのベース電極４とする工程、（エ）ベース電極４上のみに第２有機半導体層３ｂを形成する工程、（オ）エミッタ電極材料からなる電極層を第２有機半導体層３ｂ上に形成してエミッタ電極２を形成し、同じエミッタ電極材料からなる電極層を第１抵抗層２４上に形成して第２電極２２を形成し、同じエミッタ電極材料からなる電極層を第２抵抗層３３上に形成して第５電極３２を形成する工程、をその順で有している。
【００９５】
この場合、エミッタ電極２と第２電極２２と第５電極３２とは同時に形成される。また、エミッタ電極２はグラウンド端子９に接続され、第４電極３１は出力電圧端子３５に接続され、第１電極２１は入力電圧端子３６に接続され、第５電極３２は電源電圧端子３７に接続される。
【００９６】
（応用例）
図１１は、本発明に係る回路素子を複数用いたリングオシレータ６０である。リングオシレータ６０は、全体として負のゲインを持つ複数個（奇数個）の遅延要素をリング状に結合した発振回路である。遅延要素は、本発明の回路素子で構成した奇数個のＮＯＴゲート（インバータ５０Ａ…５０Ｎ）である。各インバータ５０Ａ，５０Ｂ…の出力は鎖状に別のインバータに入力され、最後のインバータ５０Ｎの出力は最初のインバータ５０Ａに入力される。各インバータは有限の遅延時間をもち、最初のインバータ５０Ａへの入力から有限の遅延時間後に最後のインバータ５０Ｎが最初のインバータ５０Ａへの入力の論理否定を出力し、これが再び最初のインバータ５０Ａに入力される。このプロセスが繰り返されて発振する。
【００９７】
図１２は、本発明に係る回路素子を用いたアンプ７０である。アンプ７０は、例えばＭＰ３プレーヤーを入力側に接続し、スピーカーを出力側に接続することで、入力した音声信号を増幅し、スピーカーから出力することができる。
【００９８】
［各層の構成］
以下、本発明の有機トランジスタ及び回路素子を構成する各層について順に説明する。
【００９９】
（各電極）
電極としては、コレクタ電極１、エミッタ電極２、ベース電極４、第１電極２１、第２電極２２、第４電極３１、第５電極３２及びバス電極２５がある。これらのうち、コレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１は同じコレクタ電極材料で形成される。また、エミッタ電極２と第２電極２２と第５電極３２は同じエミッタ電極材料で形成される。なお、ベース電極４は別の電極材料で形成されるので後述する。
【０１００】
コレクタ電極材料及びエミッタ電極材料としては、金属、導電性酸化物、導電性高分子等の薄膜が用いられる。
【０１０１】
コレクタ電極材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等を挙げることができる。一方、有機半導体層３が後述する電子輸送性の有機化合物からなる場合、エミッタ電極材料としては、アルミ、銀等の単体金属、ＭｇＡｇ等のマグネシウム合金、ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ等のアルミニウム合金、Ｌｉ、Ｃａをはじめとするアルカリ金属類、それらアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を挙げることができる。なお、有機半導体層３が後述する正孔輸送性の有機化合物からなる場合には、エミッタ電極材料として、金、クロムのような仕事関数の大きな金属を用いる。
【０１０２】
コレクタ電極材料は基板１１上に電極層として形成され、その後所定パターンにパターニングして各電極（コレクタ電極１、第１電極２１、第４電極３１）を形成する。電極層の形成方法は、コレクタ電極材料の種類と基板１１の種類や耐熱性等とを考慮し、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等や、塗布法等から任意に選択される。コレクタ電極材料を用いた各電極の厚さは、通常、１０〜１０００ｎｍである。
【０１０３】
エミッタ電極材料は、第２有機半導体層３ｂ上、抵抗層２４（第１抵抗層２４）上、又は第２抵抗層３３上に電極層として形成され、その後所定パターンにパターニングして各電極（エミッタ電極２、第２電極２２、第５電極３２）を形成する。電極層の形成方法は、エミッタ電極材料の種類と有機半導体層（第２有機半導体層３ｂ、抵抗層２４、第２抵抗層３３）の種類や耐熱性等とを考慮し、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等や、塗布法等から任意に選択される。エミッタ電極材料を用いた各電極の厚さは、通常、１０〜１０００ｎｍである。
【０１０４】
バス電極材料としては、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びそれらのナノ粒子等の低抵抗の金属材料が挙げられ、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布法等で形成される。バス電極材料を用いたバス電極２５の厚さは、通常、１０〜１０００ｎｍである。
【０１０５】
（有機半導体層）
有機半導体材料層３（第１有機半導体層３ａ、第２有機半導体層３ｂ）及びそれと同じ有機半導体材料からなる層（第１抵抗層２４、第２抵抗層３３）を形成する有機半導体材料としては、種々の電荷輸送性の有機半導体材料を挙げることができる。
【０１０６】
有機半導体層３には、第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂがあるが、例えば、（ｉ）第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂとを１種又は２種以上の同じ材料で形成しても、１種又は２種以上の異なる材料で形成してもよいし、（ｉｉ）その材料が正孔輸送材料であっても電子輸送材料であってもよいし、（ｉｉｉ）第１有機半導体層３ａの厚さと第２有機半導体層３ｂの厚さとが同じでも異なっていてもよいし、（ｉｖ）電荷注入層（図示しない）を有機半導体層３とエミッタ電極２ないしコレクタ電極１との間に有するものであってもよい。
【０１０７】
また、第１抵抗層２４と第２抵抗層３３は、第１有機半導体層３ａを構成する有機半導体材料が通常用いられるが、第２有機半導体層３ｂを構成する有機半導体材料であってもよいし、第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂとを積層したものであってもよい。
【０１０８】
有機半導体材料としては、例えば、Ａｌｑ３（トリス８−キノリノラトアルミニウム錯体）、ｎ型有機半導体であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）、フラーレンＣ６０、ＮＴＣＤＡ（ナフタレンテトラカルボン酸二無水物）、ＰＴＣＤＡ（３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物）若しくはＰｈ−Ｅｔ−ＰＴＣ等を好ましく挙げることができ、また、アントラキノジメタン、フルオレニリデンメタン、テトラシアノエチレン、フルオレノン、ジフェノキノンオキサジアゾール、アントロン、チオピランジオキシド、ジフェノキノン、ベンゾキノン、マロノニトリル、ニジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸、又はこれらの誘導体等、電荷輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。
【０１０９】
第１有機半導体層３ａの厚さは、通常、１０ｎｍ〜３μｍ程度を挙げることができるが、好ましくは５０ｎｍ〜７００ｎｍ程度である。なお、その厚さが１０ｎｍ未満の場合又は３μｍを超える場合は、トランジスタが動作しないことがある。一方、第２有機半導体層３ｂの厚さは、第１有機半導体層３ａに比べて基本的に薄いことが望ましく、通常、５００ｎｍ程度以下を挙げることができるが、好ましくは１０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。その厚さが１０ｎｍ未満の場合は、導通の問題が発生して歩留まりが低下することがある。
【０１１０】
コレクタ電極１上への第１有機半導体層３ａの形成は、有機半導体材料の材質や特性等を考慮し、塗布法や蒸着法等から任意に選択される。また、ベース電極４と第２有機半導体層３ｂとの間に、又はベース電極４の両面に、漏れ電流を抑制するため、例えば酸化ケイ素膜等を設けてもよい。また、有機半導体材料からなる層の上にエミッタ電極２や第２電極２２、第５電極３２を形成する場合は、電極形成時に有機半導体材料からなる層に加わるダメージを軽減するための保護層設けてもよい。保護層としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜やＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の無機半導体膜等の蒸着膜又はスパッタ膜のように、成膜時にダメージを与え難いものが１〜５００ｎｍ程度の厚さで予め成膜されることが好ましい。
【０１１１】
第１抵抗層２４と第２抵抗層３４の抵抗は、既述したように、各抵抗層を挟む電極の重複部分Ｓ２，Ｓ３の面積でコントロールできる。したがって、有機半導体材料層の半導体特性等を考慮して所定パターンで電極を形成すれば、希望する抵抗を得ることができる。
【０１１２】
（ベース電極）
ベース電極４は、図１３に示すように、粒状金属４ａと、その粒状金属４ａを内部に有する絶縁性金属化合物４ｂとで構成されている層状連続体である。言い換えると、ベース電極４は、連続する絶縁性金属化合物４ｂと、絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを有する。絶縁性金属化合物４ｂは、粒状金属４ａを内部に有した形態で横方向に層状に設けられている。詳しくは、絶縁性金属化合物４ｂは、粒状金属４ａの全体を取り巻くように設けられているとともに、横方向には層状に一様に形成されている。
【０１１３】
このベース電極４では、層状連続体４の横方向に粒状に分布する粒状金属４ａが、エミッタ電極２から供給された電荷をコレクタ電極１側の第１有機半導体層３ａ内に強制的に供給する電極として作用する。粒状金属４ａの形態は特に限定されないが、通常は円形又は略円形（楕円形等を含む）又はそれらに類似の形態である。円形又は略円形からなる粒状金属４ａの平均直径は、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が特に好ましい。こうした範囲の粒状金属４ａは著しく微細なので、その粒状金属４ａの周りに形成されて電流の透過部（開口部）として作用する絶縁性金属化合物４ｂを、ベース電極４内に多く（高い密度で）形成することができる。その結果、エミッタ電極２とベース電極４との間に印加した電圧Ｖｂによって、エミッタ電極２とコレクタ電極１との間を流れる電流Ｉｃを効率的に変調することができる。
【０１１４】
粒状金属４ａの厚さは特に限定されず、例えば５ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍ程度を挙げることができる。なお、後述で説明するように、所定粒径の金属粒４”からなる金属膜４’（図１３（Ａ）参照）を酸化等の化学反応により粒状金属４ａとする場合には、粒状金属４ａの厚さは２ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることが好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍ程度であることがより好ましい。こうした厚さからなる粒状金属４ａは、ベース電極４の横方向に粒状に分布することができる。
【０１１５】
粒状金属４ａの材質は導電性の金属であれば特に限定されないが、好ましくは導電性のよいアルミニウム又は銅等が採用される。特にアルミニウムは、酸化反応によって容易に酸化アルミニウムとすることができ、その酸化アルミニウムが絶縁性金属化合物４ｂとなるので便利である。しかも、その酸化アルミニウムは、酸化の進行がある程度進むと停止するという性質を有するので、粒状金属４ａの大きさと絶縁性金属化合物４ｂの厚さをおよそ１０ｎｍ以下の範囲内にコントロールすることができるという利点がある。
【０１１６】
絶縁性金属化合物４ｂとしては、例えば酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化銅等を挙げることができる。絶縁性金属化合物４ｂを構成する金属は特に限定されないが、通常は、粒状金属４ａを構成する金属と同じである。したがって、例えば粒状金属４ａがアルミニウムである場合には、絶縁性金属化合物４ｂはアルミニウム化合物（例えば酸化アルミニウム等）である。特に、絶縁性金属化合物４ｂが、粒状金属４ａを構成する金属の酸化物又は酸窒化物又はそれらの複合化合物であることが好ましい。こうすることにより、絶縁性金属化合物４ｂを構成する金属成分と、粒状金属４ａを構成する金属成分とが同じであるので、例えば、薄膜状の金属膜を成膜した後に酸素や窒素等の反応ガスを導入して化学反応させることによって、ベース電極４を構成する絶縁性金属化合物４ｂを容易に形成することができる。
【０１１７】
絶縁性金属化合物４ｂの厚さは特に限定されないが、金属粒４”からなる金属膜４’を酸化等して絶縁性金属化合物４ｂを形成する場合には、少なくとも粒状金属４ａが所定の大きさで必ず残存する程度の厚さであることが必要であり、例えばその厚さとしては０．１ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍを例示できる。この場合における厚さは、少なくとも、粒状金属４ａの周りに形成された厚さを指している。
【０１１８】
なお、絶縁性金属化合物４ｂ内に分布している粒状金属４ａは、前記のようにそれぞれの金属部分が接触せずに繋がっていない態様で分布していてもいなくてもよいが、それぞれの金属部分が接触して繋がっている態様で分布していてもよい。それぞれの金属部分が接触している場合は、粒状金属４ａ，４ａ間で電流が流れて電気導電性を確保できる。また、それぞれの金属部分が接触していない場合は、粒状金属４ａの周囲に粒状金属４ａ，４ａ間に存在する電流の透過部としての絶縁性金属化合物４ｂの幅（隣り合う粒状金属４ａ，４ａの間隔）が上記の厚さ寸法の範囲で存在すれば、粒状金属４ａ，４ａ間ではトンネル電流が流れる等して電極としての電気導電性を確保できる。
【０１１９】
こうしたベース電極４は、先ず、第１有機半導体層３ａ上の全面に金属膜４’を真空蒸着、スパッタリング等で形成し（図１３（Ａ）参照）、次いでその金属膜４’を部分的に絶縁化させて、連続する絶縁性金属化合物４ｂと、その絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを生じさせる部分絶縁化法にて形成する（図１３（Ｂ）参照）。
【０１２０】
なお、部分絶縁化工程は、図１３（Ａ）に示すような金属粒４”からなる金属膜４’を反応ガス中で化学反応させ、図１３（Ｂ）に示すような粒状金属４ａが所定の平均直径になるまで反応を行う。化学反応させるための反応ガス雰囲気としては、酸素雰囲気、酸素窒素混合雰囲気、高湿度雰囲気下等を挙げることができるが、好ましくは酸素雰囲気であり、容易に酸化処理することができる。金属粒４”の集合体からなる金属膜４’を酸化処理することにより、金属粒４”の周りに絶縁性金属酸化物４ｂを容易に形成することができる。
【０１２１】
（基板）
基板１１の種類や構造は特に限定されるものではなく、用途に応じてフレキシブルな材質や硬質な材質等が選択される。具体的に用いることができる材料としては、例えば、Ａｌ等の金属、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。通常は、ＩＴＯ付きガラス基板やＩＴＯ付きプラスチック基板等を好ましく用いることができる。また、基板１１の形状としては、枚葉状でも連続状でもよく、具体的な形状としては、例えばカード状、フィルム状、ディスク状、チップ状等を挙げることができる。
【０１２２】
（その他）
電極形成前の基板１１上にはバリア層や平滑層等を設けてもよい。また、エミッタ電極２上には、必要に応じて、ＰＶＰ (ポリビニルピロリドン) 等からなる保護層や、酸化ケイ素や酸窒化ケイ素等からなるガスバリア層を形成してもよい。
【実施例】
【０１２３】
以下、種々の実験を行って本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の例に限定解釈されることはない。
【０１２４】
［実験例１］
図８に示す有機トランジスタ１０を作製した。先ず、厚さ１５０ｎｍの透明ＩＴＯ電極が全面に形成された厚さ１ｍｍのガラス基板１１を準備した。その透明ＩＴＯ電極を、所定パターンのコレクタ電極１と第１電極２１にパターニングした。電極パターンが形成されたガラス基板１１を真空チャンバー内にセットし、そのコレクタ電極１と第１電極２１上に、ペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）を厚さ２００ｎｍとなるように蒸着法で形成して有機半導体層を形成した。この有機半導体層は、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして作用し、第１電極２１上では抵抗層２４として作用する。
【０１２５】
次に、第１有機半導体層３ａ上に、アルミニウム金属膜を厚さ２０ｎｍとなるように真空蒸着法で形成したが、その際、その金属膜が、平均粒径３０ｎｍの多数の金属粒（グレイン）によって形成されるように蒸着レートを０．１ｎｍ／秒〜１ｎｍ／秒の範囲で設定した（実際は、1ｎｍ／秒で成膜した。）。アルミニウム金属膜を形成した素子（図１３（Ａ）参照）を大気雰囲気下で１２０℃に加温した環境に保持し、そのアルミニウム金属膜を構成する金属粒の周縁を酸化させて、粒状のアルミニウム金属と酸化アルミニウムとからなる層状連続体（ベース電極４）を形成した（図１３（Ｂ）参照）。次いで、再び真空チャンバーに戻して厚さ４０ｎｍのフラーレンＣ６０を蒸着して第２有機半導体層３ｂを形成した。
【０１２６】
次に、Ａｌをマスクを用いてパターン蒸着し、第２有機半導体層３ｂ上にはエミッタ電極２を所定パターンで形成し、抵抗層２４上には第２電極２２を所定パターンで形成した。なお、第２電極２２の端部がベース電極４の端部に重なる部分２６を有するように形成し、両者を電気的に接続した。最後に、窒素雰囲気下で封止処理を行った。封止処理は、２枚のガラスを紫外線硬化樹脂で貼り合わせることで行った。こうして有機トランジスタ１０を作製した。
【０１２７】
上記の方法で以下のサンプル１〜４を作製した。
【０１２８】
＜サンプル１＞抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×４ｍｍ）して、抵抗部６の抵抗値が１５ｋΩとなる有機トランジスタ；
＜サンプル２＞抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）して、抵抗部６の抵抗値が２０ｋΩとなる有機トランジスタ；
＜サンプル３＞抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．２ｍｍ）して、抵抗部６の抵抗値が５０ｋΩとなる有機トランジスタ；
＜サンプル４＞抵抗部６を形成しない縦型トランジスタ部５のみの有機トランジスタ。
【０１２９】
図１４は、サンプル１〜４で得られた電流変調特性を示すグラフである。測定は、２台のソース・メジャーユニットを用い、一定のコレクタ電圧（３Ｖ）を印加した状態でベース電圧を変化させたときの、コレクタ電流、ベース電流を測定することで行った。
【０１３０】
図１４に示すように、抵抗部６を形成しないサンプル４（図中の太線）の場合は、ベース電圧Ｖｂの走査に対して、ベース電圧を４Ｖ印加しただけでヒステリシスが発生した。また、ベース電圧Ｖｂを９Ｖ印加すると、ベース電極−エミッタ電極間の短絡が確認された。一方、抵抗部６を１５ｋΩとしたサンプル１（図中の破線）、２０ｋΩとしたサンプル２（図中の一点鎖線）は、コレクタ電流がサンプル４と同程度の立ち上がりを示しており、抵抗部６を加えたことによる動作電圧の増加は確認されなかった。また、ベース電圧を９Ｖ印加しても大きなヒステリシスやベース電極−エミッタ電極間の短絡は確認されなかった。抵抗部６を５０ｋΩとしたサンプル３（図中の細線）は、ヒステリシスは確認されなかったが、動作電圧が増加しており、適切な抵抗値を設定することが必要であることが分かった。
【０１３１】
［実験例２］
図９（Ａ）及び図１０に示す回路素子５０Ａを作製した。先ず、厚さ１５０ｎｍ透明ＩＴＯ電極が全面に形成された厚さ１ｍｍのガラス基板１１を準備した。その透明ＩＴＯ電極を、所定パターンのコレクタ電極１及び第４電極３１と第１電極２１とにパターニングした。ここで、コレクタ電極１と第４電極３１は図１０に示すように一体パターンで形成した。電極パターンが形成されたガラス基板１１を真空チャンバー内にセットし、そのコレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１上に、ペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）を厚さ２００ｎｍとなるように蒸着法で形成して有機半導体層を形成した。この有機半導体層は、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして作用し、第１電極２１上では第１抵抗層２４として作用し、第４電極３１上では第２抵抗層３３として作用する。
【０１３２】
次に、第１有機半導体層３ａ上に、実験例１と同様の方法でベース電極４を形成した。次いで、再び真空チャンバーに戻して厚さ４０ｎｍのフラーレンＣ６０を蒸着して第２有機半導体層３ｂを形成した。
【０１３３】
次に、Ａｇをマスクを用いてパターン蒸着し、第２有機半導体層３ｂ上にはエミッタ電極２を所定パターンで形成し、第１抵抗層２４上には第２電極２２を所定パターンで形成し、第２抵抗層３３上には第５電極３２を所定パターンで形成した。なお、第２電極２２は、その端部がベース電極４の端部に重なる部分２６を有するように形成し、両者を電気的に接続した。最後に、窒素雰囲気下で封止処理を行った。封止処理は、２枚のガラスを紫外線硬化樹脂で貼り合わせることで行った。こうして回路素子５０Ａ（図９（Ａ）参照）を作製した。
【０１３４】
得られた回路素子５０Ａにおいて、第１抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）して、第１抵抗部６の抵抗値を２０ｋΩとした。また、第２抵抗層３３を上下に挟む第４電極３１と第５電極３２との重複部分Ｓ３の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）して、第２抵抗部３０の抵抗値を２０ｋΩとした。
【０１３５】
図１５は、得られた回路素子５０Ａの入出力電圧特性を示すグラフである。測定は、３台のソース・メジャーユニットを用い、一定のＶDDを印加しながら入力電圧を変化させたときの出力電圧を観測することで行った。図示のように、入力電圧を増加させることで、出力電圧が減少しており、基本論理演算回路の一つであるインバータ回路として動作していることが確認された。
【０１３６】
［実験例３］
実験例１の有機トランジスタ１０において、その抵抗部６に非線形電流電圧特性機能を併せ持たせた有機トランジスタ１０（図８参照）を作製した。先ず、実験例１と同様にして、ガラス基板１１にパターン形成したコレクタ電極１と第１電極２１上に、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして作用し、第１電極２１上では抵抗層２４として作用する有機半導体層を形成した。
【０１３７】
次に、第１有機半導体層３ａ上に、実験例１と同様の方法でベース電極４を形成し、さらに、そのベース電極４上にて第２有機半導体層３ｂを形成した。
【０１３８】
次に、Ａｇ、Ａｌ、Ｌｉ／Ａｌのいずれかをマスクを用いてパターン蒸着し、第２有機半導体層３ｂ上にはエミッタ電極２を所定パターンで形成し、抵抗層２４上には第２電極２２を所定パターンで形成した。それ以外も実験例１と同様にして有機トランジスタ１０を作製した。
【０１３９】
この実験例３では、第２電極２２の電極材料として、Ａｇを用いた場合をサンプルＡとし、Ａｌを用いた場合をサンプルＢとし、Ｌｉを０．１ｎｍ、Ａｌを１００ｎｍ蒸着したものを用いた場合をサンプルＣとした。なお、サンプルＡ〜Ｃは、抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）し、抵抗部６の抵抗値は２０ｋΩとした。
【０１４０】
図１６は、サンプルＡ〜Ｃで得られた電流変調特性を示すグラフである。測定は、実験例１と同様である。図示のように、用いる電極種によって閾値電圧がシフトしていることから、抵抗層２４への電荷の注入度合いを変化させることができる。すなわち、本発明においては、電極種を代えて抵抗層２４への電荷注入度合いを変化させることにより、その抵抗部６には、ダイオードの整流性よりも寧ろ、電流の立ち上がり電圧（閾値電圧）が異なる非線形な電流−電圧特性を持たせることができる。本願では、こうしたダイオード類似の機能を「非線形電流電圧特性機能」とよぶ。例えば、抵抗層２４への電荷注入を悪くする電極種を設けて立ち上がり電圧を例えば１Ｖとすると、トランジスタのＶthをプラスにシフトさせることができる。
【０１４１】
サンプルＣ（図中の一点鎖線）は、第２電極２２から抵抗層２４への電荷の注入が良好であるため、閾値電圧は０Ｖであった。一方、図１６にも示すように、サンプルＡ（図中の実線）は、第２電極２２から抵抗層２４への電荷の注入が抑制されており、閾値電圧が０．６Ｖとなった。また、サンプルＢ（図中の破線）は、第２電極２２から抵抗層２４への電荷の注入がサンプルＡよりさらに抑制されており、閾値電圧が１．２Ｖ程度となった。
【０１４２】
［実験例４］
実験例２の回路素子５０Ａにおいて、その第１抵抗部６に非線形電流電圧特性機能を併せ持たせた回路素子（図９（Ａ）及び図１０参照）を作製した。先ず、実験例２と同様にして、ガラス基板１１にパターン形成したコレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１上に、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして作用し、第１電極２１上では抵抗層２４として作用し、第４電極３１上では第２抵抗層３３として作用する有機半導体層を形成した。なお、コレクタ電極１と第４電極３１は図１０に示すように一体パターンで形成した。
【０１４３】
次に、第１有機半導体層３ａ上に、実験例２と同様の方法でベース電極４を形成し、さらにそのベース電極４上に第２有機半導体層３ｂを形成した。
【０１４４】
次に、Ａｇ、Ａｌ、Ｌｉ／Ａｌのいずれかをマスクを用いてパターン蒸着し、第２有機半導体層３ｂ上にはエミッタ電極２を所定パターンで形成し、第１抵抗層２４上には第２電極２２を所定パターンで形成し、第２抵抗層３３上には第５電極３２を所定パターンで形成した。それ以外も実験例２と同様にして回路素子５０Ａを作製した。
【０１４５】
この実験例４では、第２電極２２の電極材料として、Ａｇを用いた場合をサンプルＡとし、Ａｌを用いた場合をサンプルＢとし、ＬｉＦ／Ａｌを用いた場合をサンプルＣとした。なお、サンプルＡ〜Ｃは、第１抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）し、抵抗部６の抵抗値は２０ｋΩとした。また、第２抵抗層３３については、その第２抵抗層３３を上下に挟む第４電極３１と第５電極３２との重複部分Ｓ３の面積を調整（１ｍｍ×０．６ｍｍ）し、第２抵抗部３０の抵抗値は１００ｋΩとした。
【０１４６】
図１７は、サンプルＡ〜Ｃで得られた入出力電圧特性を示すグラフである。測定は、実験例２と同様である。図中の実線はサンプルＡを表し、破線はサンプルＢを表し、一点鎖線はサンプルＣを表している。図１７の結果より、抵抗部６の電極種による閾値電圧シフト（図１６参照）にあわせてインバータの反転する閾値電圧を制御可能であることがわかった。
【符号の説明】
【０１４７】
１ コレクタ電極（下部電極）
２ エミッタ電極（上部電極）
３ 有機半導体層
３ａ 第１有機半導体層
３ｂ 第２有機半導体層
４ ベース電極（層状連続体）
４ａ 粒状金属
４ｂ 絶縁性金属化合物
５ 縦型トランジスタ部
６ 抵抗部（第１抵抗部）
７ ベース電圧電源端子
８ コレクタ電圧電源端子
９ グラウンド端子
１０ 有機トランジスタ
１１ 基板
１２ 非線形電流電圧特性部
２１ 第１電極
２２ 第２電極
２３ 第３電極
２４ 抵抗層（第１抵抗層）
２５ バス電極
２６ ベース電極と第２電極との重なり部分
３０ 第２抵抗部
３１ 第４電極
３２ 第５電極
３３ 第２抵抗層
３５ 出力電圧端子
３６ 入力電圧端子
３７ 電源電圧端子
４０ 非線形電流電圧特性部
５０ 回路素子
【０１４８】
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｃ コレクタ電圧
ＶDD 電源電圧
ＶOUT 出力電圧
ＶIN 入力電圧
Ｓ１ コレクタ電極とエミッタ電極の重複部分
Ｓ２ 第１電極と第２電極の重複部分
Ｓ３ 第４電極と第５電極の重複部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法に関する。更に詳しくは、低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、各種の回路素子への応用が容易で、製造コストを抑えた有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機電界効果型トランジスタ（ＯＦＥＴ：Organic Field Effect Transistor）は、有機半導体を印刷等の塗布プロセスで作製可能であるため、安価、フレキシブル等の特長を有している。そのため、有機電界効果型トランジスタには、フレキシブルディスプレイや、ＩＤ情報を埋め込んだタグから電磁界や電波等を用いた近距離無線通信によって情報をやりとりするＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等のように、従来のＳｉトランジスタとは異なる新たな用途が期待されている。しかし、有機電界効果型トランジスタに用いられる有機半導体はキャリア移動度が低いため、電流変調量が小さい、応答速度が遅い等の問題がある。
【０００３】
これらの問題を解決するため、例えば下記特許文献１〜４及び非特許文献１に示す態様の縦型有機トランジスタが提案されている。縦型有機トランジスタは、上下に配置したコレクタ電極とエミッタ電極との間に有機半導体層を挟み、その有機半導体層内にストライプ状のベース電極（「中間電極」ともいう。）を形成した積層構造である。そのため、有機半導体層が担うチャネル長を例えば１μｍ以下に短くできること、電極面全体を有効利用できるために高速応答や大電力化が可能となること、さらに、界面の影響を受け難くなること等のメリットがある。その結果、キャリア移動度の低い有機半導体を用いた場合であっても、低電圧での高速応答が可能になる。
【０００４】
さらに、縦型有機トランジスタは、有機半導体層を間に挟んで上下に対向するエミッタ電極とコレクタ電極とに一定電圧（コレクタ電圧）を印加した場合において、エミッタ電極と有機半導体層内に設けられたベース電極との間に電圧（ベース電圧）を印加しないときはエミッタ電極とコレクタ電極との間にほとんど電流は流れないが、エミッタ電極とベース電極との間に電圧（ベース電圧）を印加するとエミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる電流量が大幅に増加し、電流（コレクタ電流）を変調することができるという利点がある。
【０００５】
こうした電流変調は以下のメカニズムによるものと考えられている。すなわち、有機半導体層がエミッタ電極とコレクタ電極の両方に接するとともにストライプ状のベース電極間の開口部にも存在しているので、エミッタ電極とベース電極との間に電圧（ベース電圧）が印加されることによって、有機半導体層からなる開口部（ベース電極が無い部分のこと。）を流れる電流（コレクタ電流）が変調されることによると考えられている。
【０００６】
さらに、本件出願人は、この出願に先立って、前記各文献に記載の縦型有機トランジスタよりも電流変調を容易且つ効率的に変調できる、縦型有機トランジスタを提案している（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２７６１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２７５６６号公報
【特許文献３】特開２００５−２４３８７１号公報
【特許文献４】特開２００３−３２４２０３号公報
【特許文献５】特開２００９−７６８９１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】工藤一浩、「有機トランジスタの現状と将来展望」、応用物理、第７２巻、第９号、第１１５１頁〜第１１５６頁（２００３年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１〜５に記載の縦型有機トランジスタは有機半導体層内に薄いベース電極又はストライプ状のベース電極を設けているので、ベース電圧を過剰に（例えば５Ｖ以上）印加した場合、エミッタ電極からベース電極に大量の電荷が流入し、ベース電極−エミッタ電極間に短絡が生じたり、ベース電圧のＯＮ／ＯＦＦによりコレクタ電流にヒステリシスが発生じたりするおそれがあり、回路素子に応用する際の障壁となっていた。
【００１０】
図１８は、特許文献５に記載の縦型有機トランジスタ１００へのベース電圧の影響を示す模式断面図である。この縦型有機トランジスタ１００は、下側から、コレクタ電極１０１、下側有機半導体層１０３ａ、ベース電極１０４、上側有機半導体層１０３ｂ、エミッタ電極１０４の順で積層され、ベース電極１０４は、連続する絶縁性金属化合物（例えば酸化アルミニウム）と、その絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属（例えばアルミニウム）とを有する層状連続体となっている例である。
【００１１】
図１８（Ａ）はベース電圧Ｖｂがコレクタ電圧Ｖｃよりも小さい場合（Ｖｃが例えば５Ｖで、Ｖｂが例えば１Ｖ〜２Ｖ程度の場合）である。この場合、エミッタ電極１０２から供給された電荷の大半はベース電極１０４を通過してコレクタ電極１０１に到達し、エミッタ電極１０２とコレクタ電極１０１との間に流れる電流（コレクタ電流）はベース電圧Ｖｂによって変調される。一方、図１８（Ｂ）はベース電圧Ｖｂがコレクタ電圧Ｖｃと同程度以上の場合（Ｖｃが例えば５Ｖで、Ｖｂが例えば５Ｖ以上の場合）である。この場合、エミッタ電極１０２から供給された電荷はベース電極１０４にリーク電流として流入し、コレクタ電極１０１に到達する電荷が減少する。その結果、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗が急激に低下して短絡が生じたり、ベース電圧ＶｂのＯＮ／ＯＦＦによりコレクタ電流にヒステリシスが生じるおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、各種の回路素子への応用が容易で、製造コストを抑えた有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明に係る有機トランジスタは、コレクタ電極と、エミッタ電極と、両電極間に設けられた有機半導体層と、該有機半導体層内に設けられたベース電極とを有する縦型トランジスタ部、及び、前記ベース電極とベース電圧電源端子との間に設けられた抵抗部、を有することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ベース電極とベース電圧電源端子との間に設けた抵抗部により、ベース電圧を高くした場合に起こるベース電極へのリーク電流の発生を抑制することができる。その結果、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗の急激な低下を防ぐので、短絡やヒステリシスの発生を防ぐことができる。
【００１５】
このときの抵抗部の抵抗値は、電流増幅を生じさせるベース電圧印加時におけるベース電極−エミッタ電極間の抵抗値よりも大きく、リーク電流が生じるおそれのあった高いベース電圧印加時におけるベース電極−エミッタ電極間の抵抗値よりも小さいことが好ましい。その結果、電流増幅を生じさせるベース電圧印加時には、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗（有機半導体層の抵抗）が抵抗部の抵抗よりも十分に大きいため、抵抗部での電圧降下が起こらず、抵抗部の挿入による駆動電圧の増加が起きない。一方、リーク電流が生じるおそれのあった高いベース電圧印加時には、抵抗部によりリーク電流の流入を抑制することができる。したがって、この発明によれば、抵抗部を設けたことによって、動作電圧の増加を伴わず、耐電圧を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記抵抗部は、前記コレクタ電極と同じ材料からなり前記ベース電圧電源端子に接続する第１電極と、前記エミッタ電極と同じ材料からなり前記ベース電極に接続する第２電極と、前記有機半導体層と同じ材料からなり前記第１電極及び第２電極間に挟まれた抵抗層とを有する。
【００１７】
この発明によれば、抵抗部を構成する第１電極、第２電極及び抵抗層が、縦型トランジスタ部を構成するコレクタ電極、エミッタ電極及び有機半導体層とそれぞれ同じ材料からなるので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造可能な有機トランジスタとなる。
【００１８】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記コレクタ電極が基板上に形成されてコレクタ電圧電源端子に接続され、前記エミッタ電極が前記有機半導体層上に形成されてグラウンド端子に接続され、前記第１電極が前記基板上に形成されて前記ベース電圧電源端子に接続されていてもよい。
【００１９】
この発明によれば、縦型トランジスタ部は、基板上にコレクタ電極、有機半導体層及びエミッタ電極の順で形成され、抵抗部は、基板上に第１電極、抵抗層及び第２電極の順で形成されている。
【００２０】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記第１電極とともに前記抵抗層を挟む前記第２電極が、前記抵抗層上に直接設けられていてもよいし、前記ベース電極と同じ材料からなる第３電極を介して設けられていてもよい。この場合において、ベース電極と第２電極又は第３電極とが、バス電極を介して接続されていてもよい。
【００２１】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記有機半導体層が、前記ベース電極と前記コレクタ電極との間にある第１有機半導体層と、前記ベース電極と前記エミッタ電極との間にある第２有機半導体層とからなり、前記抵抗層が、前記第１有機半導体層と同一の材料からなる層を有する。
【００２２】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記ベース電極が、連続する絶縁性金属化合物と、該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有する層状連続体である。
【００２３】
本発明に係る有機トランジスタにおいて、前記ベース電極が、メッシュ状の導体である。
【００２４】
上記課題を解決する本発明に係る第１の回路素子は、上記本発明に係る有機トランジスタを有することを特徴とする。
【００２５】
この第１の回路素子に係る発明によれば、低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、且つ製造コストを抑えた回路素子を提供できる。
【００２６】
上記課題を解決する本発明に係る第２の回路素子は、上記本発明に係る有機トランジスタがさらに抵抗部又は非線形電流電圧特性部を有し、該抵抗部又は非線形電流電圧特性部は、前記コレクタ電極と同じ材料からなり該コレクタ電極に接続する第４電極と、前記エミッタ電極と同じ材料からなり該エミッタ電極に接続しない第５電極と、前記有機半導体層と同じ材料からなり前記第４電極及び第５電極間に挟まれた第２抵抗層とを有することを特徴とする。
【００２７】
この第２の回路素子に係る発明によれば、抵抗部又は非線形電流電圧特性部を構成する第４電極、第５電極、及び第２抵抗層が、縦型トランジスタ部を構成するコレクタ電極、エミッタ電極、及び有機半導体層とそれぞれ同じ材料からなるので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造可能な回路素子となる。なお、本願において、「非線形電流電圧特性部」とは、電極から抵抗層への電荷注入度合いによって電流の立ち上がり電圧（閾値電圧）が異なる非線形な電流−電圧特性を持つ部分」のことであり、ダイオード類似の機能部である。
【００２８】
上記課題を解決するための本発明に係る有機トランジスタの製造方法は、縦型トランジスタ部と抵抗部とを有する有機トランジスタの製造方法であって、
前記縦型トランジスタ部の作製工程は、コレクタ電極が形成された基板上に第１有機半導体層を形成する工程、前記第１有機半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース電極上に第２有機半導体層を形成する工程、及び、前記第２有機半導体層上にエミッタ電極を形成する工程、をその順で有し、
前記抵抗部の作製工程は、前記コレクタ電極と同じ材料からなる第１電極が形成された基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する抵抗層を形成する工程、及び、前記抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１有機半導体層と前記抵抗層の全部又は一部とを同時に形成し、前記エミッタ電極と前記第２電極とを同時に形成することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、第１有機半導体層と抵抗層の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極と第２電極とを同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。
【００３０】
本発明に係る有機トランジスタの製造方法において、前記エミッタ電極をグラウンド端子に接続し、前記コレクタ電極をコレクタ電圧電源端子に接続し、前記第１電極をベース電圧電源端子に接続し、前記第２電極を前記ベース電極に接続する。
【００３１】
上記課題を解決するための本発明に係る回路素子の製造方法は、縦型トランジスタ部と、第１抵抗部と、第２抵抗部又は非線形電流電圧特性部とを有する回路素子の製造方法であって、
前記縦型トランジスタ部の作製工程は、コレクタ電極が形成された基板上に第１有機半導体層を形成する工程、前記第１有機半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース電極上に第２有機半導体層を形成する工程、及び、前記第２有機半導体層上にエミッタ電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１抵抗部の作製工程は、前記コレクタ電極と同じ材料からなる第１電極が形成された前記基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する第１抵抗層を形成する工程、及び、前記第１抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第２抵抗部又は前記非線形電流電圧特性部の作製工程は、前記コレクタ電極と接続するとともに該コレクタ電極と同じ材料からなる第４電極が形成された前記基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する第２抵抗層を形成する工程、及び、前記第２抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第５電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１有機半導体層と前記第１抵抗層の全部又は一部と前記第２抵抗層の全部又は一部とを同時に形成し、前記エミッタ電極と前記第２電極と前記第５電極とを同時に形成することを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、第１有機半導体層と第１抵抗層の全部又は一部と第２抵抗層の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極と第２電極と第５電極とを同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。
【００３３】
本発明に係る回路素子の製造方法において、前記エミッタ電極をグラウンド端子に接続し、前記第４電極を出力電圧端子に接続し、前記第１電極を入力電圧端子に接続する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る有機トランジスタによれば、ベース電極とベース電圧印加端子との間に設けた抵抗部により、ベース電圧を高くした場合に起こるベース電極へのリーク電流の発生を抑制することができる。その結果、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗の急激な低下を防ぐので、短絡やヒステリシスの発生を防ぐことができ、動作電圧の増加を伴わず、耐電圧を向上させることができる。
【００３５】
本発明に係る第１の回路素子によれば、低電圧で作動するとともに大きなベース電圧を印加した場合でも耐電圧が高く、且つ製造コストを抑えた回路素子を提供できる。また、第２の回路素子によれば、抵抗部又は非線形電流電圧特性部を構成する第４電極、第５電極、及び第２抵抗層が、縦型トランジスタ部を構成するコレクタ電極、エミッタ電極、及び有機半導体層とそれぞれ同じ材料からなるので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造可能な回路素子となる。
【００３６】
本発明の有機トランジスタの製造方法によれば、第１有機半導体層と抵抗層の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極と第２電極とを同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。その結果、製造された有機トランジスタの製造コストを低減することができる。
【００３７】
本発明に係る回路素子の製造方法によれば、第１有機半導体層と第１抵抗層の全部又は一部と第２抵抗層の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極と第２電極と第５電極とを同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。その結果、製造された回路素子の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る有機トランジスタの基本的な構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明に係る有機トランジスタにおいて、ベース電圧がコレクタ電圧よりも小さい場合の電荷の流れ（Ａ）と、ベース電圧がコレクタ電圧以上の場合の電荷の流れ（Ｂ）を説明する模式断面図である。
【図３】本発明に係る有機トランジスタの第１実施形態を示す模式断面図である。
【図４】本発明に係る有機トランジスタの第２実施形態を示す模式断面図である。
【図５】本発明に係る有機トランジスタの第３実施形態を示す模式断面図である。
【図６】本発明に係る有機トランジスタの第４実施形態を示す模式断面図である。
【図７】本発明に係る有機トランジスタの第５実施形態を示す模式断面図である。
【図８】本発明に係る有機トランジスタを構成する各層の配置例を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図９】本発明に係る回路素子の例を示す回路図である。
【図１０】本発明に係る回路素子を構成する各層の配置例を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図１１】回路素子の応用例（リングオシレータ）の回路図である。
【図１２】回路素子の他の応用例（アンプ）の回路図である。
【図１３】層状連続体の形成工程を示す説明図である。
【図１４】実験例１で得られた電流変調特性を示すグラフである。
【図１５】実験例２で得られた入出力電圧特性を示すグラフである。
【図１６】実験例３で得られた電流変調特性を示すグラフである。
【図１７】実験例４で得られた入出力電圧特性を示すグラフである。
【図１８】従来の有機トランジスタにおいて、ベース電圧がコレクタ電圧よりも小さい場合の電荷の流れ（Ａ）と、ベース電圧がコレクタ電圧以上の場合の電化の流れ（Ｂ）を説明する模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明に係る有機トランジスタ、回路素子及びそれらの製造方法について、図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を有すれば種々の変形が可能であり、以下に具体的に示す実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
［有機トランジスタ及びその製造方法］
（基本構成）
有機トランジスタ１０は、図１に示すように、コレクタ電極１と、エミッタ電極２と、両電極１，２間に設けられた有機半導体層３と、有機半導体層３内に設けられたベース電極４とを有する縦型トランジスタ部５、及び、ベース電極４とベース電圧電源端子７との間に設けられた抵抗部６、を有する。
【００４１】
図１では、有機トランジスタ１０は基板１１上に設けられている。有機半導体層３は、ベース電極４とコレクタ電極１との間にある第１有機半導体層３ａ（下側有機半導体層）と、ベース電極４とエミッタ電極２との間にある第２有機半導体層３ｂ（上側有機半導体層）とから構成されている。つまり、図１に示す有機トランジスタ１０は、基板１１側から、コレクタ電極１、第１有機半導体層３ａ（下側有機半導体層ともいう。）、ベース電極４、第２有機半導体層３ｂ（上側有機半導体層ともいう。）、及びエミッタ電極２の順で設けられている。
【００４２】
ベース電極４は、図１２で詳しく説明するように、連続する絶縁性金属化合物４ｂ（例えば酸化アルミニウム）と、その絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａ（例えばアルミニウム）とを有する層状連続体となっている。このベース電極４には抵抗部６が接続され、その抵抗部６はベース電圧電源端子７に接続されている。また、コレクタ電極１にはコレクタ電圧電源端子８が接続され、エミッタ電極２はグラウンド端子９に接続されている。
【００４３】
本発明に係る有機トランジスタ１０においては、コレクタ電極１とエミッタ電極２との間にコレクタ電圧Ｖｃを印加し、さらにエミッタ電極２とベース電極４との間にベース電圧Ｖｂを印加すると、そのベース電圧Ｖｂの作用により、エミッタ電極２から注入された電子が著しく加速されてベース電極４を構成する開口部（絶縁性金属化合物４ｂのみの部分）を透過し、コレクタ電極１に到達する。すなわち、ベース電圧Ｖｂの印加によってエミッタ電極−コレクタ電極間に流れる電流を変調させることができる。
【００４４】
こうした有機トランジスタ１０へのベース電圧Ｖｂの影響を説明する。図２（Ａ）はベース電圧Ｖｂがコレクタ電圧Ｖｃよりも小さい場合（Ｖｃが例えば５Ｖで、Ｖｂが例えば１Ｖ〜２Ｖ程度の場合）である。この場合、エミッタ電極２から供給された電荷の大半はベース電極４の開口部（粒状金属４ａの無い絶縁性金属化合物４ｂのみの部分。以下同じ。）を通過してコレクタ電極１０１に到達する。一方、図２（Ｂ）はベース電圧Ｖｂがコレクタ電圧Ｖｃと同程度以上の場合（Ｖｃが例えば５Ｖで、Ｖｂが例えば５Ｖ以上の場合）である。この場合も、エミッタ電極１０２から供給された電荷はベース電極４の開口部を通過してコレクタ電極１０１に到達する。いずれの場合においても、エミッタ電極１０２とコレクタ電極１０１との間に流れる電流（コレクタ電流）はベース電圧Ｖｂによって変調される。
【００４５】
なお、本発明に係る有機トランジスタ１０では、図１８に示す従来例のようなリーク電流の流入による短絡やヒステリシスは生じない。その理由は、ベース電極４とベース電圧電源端子７との間に抵抗部６が設けられているためであり、その結果、ベース電圧Ｖｂを高くした場合に起こるベース電極４へのリーク電流の発生を抑制し、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗の急激な低下を防ぐことができる。
【００４６】
このときの抵抗部６の抵抗値は、低いベース電圧印加時におけるベース電極−エミッタ電極間の抵抗値よりも大きく、高いベース電圧印加時におけるベース電極−エミッタ電極間の抵抗値よりも小さいことが好ましい。具体的には、ベース電極−エミッタ電極間に−２Ｖ〜２Ｖ程度の低いベース電圧を印加したときのベース電極−エミッタ電極間の抵抗値が１００ｋΩ〜１０ＭΩ程度であり、一方、ベース電極−エミッタ電極間に±３Ｖ〜±１０Ｖ程度の高いベース電圧を印加したときのベース電極−エミッタ電極間の抵抗値１ｋΩ以下である場合には、抵抗部６の抵抗値としては例えば１０ｋΩ〜５０ｋΩの範囲内であることが好ましい。
【００４７】
その結果、低いベース電圧印加時には、ベース電極−エミッタ電極間の抵抗（有機半導体層の抵抗）が抵抗部６の抵抗よりも十分に大きいため、抵抗部６での電圧降下が起こらず、抵抗部６の挿入による駆動電圧の増加が起きない。一方、高いベース電圧印加時には、抵抗部６によりリーク電流の流入を抑制することができる。したがって、抵抗部６が設けられた有機トランジスタ１０は、動作電圧の増加を伴わず、耐電圧を向上させることができる。
【００４８】
次に、以下の第１実施形態〜第５実施形態を例示して、有機トランジスタ１０とその製造方法について説明する。
【００４９】
（第１実施形態）
最初に、有機トランジスタ１０Ａの構成について説明する。第１実施形態に係る有機トランジスタ１０Ａは、図３に示すように、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とで構成され、それらが基板１１上に隣接して一体的に設けられている。
【００５０】
縦型トランジスタ部５は、基板１１上に設けられたコレクタ電極１と、コレクタ電極１上に設けられた第１有機半導体層３ａと、第１有機半導体層３ａ上に設けられたベース電極４と、ベース電極４上に設けられた第２有機半導体層３ｂと、第２有機半導体層３ｂ上に設けられたエミッタ電極２とで構成されている。コレクタ電極１はコレクタ電圧電源端子８に接続されている。エミッタ電極２はグラウンド端子９に接続されている。
【００５１】
一方、抵抗部６は、基板１１上に設けられた第１電極２１と、第１電極２１上に設けられた抵抗層２４と、抵抗層２４上に設けられた第３電極２３と、第３電極２３上に設けられた第２電極２２とで構成されている。第１電極２１は、コレクタ電極１と同じ材料からなり、コレクタ電極１と離間した所定のパターンでベース電圧電源端子７に接続する態様で設けられている。第２電極２２は、エミッタ電極２と同じ材料からなり、エミッタ電極２と離間して設けられ、第１電極２１に対向する所定のパターンで第３電極２３上に設けられている。なお、第２電極２２は、第３電極２３を介してベース電極４に電気的に接続されている。第３電極２３は、ベース電極４と同じ材料からなり、ベース電極４が抵抗部６にも延びた態様からなるものである。抵抗層２４は、第１有機半導体層３ａと同じ材料からなり、第１有機半導体層３ａが抵抗部６にも延びた態様からなるものである。この抵抗層２４は、第１電極２１と第２電極２２（第３電極２３を介した第２電極２２）との間に設けられている。
【００５２】
抵抗部６は、いわゆる電子部品としての抵抗器であってもよく、特性的には使用可能であるが、本発明では、基板１１上に縦型トランジスタ部５と並設できるので便利である。
【００５３】
コレクタ電極１と第１電極２１を覆うように一様に形成された有機半導体材料からなる層は、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして機能し、第１電極２１上では抵抗層２４として機能する。また、第１有機半導体層３ａと抵抗層２４を覆うように一様に形成された電極材料からなる層は、第１有機半導体層３ａ上ではベース電極４として機能し、抵抗層２４上では第３電極２３として機能する。
【００５４】
なお、後で詳しく説明するが、抵抗部６を、抵抗として機能させる他、ダイオード機能に類似する非線形電流電圧特性部としても機能させることもできる。抵抗層２４は半導体特性を有する層であるので、電極２１，２２からその抵抗層２４への電荷の注入度合いを調整することができる。後述の実施例に示すように、用いる電極種によって閾値電圧がシフトしていることから、抵抗層２４への電荷の注入度合いを変化させれば、そうした抵抗部６は、ダイオードの整流性よりも寧ろ、電流の立ち上がり電圧（閾値電圧）が異なる非線形な電流−電圧特性を持つ素子ということができる（こうしたダイオード類似の機能を「非線形電流電圧特性機能」とよぶ）。例えば、有機半導体材料の種類と電極（第１電極２１，第２電極２２、第３電極２３）の種類とを調整することにより、一方の電極から抵抗層２４への電荷注入度合いと、他方の電極から抵抗層２４への電荷注入度合いを異なるものとし、電流の立ち上がり電圧（閾値電圧）を異なるものとして、ダイオード類似の非線形な電流電圧特性素子を構成できる。
【００５５】
次に、製造方法について説明する。この有機トランジスタ１０Ａは、縦型トランジスタ部５の作製工程と、抵抗部６の作製工程とを有する方法で製造できる。
【００５６】
縦型トランジスタ部５の作製工程は、コレクタ電極１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａを形成する工程、第１有機半導体層３ａ上にベース電極４を形成する工程、ベース電極４上に第２有機半導体層３ｂを形成する工程、及び、第２有機半導体層３ｂ上にエミッタ電極２を形成する工程、をその順で有する。コレクタ電極１、第１有機半導体層３ａ、ベース電極４、第２有機半導体層３ｂ及びエミッタ電極２はそれぞれ所定パターンでその順で形成されている。
【００５７】
抵抗部６の作製工程は、コレクタ電極１と同じ材料からなる第１電極２１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａと同じ材料からなる抵抗層２４を形成する工程、抵抗層２４上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有する。第１電極２１、抵抗層２４及び第２電極２２はそれぞれ所定パターンで形成されている。
【００５８】
抵抗部６の作製工程において、この第１実施形態では、第２電極２２を第３電極を２３介して抵抗層２４上に設けているが、後述の第２〜第５実施形態にように、第２電極２２を抵抗層２４上に直接設けてもよい。したがって、この第１実施形態に係る有機トランジスタ１０Ａの製造では、抵抗層形成工程後に、抵抗層２４上にベース電極４と同じ材料からなる第３電極２３を形成する工程と、その第３電極２３上にエミッタ電極２と同じ材料からなる第２電極２２を所定パターンで形成する工程をその順で有している。
【００５９】
この製造方法では、第１有機半導体層３ａと抵抗層２４の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極２と第２電極２２とを同じ材料で同時に形成することにより、第１実施形態の有機トランジスタ１０Ａを得ることができる。なお、「第１有機半導体層３ａと抵抗層２４の全部又は一部とを同時に形成し」とは、抵抗層２４の全部を第１有機半導体層３ａの形成と同時に第１有機半導体層３ａと同じ材料で形成している場合（図３の第１実施形態）と、抵抗層２４の一部を第１有機半導体層３ａの形成と同時に第１有機半導体層３ａと同じ材料で形成し、他の一部を第２有機半導体層３ｂと同時に第２有機半導体層３ｂと同じ材料で形成している場合（図６の第４実施形態）を含む意味である。
【００６０】
また、基板１１は、コレクタ電極１と第１電極２１が既に形成されたものを用いてもよいし、何も形成されていないものを用いてもよい。何も形成されていない基板１１を用いる場合は、第１有機半導体層３ａと抵抗層２４の形成工程の前に、基板１１上にコレクタ電極１と第１電極２１を形成する。この第１実施形態では、基板１１上に、コレクタ電極１と第１電極２１とが同じ材料で同時にパターン形成されていることが好ましい。
【００６１】
したがって、第１実施形態に係る有機トランジスタ１０Ａは、（ア）基板１１上に電極層を形成し、その電極層をパターニングして所定パターンのコレクタ電極１と第１電極２１を形成する工程、（イ）コレクタ電極１と第１電極２１を覆うように有機半導体材料からなる層を形成し、コレクタ電極１上の層（有機半導体材料層）を第１有機半導体層３ａとし、第１電極２１上の層（有機半導体材料層）を抵抗層２４とする工程、（ウ）その層（第１有機半導体層３ａ及び抵抗層２４）上にベース電極材料からなる電極層を形成し、第１有機半導体層３ａ上の電極層をベース電極４とし、抵抗層２４上の電極層を第３電極２３とする工程、（エ）ベース電極４上のみに第２有機半導体層３ｂを形成する工程、（オ）エミッタ電極材料からなる電極層を第２有機半導体層３ｂ上に形成してエミッタ電極２とするとともに、同じエミッタ電極材料からなる電極層を第３電極２３上に形成して第２電極２２とする工程、をその順で有している。エミッタ電極２と第２電極２２とを同時に形成することが好ましい。
【００６２】
こうした製造方法によれば、抵抗部６を構成する第１電極２１、抵抗層２４、第３電極２３及び第２電極２２を、縦型トランジスタ部５を構成するコレクタ電極１、第１有機半導体層３ａ、ベース電極４及びエミッタ電極２とそれぞれ同じ材料で同時に形成するので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。
【００６３】
（第２〜第５実施形態）
第２〜第５実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｂ〜１０Ｅは、図４〜図７に示すように、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とを離間して設け、縦型トランジスタ部５を構成するベース電極４と抵抗部６を構成する第２電極２２（又は第３電極２３を経由した第２電極２２）とをバス電極２５を介して接続している。この点が、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とを連続して隣接させてなる第１実施形態の有機トランジスタ１０Ａとは異なっている。
【００６４】
バス電極２５は、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びそれらのナノ粒子等の低抵抗の金属材料をパターン形成して基板１１に設ける。こうした材料からなる導電性の良いバス電極２５がベース電極４と第２電極２２とを接続するので、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とを基板１上の離れた場所に設けることができ、回路設計上便利である。バス電極２５は、コレクタ電極１と第１電極２１の形成工程前に形成してもよいし、その形成工程後で有機半導体材料からなる層（第１有機半導体層３ａ、抵抗層２４）の形成工程前に形成してもよい。
【００６５】
第２実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｂは、図４に示すように、第１実施形態と同様に、順次、コレクタ電極１と第１電極２１を同じ材料で同時にパターン形成し、第１有機半導体層３ａと抵抗層２４を同じ材料で同時にパターン形成し、ベース電極４と第３電極２３を同じ材料で同時にパターン形成し、第２有機半導体層３ｂのみ縦型トランジスタ部５に単独でパターン形成し、エミッタ電極２と第２電極２２を同じ材料で同時にパターン形成して、縦型トランジスタ部５と抵抗部６とを形成する。その結果、従来の縦型有機トランジスタの形成工程と同じ工数で製造できるので製造上有利である。
【００６６】
縦型トランジスタ部５を構成するベース電極４と、抵抗部６を構成する第２電極２２との電気的な接続は、図４に示すように、予め基板１１上にパターン形成されたバス電極２５にベース電極４と第２電極２２とを接触させるようにパターン形成して行う。
【００６７】
第３実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｃは、図５に示すように、第３電極２３を設けていない以外は上記第２実施形態の有機トランジスタ１０Ｂと同じである。そして、その製造は、第２実施形態の場合と比較して、（１）ベース電極４を縦型トランジスタ部５のみに単独でパターン形成し、（２）第２電極２２をエミッタ電極２の形成と同時にそのエミッタ電極２と同じ材料で抵抗層２４上に直接且つバス電極２５に電気的に接続するようにパターン形成する。
【００６８】
第４実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｄは、図６に示すように、抵抗層２４を、縦型トランジスタ部５を構成する第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂとで構成した以外は上記第３実施形態の有機トランジスタ１０Ｃと同じである。そして、その製造は、第３実施形態の場合と比較して、縦型トランジスタ部５を構成する第２有機半導体層３ｂの形成と同時にその第２有機半導体層３ｂと同じ材料で抵抗部６の抵抗層（第１有機半導体層３ａと同じ材料からなる層）上にパターン形成し、２層（第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂ）構造の抵抗層２４を形成する。
【００６９】
第５実施形態に係る有機トランジスタ１０Ｅは、図７に示すように、抵抗層２４を、縦型トランジスタ部５を構成する第２有機半導体層３ｂのみで構成した以外は上記第３実施形態の有機トランジスタ１０Ｃと同じである。そして、その製造は、第３実施形態の場合と比較して、縦型トランジスタ部５を構成する第２有機半導体層３ｂの形成と同時にその第２有機半導体層３ｂと同じ材料で抵抗部６の第１電極２１上に形成して抵抗層２４を形成する。このとき、第１電極２１上には第１有機半導体層３ａは形成されておらず、第２有機半導体層３ｂのみが抵抗層２４として形成されている。
【００７０】
次に、有機トランジスタ１０Ｆを構成する各層の配置例について説明する。図８は、その一例を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【００７１】
縦型トランジスタ部５においては、コレクタ電極１とエミッタ電極２が平面視で重複部分Ｓ１を有するように対向して設けられている。ベース電極４と有機半導体層３ａと有機半導体層３ｂは、通常、その重複部分Ｓ１を平面視で含み且つその重複部分Ｓ１よりも大きい面積で形成されている。こうして構成された縦型トランジスタ部５においては、その重複部分Ｓ１が電流変調を担う領域となる。
【００７２】
また、抵抗部６においては、第１電極２１と第２電極２２が平面視で重複部分Ｓ２を有するように対向して設けられている。抵抗層２４は、通常、その重複部分Ｓ２を平面視で含み且つその重複部分Ｓ２よりも大きい面積で形成されている。その結果、その重複部分Ｓ２が抵抗となり、重複部分Ｓ２の面積を変化させれば任意の抵抗値を得ることができる。
【００７３】
図８（Ｂ）においては、有機半導体層（第１有機半導体層３ａ、第２有機半導体層３ｂ、抵抗層２４）は省略しているが、その有機半導体層は、少なくとも重複部分Ｓ１及びＳ２よりも大きく、且つ、上下に対向配置された電極が接触しないように少なくとも一方の電極の面積よりも大きく形成されている。
【００７４】
なお、図８に示す実施形態は、ベース電極４が縦型トランジスタ部５にのみ設けられ、第２電極２１がベース電極４の端部上に重なる態様で抵抗部６にのみ設けられ、そのベース電極４と第２電極２２とは重なり部分２６で電気的に接続されている。この点は、ベース電極４が抵抗部６にまで延びている第１実施形態とは異なる。
【００７５】
［回路素子及びその製造方法］
（構成）
次に、本発明に係る回路素子について説明する。本発明に係る回路素子５０は、図９の回路図と図１０の断面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）とに示すように、少なくとも上記本発明に係る有機トランジスタ１０を有する。具体的には、図９（Ａ）に示すように、縦型トランジスタ部５と抵抗部（第１抵抗部）６とを少なくとも有する有機トランジスタ１０が、さらに抵抗部（以下、第２抵抗部という。）３０又は非線形電流電圧特性部４０を有する。なお、図中、ＶDDは電源電圧であり、ＶOUTは出力電圧であり、ＶINは入力電圧である。また、符号３５は出力電圧端子であり、符号３６は入力電圧端子であり、符号３７は電源電圧端子である。
【００７６】
図１０に示す回路素子５０において、縦型トランジスタ部５と第１抵抗部６とを有する有機トランジスタについては、図３〜図８を用いて説明した内容と同じであり、ここではその説明を省略する。
【００７７】
第２抵抗部３０は、基板１１上に設けられた第４電極３１と、第４電極３１上に設けられた第２抵抗層３３と、第２抵抗層３３上に設けられた第５電極３２とで構成されている。
【００７８】
第４電極３１は、コレクタ電極１と同じ材料からなり、コレクタ電極１に電気的に接続するように設けられている。この第４電極３１は、コレクタ電極１と一体化したものであってもよいし、別体で形成されたものであってもよいが、コレクタ電極１と一体化した所定パターンでコレクタ電極１と同時に形成されることが好ましい（図１０（Ａ）参照）。なお、第４電極３１は、出力電圧端子３５に接続する態様で設けられている。
【００７９】
第５電極３２は、エミッタ電極２と同じ材料からなり、エミッタ電極２ともベース電極４とも離間して設けられ、第４電極３１に対向する所定のパターンで第２抵抗層３３上に設けられている。なお、第５電極３２は、ＶDD端子３７に接続する態様で設けられている。
【００８０】
第２抵抗層３３は、第１有機半導体層３ａと同じ材料からなり、第１有機半導体層３ａが第２抵抗部３０にも延びた態様からなるものである。この第２抵抗層３３は、第４電極３１と第５電極３２との間に挟まれた態様で設けられている。第４電極３１とコレクタ電極１と第１電極２１を覆うように一様に形成された有機半導体材料からなる層は、図１０（Ａ）に示すように、第４電極３１上では第２抵抗層３３として機能し、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして機能し、第１電極２１上では第１抵抗層２４として機能する。
【００８１】
回路素子５０を構成する各層の配置例を図１（Ｂ）に示すが、縦型トランジスタ部５と第１抵抗部６については、図８（Ｂ）で説明した内容と同じであるのでその説明は省略する。
【００８２】
第２抵抗部３０においては、第４電極３１と第５電極３２が平面視で重複部分Ｓ３を有するように対向して設けられている。第２抵抗層３３は、通常、その重複部分Ｓ３を平面視で含み且つその重複部分Ｓ３よりも大きい面積で形成されている。その結果、その重複部分Ｓ３が抵抗となり、重複部分Ｓ３の面積を変化させれば任意の抵抗値を得ることができる。
【００８３】
図１０（Ｂ）においては、有機半導体層（第１有機半導体層３ａ、第２有機半導体層３ｂ、第１抵抗層２４、第２抵抗層３３）は省略しているが、その有機半導体層は、少なくとも重複部分Ｓ１、Ｓ２及びＳ３よりも大きく、且つ、上下に対向配置された電極が接触しないように少なくとも一方の電極の面積よりも大きく形成されている。
【００８４】
こうした第２抵抗部３０は、非線形電流電圧特性部４０としても機能させることができる。有機半導体材料からなる層は半導体特性を有する層である。こうした層を第２抵抗層３３とするためには、上下に配置された第４電極３１と第５電極３２との重複部分Ｓ３の面積を規定すれば所定の抵抗値を有する抵抗として機能させることができる。一方、有機半導体材料からなる第２抵抗層３３への電荷の注入度合いは、有機半導体材料の種類と電極（第４電極３１と第５電極３２）の種類とで可変できる。したがって、一方の電極から第２抵抗層３３への電荷注入度合いと、他方の電極から第２抵抗層３３への電荷注入度合いを異なるものとすれば、一方向のみに電流を流す整流機能を持たせることができ、ダイオード類似の非線形電流電圧特性として機能させることができる。
【００８５】
例えば、第４電極３１から第２抵抗層３３への電荷注入度合いを、第５電極３２から第２抵抗層３３への電荷注入度合いよりも高くすれば、第４電極３１側から第５電極３２側に向かって順バイアスとなるように構成できる。一方、具体例として、第２抵抗層３３を構成する有機半導体材料としてペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）を用い、第４電極３１としてＩＴＯを用い、第５電極３２として銀を用いた場合には、第５電極３２の銀からペリレンへの電荷注入度合いは、第４電極３１のＩＴＯからペリレンへの電荷注入度合いよりも高いので、第５電極３１側から第４電極３２側に向かって順バイアスとなる。
【００８６】
このように、第２抵抗部３０は、用いる材料の選択により、抵抗機能とともに非線形電流電圧特性機能を有するように構成できるので、単一の第２抵抗部３０を形成するのみで、抵抗とダイオード類似の非線形電流電圧特性の２つの機能をもたせることができるという利点がある。
【００８７】
以上、この回路素子５０によれば、第２抵抗部３０又は非線形電流電圧特性部４０を構成する第４電極３１、第５電極３２、及び第２抵抗層３３が、縦型トランジスタ部５を構成するコレクタ電極１、エミッタ電極２、及び第１有機半導体層３ａを有する層とそれぞれ同じ材料からなるので、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造可能な回路素子となる。
【００８８】
（製造方法）
次に、回路素子５０の製造方法について説明する。本発明に係る回路素子５０の製造方法は、縦型トランジスタ部５の作製工程と、第１抵抗部６の作製工程と、第２抵抗部３０又は非線形電流電圧特性部４０の作製工程とを有する。
【００８９】
縦型トランジスタ部５の作製工程は、コレクタ電極１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａを形成する工程、第１有機半導体層３ａ上にベース電極４を形成する工程、ベース電極４上に第２有機半導体層３ｂを形成する工程、及び、第２有機半導体層３ｂ上にエミッタ電極２を形成する工程、をその順で有する。この工程は上記した有機トランジスタ１０で説明したのと同じであるので、詳細は省略する。
【００９０】
第１抵抗部６の作製工程は、コレクタ電極１と同じ材料からなる第１電極２１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａと同じ材料からなる層を有する第１抵抗層２４を形成する工程、及び、第１抵抗層２４上にエミッタ電極２と同じ材料からなる第２電極２２を形成する工程、をその順で有する。この工程も上記した有機トランジスタ１０で説明したのと同じであり、詳細は省略する。
【００９１】
第２抵抗部３０又は非線形電流電圧特性部４０の作製工程は、コレクタ電極１と接続するとともに該コレクタ電極１と同じ材料からなる第４電極３１が形成された基板１１上に第１有機半導体層３ａと同じ材料からなる層を有する第２抵抗層３３を形成する工程、及び、第２抵抗層３３上にエミッタ電極２と同じ材料からなる第５電極３２を形成する工程、をその順で有する。ここで、第４電極３１、第２抵抗層３３及び第５電極３２はそれぞれ所定パターンで形成されている（図１０参照）。
【００９２】
第２抵抗部３０の作製工程において、第２抵抗層３３上には通常、第５電極３２が直接設けられるが、第１抵抗部６の場合と同様、ベース電極４と同じ材料からなる電極を介して第５電極３２を設けてもよい。或いは、第２抵抗層３３への電荷注入度合いを調整する層を介して第５電極３２を設けてもよい。なお、ここでいう「電荷注入度合いを調整する層」は、第４電極３１と第２抵抗層３３との間に設けてもよいし、或いは、上記した第１抵抗部６においても、第１電極２１と第１抵抗層２４との間、又は、第２電極２２と第１抵抗層２４との間に設けてもよい。そうした層（電荷注入度合いを調整する層）としては、遷移金属酸化物、ＰＥＤＯＴ等の高分子材料からなる電荷注入層等を挙げることができる。
【００９３】
この製造方法では、第１有機半導体層３ａと第１抵抗層２４の全部又は一部と第２抵抗層３３の全部又は一部とを同じ材料で同時に形成し、エミッタ電極２と第２電極２２と第５電極３２とを同じ材料で同時に形成する。これにより、従来の縦型有機トランジスタの作製工程と同じ工数で製造することができる。
【００９４】
したがって、図１０に例示した回路素子５０は、（ア）基板１１上に電極層を形成し、その電極層をパターニングして所定パターンのコレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１（コレクタ電極１と第５電極３２は一体形成）を形成する工程、（イ）コレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１を覆うように有機半導体材料からなる層を形成し、コレクタ電極１上の層（有機半導体材料層）を第１有機半導体層３ａとし、第１電極２１上の層（有機半導体材料層）を第１抵抗層２４とし、第４電極３１上の層（有機半導体材料層）を第２抵抗層３３とする工程、（ウ）第１有機半導体層３ａ上にベース電極材料からなる電極層を形成し、所定パターンのベース電極４とする工程、（エ）ベース電極４上のみに第２有機半導体層３ｂを形成する工程、（オ）エミッタ電極材料からなる電極層を第２有機半導体層３ｂ上に形成してエミッタ電極２を形成し、同じエミッタ電極材料からなる電極層を第１抵抗層２４上に形成して第２電極２２を形成し、同じエミッタ電極材料からなる電極層を第２抵抗層３３上に形成して第５電極３２を形成する工程、をその順で有している。
【００９５】
この場合、エミッタ電極２と第２電極２２と第５電極３２とは同時に形成される。また、エミッタ電極２はグラウンド端子９に接続され、第４電極３１は出力電圧端子３５に接続され、第１電極２１は入力電圧端子３６に接続され、第５電極３２は電源電圧端子３７に接続される。
【００９６】
（応用例）
図１１は、本発明に係る回路素子を複数用いたリングオシレータ６０である。リングオシレータ６０は、全体として負のゲインを持つ複数個（奇数個）の遅延要素をリング状に結合した発振回路である。遅延要素は、本発明の回路素子で構成した奇数個のＮＯＴゲート（インバータ５０Ａ…５０Ｎ）である。各インバータ５０Ａ，５０Ｂ…の出力は鎖状に別のインバータに入力され、最後のインバータ５０Ｎの出力は最初のインバータ５０Ａに入力される。各インバータは有限の遅延時間をもち、最初のインバータ５０Ａへの入力から有限の遅延時間後に最後のインバータ５０Ｎが最初のインバータ５０Ａへの入力の論理否定を出力し、これが再び最初のインバータ５０Ａに入力される。このプロセスが繰り返されて発振する。
【００９７】
図１２は、本発明に係る回路素子を用いたアンプ７０である。アンプ７０は、例えばＭＰ３プレーヤーを入力側に接続し、スピーカーを出力側に接続することで、入力した音声信号を増幅し、スピーカーから出力することができる。
【００９８】
［各層の構成］
以下、本発明の有機トランジスタ及び回路素子を構成する各層について順に説明する。
【００９９】
（各電極）
電極としては、コレクタ電極１、エミッタ電極２、ベース電極４、第１電極２１、第２電極２２、第４電極３１、第５電極３２及びバス電極２５がある。これらのうち、コレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１は同じコレクタ電極材料で形成される。また、エミッタ電極２と第２電極２２と第５電極３２は同じエミッタ電極材料で形成される。なお、ベース電極４は別の電極材料で形成されるので後述する。
【０１００】
コレクタ電極材料及びエミッタ電極材料としては、金属、導電性酸化物、導電性高分子等の薄膜が用いられる。
【０１０１】
コレクタ電極材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等を挙げることができる。一方、有機半導体層３が後述する電子輸送性の有機化合物からなる場合、エミッタ電極材料としては、アルミ、銀等の単体金属、ＭｇＡｇ等のマグネシウム合金、ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ等のアルミニウム合金、Ｌｉ、Ｃａをはじめとするアルカリ金属類、それらアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を挙げることができる。なお、有機半導体層３が後述する正孔輸送性の有機化合物からなる場合には、エミッタ電極材料として、金、クロムのような仕事関数の大きな金属を用いる。
【０１０２】
コレクタ電極材料は基板１１上に電極層として形成され、その後所定パターンにパターニングして各電極（コレクタ電極１、第１電極２１、第４電極３１）を形成する。電極層の形成方法は、コレクタ電極材料の種類と基板１１の種類や耐熱性等とを考慮し、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等や、塗布法等から任意に選択される。コレクタ電極材料を用いた各電極の厚さは、通常、１０〜１０００ｎｍである。
【０１０３】
エミッタ電極材料は、第２有機半導体層３ｂ上、抵抗層２４（第１抵抗層２４）上、又は第２抵抗層３３上に電極層として形成され、その後所定パターンにパターニングして各電極（エミッタ電極２、第２電極２２、第５電極３２）を形成する。電極層の形成方法は、エミッタ電極材料の種類と有機半導体層（第２有機半導体層３ｂ、抵抗層２４、第２抵抗層３３）の種類や耐熱性等とを考慮し、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等や、塗布法等から任意に選択される。エミッタ電極材料を用いた各電極の厚さは、通常、１０〜１０００ｎｍである。
【０１０４】
バス電極材料としては、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びそれらのナノ粒子等の低抵抗の金属材料が挙げられ、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布法等で形成される。バス電極材料を用いたバス電極２５の厚さは、通常、１０〜１０００ｎｍである。
【０１０５】
（有機半導体層）
有機半導体材料層３（第１有機半導体層３ａ、第２有機半導体層３ｂ）及びそれと同じ有機半導体材料からなる層（第１抵抗層２４、第２抵抗層３３）を形成する有機半導体材料としては、種々の電荷輸送性の有機半導体材料を挙げることができる。
【０１０６】
有機半導体層３には、第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂがあるが、例えば、（ｉ）第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂとを１種又は２種以上の同じ材料で形成しても、１種又は２種以上の異なる材料で形成してもよいし、（ｉｉ）その材料が正孔輸送材料であっても電子輸送材料であってもよいし、（ｉｉｉ）第１有機半導体層３ａの厚さと第２有機半導体層３ｂの厚さとが同じでも異なっていてもよいし、（ｉｖ）電荷注入層（図示しない）を有機半導体層３とエミッタ電極２ないしコレクタ電極１との間に有するものであってもよい。
【０１０７】
また、第１抵抗層２４と第２抵抗層３３は、第１有機半導体層３ａを構成する有機半導体材料が通常用いられるが、第２有機半導体層３ｂを構成する有機半導体材料であってもよいし、第１有機半導体層３ａと第２有機半導体層３ｂとを積層したものであってもよい。
【０１０８】
有機半導体材料としては、例えば、Ａｌｑ３（トリス８−キノリノラトアルミニウム錯体）、ｎ型有機半導体であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）、フラーレンＣ６０、ＮＴＣＤＡ（ナフタレンテトラカルボン酸二無水物）、ＰＴＣＤＡ（３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物）若しくはＰｈ−Ｅｔ−ＰＴＣ等を好ましく挙げることができ、また、アントラキノジメタン、フルオレニリデンメタン、テトラシアノエチレン、フルオレノン、ジフェノキノンオキサジアゾール、アントロン、チオピランジオキシド、ジフェノキノン、ベンゾキノン、マロノニトリル、ニジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸、又はこれらの誘導体等、電荷輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。
【０１０９】
第１有機半導体層３ａの厚さは、通常、１０ｎｍ〜３μｍ程度を挙げることができるが、好ましくは５０ｎｍ〜７００ｎｍ程度である。なお、その厚さが１０ｎｍ未満の場合又は３μｍを超える場合は、トランジスタが動作しないことがある。一方、第２有機半導体層３ｂの厚さは、第１有機半導体層３ａに比べて基本的に薄いことが望ましく、通常、５００ｎｍ程度以下を挙げることができるが、好ましくは１０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。その厚さが１０ｎｍ未満の場合は、導通の問題が発生して歩留まりが低下することがある。
【０１１０】
コレクタ電極１上への第１有機半導体層３ａの形成は、有機半導体材料の材質や特性等を考慮し、塗布法や蒸着法等から任意に選択される。また、ベース電極４と第２有機半導体層３ｂとの間に、又はベース電極４の両面に、漏れ電流を抑制するため、例えば酸化ケイ素膜等を設けてもよい。また、有機半導体材料からなる層の上にエミッタ電極２や第２電極２２、第５電極３２を形成する場合は、電極形成時に有機半導体材料からなる層に加わるダメージを軽減するための保護層設けてもよい。保護層としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜やＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の無機半導体膜等の蒸着膜又はスパッタ膜のように、成膜時にダメージを与え難いものが１〜５００ｎｍ程度の厚さで予め成膜されることが好ましい。
【０１１１】
第１抵抗層２４と第２抵抗層３４の抵抗は、既述したように、各抵抗層を挟む電極の重複部分Ｓ２，Ｓ３の面積でコントロールできる。したがって、有機半導体材料層の半導体特性等を考慮して所定パターンで電極を形成すれば、希望する抵抗を得ることができる。
【０１１２】
（ベース電極）
ベース電極４は、図１３に示すように、粒状金属４ａと、その粒状金属４ａを内部に有する絶縁性金属化合物４ｂとで構成されている層状連続体である。言い換えると、ベース電極４は、連続する絶縁性金属化合物４ｂと、絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを有する。絶縁性金属化合物４ｂは、粒状金属４ａを内部に有した形態で横方向に層状に設けられている。詳しくは、絶縁性金属化合物４ｂは、粒状金属４ａの全体を取り巻くように設けられているとともに、横方向には層状に一様に形成されている。
【０１１３】
このベース電極４では、層状連続体４の横方向に粒状に分布する粒状金属４ａが、エミッタ電極２から供給された電荷をコレクタ電極１側の第１有機半導体層３ａ内に強制的に供給する電極として作用する。粒状金属４ａの形態は特に限定されないが、通常は円形又は略円形（楕円形等を含む）又はそれらに類似の形態である。円形又は略円形からなる粒状金属４ａの平均直径は、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が特に好ましい。こうした範囲の粒状金属４ａは著しく微細なので、その粒状金属４ａの周りに形成されて電流の透過部（開口部）として作用する絶縁性金属化合物４ｂを、ベース電極４内に多く（高い密度で）形成することができる。その結果、エミッタ電極２とベース電極４との間に印加した電圧Ｖｂによって、エミッタ電極２とコレクタ電極１との間を流れる電流Ｉｃを効率的に変調することができる。
【０１１４】
粒状金属４ａの厚さは特に限定されず、例えば５ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍ程度を挙げることができる。なお、後述で説明するように、所定粒径の金属粒４”からなる金属膜４’（図１３（Ａ）参照）を酸化等の化学反応により粒状金属４ａとする場合には、粒状金属４ａの厚さは２ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることが好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍ程度であることがより好ましい。こうした厚さからなる粒状金属４ａは、ベース電極４の横方向に粒状に分布することができる。
【０１１５】
粒状金属４ａの材質は導電性の金属であれば特に限定されないが、好ましくは導電性のよいアルミニウム又は銅等が採用される。特にアルミニウムは、酸化反応によって容易に酸化アルミニウムとすることができ、その酸化アルミニウムが絶縁性金属化合物４ｂとなるので便利である。しかも、その酸化アルミニウムは、酸化の進行がある程度進むと停止するという性質を有するので、粒状金属４ａの大きさと絶縁性金属化合物４ｂの厚さをおよそ１０ｎｍ以下の範囲内にコントロールすることができるという利点がある。
【０１１６】
絶縁性金属化合物４ｂとしては、例えば酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化銅等を挙げることができる。絶縁性金属化合物４ｂを構成する金属は特に限定されないが、通常は、粒状金属４ａを構成する金属と同じである。したがって、例えば粒状金属４ａがアルミニウムである場合には、絶縁性金属化合物４ｂはアルミニウム化合物（例えば酸化アルミニウム等）である。特に、絶縁性金属化合物４ｂが、粒状金属４ａを構成する金属の酸化物又は酸窒化物又はそれらの複合化合物であることが好ましい。こうすることにより、絶縁性金属化合物４ｂを構成する金属成分と、粒状金属４ａを構成する金属成分とが同じであるので、例えば、薄膜状の金属膜を成膜した後に酸素や窒素等の反応ガスを導入して化学反応させることによって、ベース電極４を構成する絶縁性金属化合物４ｂを容易に形成することができる。
【０１１７】
絶縁性金属化合物４ｂの厚さは特に限定されないが、金属粒４”からなる金属膜４’を酸化等して絶縁性金属化合物４ｂを形成する場合には、少なくとも粒状金属４ａが所定の大きさで必ず残存する程度の厚さであることが必要であり、例えばその厚さとしては０．１ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍを例示できる。この場合における厚さは、少なくとも、粒状金属４ａの周りに形成された厚さを指している。
【０１１８】
なお、絶縁性金属化合物４ｂ内に分布している粒状金属４ａは、前記のようにそれぞれの金属部分が接触せずに繋がっていない態様で分布していてもいなくてもよいが、それぞれの金属部分が接触して繋がっている態様で分布していてもよい。それぞれの金属部分が接触している場合は、粒状金属４ａ，４ａ間で電流が流れて電気導電性を確保できる。また、それぞれの金属部分が接触していない場合は、粒状金属４ａの周囲に粒状金属４ａ，４ａ間に存在する電流の透過部としての絶縁性金属化合物４ｂの幅（隣り合う粒状金属４ａ，４ａの間隔）が上記の厚さ寸法の範囲で存在すれば、粒状金属４ａ，４ａ間ではトンネル電流が流れる等して電極としての電気導電性を確保できる。
【０１１９】
こうしたベース電極４は、先ず、第１有機半導体層３ａ上の全面に金属膜４’を真空蒸着、スパッタリング等で形成し（図１３（Ａ）参照）、次いでその金属膜４’を部分的に絶縁化させて、連続する絶縁性金属化合物４ｂと、その絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを生じさせる部分絶縁化法にて形成する（図１３（Ｂ）参照）。
【０１２０】
なお、部分絶縁化工程は、図１３（Ａ）に示すような金属粒４”からなる金属膜４’を反応ガス中で化学反応させ、図１３（Ｂ）に示すような粒状金属４ａが所定の平均直径になるまで反応を行う。化学反応させるための反応ガス雰囲気としては、酸素雰囲気、酸素窒素混合雰囲気、高湿度雰囲気下等を挙げることができるが、好ましくは酸素雰囲気であり、容易に酸化処理することができる。金属粒４”の集合体からなる金属膜４’を酸化処理することにより、金属粒４”の周りに絶縁性金属酸化物４ｂを容易に形成することができる。
【０１２１】
（基板）
基板１１の種類や構造は特に限定されるものではなく、用途に応じてフレキシブルな材質や硬質な材質等が選択される。具体的に用いることができる材料としては、例えば、Ａｌ等の金属、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。通常は、ＩＴＯ付きガラス基板やＩＴＯ付きプラスチック基板等を好ましく用いることができる。また、基板１１の形状としては、枚葉状でも連続状でもよく、具体的な形状としては、例えばカード状、フィルム状、ディスク状、チップ状等を挙げることができる。
【０１２２】
（その他）
電極形成前の基板１１上にはバリア層や平滑層等を設けてもよい。また、エミッタ電極２上には、必要に応じて、ＰＶＰ (ポリビニルピロリドン) 等からなる保護層や、酸化ケイ素や酸窒化ケイ素等からなるガスバリア層を形成してもよい。
【実施例】
【０１２３】
以下、種々の実験を行って本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の例に限定解釈されることはない。
【０１２４】
［実験例１］
図８に示す有機トランジスタ１０を作製した。先ず、厚さ１５０ｎｍの透明ＩＴＯ電極が全面に形成された厚さ１ｍｍのガラス基板１１を準備した。その透明ＩＴＯ電極を、所定パターンのコレクタ電極１と第１電極２１にパターニングした。電極パターンが形成されたガラス基板１１を真空チャンバー内にセットし、そのコレクタ電極１と第１電極２１上に、ペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）を厚さ２００ｎｍとなるように蒸着法で形成して有機半導体層を形成した。この有機半導体層は、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして作用し、第１電極２１上では抵抗層２４として作用する。
【０１２５】
次に、第１有機半導体層３ａ上に、アルミニウム金属膜を厚さ２０ｎｍとなるように真空蒸着法で形成したが、その際、その金属膜が、平均粒径３０ｎｍの多数の金属粒（グレイン）によって形成されるように蒸着レートを０．１ｎｍ／秒〜１ｎｍ／秒の範囲で設定した（実際は、1ｎｍ／秒で成膜した。）。アルミニウム金属膜を形成した素子（図１３（Ａ）参照）を大気雰囲気下で１２０℃に加温した環境に保持し、そのアルミニウム金属膜を構成する金属粒の周縁を酸化させて、粒状のアルミニウム金属と酸化アルミニウムとからなる層状連続体（ベース電極４）を形成した（図１３（Ｂ）参照）。次いで、再び真空チャンバーに戻して厚さ４０ｎｍのフラーレンＣ６０を蒸着して第２有機半導体層３ｂを形成した。
【０１２６】
次に、Ａｌをマスクを用いてパターン蒸着し、第２有機半導体層３ｂ上にはエミッタ電極２を所定パターンで形成し、抵抗層２４上には第２電極２２を所定パターンで形成した。なお、第２電極２２の端部がベース電極４の端部に重なる部分２６を有するように形成し、両者を電気的に接続した。最後に、窒素雰囲気下で封止処理を行った。封止処理は、２枚のガラスを紫外線硬化樹脂で貼り合わせることで行った。こうして有機トランジスタ１０を作製した。
【０１２７】
上記の方法で以下のサンプル１〜４を作製した。
【０１２８】
＜サンプル１＞抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×４ｍｍ）して、抵抗部６の抵抗値が１５ｋΩとなる有機トランジスタ；
＜サンプル２＞抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）して、抵抗部６の抵抗値が２０ｋΩとなる有機トランジスタ；
＜サンプル３＞抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．２ｍｍ）して、抵抗部６の抵抗値が５０ｋΩとなる有機トランジスタ；
＜サンプル４＞抵抗部６を形成しない縦型トランジスタ部５のみの有機トランジスタ。
【０１２９】
図１４は、サンプル１〜４で得られた電流変調特性を示すグラフである。測定は、２台のソース・メジャーユニットを用い、一定のコレクタ電圧（３Ｖ）を印加した状態でベース電圧を変化させたときの、コレクタ電流、ベース電流を測定することで行った。
【０１３０】
図１４に示すように、抵抗部６を形成しないサンプル４（図中の太線）の場合は、ベース電圧Ｖｂの走査に対して、ベース電圧を４Ｖ印加しただけでヒステリシスが発生した。また、ベース電圧Ｖｂを９Ｖ印加すると、ベース電極−エミッタ電極間の短絡が確認された。一方、抵抗部６を１５ｋΩとしたサンプル１（図中の破線）、２０ｋΩとしたサンプル２（図中の一点鎖線）は、コレクタ電流がサンプル４と同程度の立ち上がりを示しており、抵抗部６を加えたことによる動作電圧の増加は確認されなかった。また、ベース電圧を９Ｖ印加しても大きなヒステリシスやベース電極−エミッタ電極間の短絡は確認されなかった。抵抗部６を５０ｋΩとしたサンプル３（図中の細線）は、ヒステリシスは確認されなかったが、動作電圧が増加しており、適切な抵抗値を設定することが必要であることが分かった。
【０１３１】
［実験例２］
図９（Ａ）及び図１０に示す回路素子５０Ａを作製した。先ず、厚さ１５０ｎｍ透明ＩＴＯ電極が全面に形成された厚さ１ｍｍのガラス基板１１を準備した。その透明ＩＴＯ電極を、所定パターンのコレクタ電極１及び第４電極３１と第１電極２１とにパターニングした。ここで、コレクタ電極１と第４電極３１は図１０に示すように一体パターンで形成した。電極パターンが形成されたガラス基板１１を真空チャンバー内にセットし、そのコレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１上に、ペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）を厚さ２００ｎｍとなるように蒸着法で形成して有機半導体層を形成した。この有機半導体層は、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして作用し、第１電極２１上では第１抵抗層２４として作用し、第４電極３１上では第２抵抗層３３として作用する。
【０１３２】
次に、第１有機半導体層３ａ上に、実験例１と同様の方法でベース電極４を形成した。次いで、再び真空チャンバーに戻して厚さ４０ｎｍのフラーレンＣ６０を蒸着して第２有機半導体層３ｂを形成した。
【０１３３】
次に、Ａｇをマスクを用いてパターン蒸着し、第２有機半導体層３ｂ上にはエミッタ電極２を所定パターンで形成し、第１抵抗層２４上には第２電極２２を所定パターンで形成し、第２抵抗層３３上には第５電極３２を所定パターンで形成した。なお、第２電極２２は、その端部がベース電極４の端部に重なる部分２６を有するように形成し、両者を電気的に接続した。最後に、窒素雰囲気下で封止処理を行った。封止処理は、２枚のガラスを紫外線硬化樹脂で貼り合わせることで行った。こうして回路素子５０Ａ（図９（Ａ）参照）を作製した。
【０１３４】
得られた回路素子５０Ａにおいて、第１抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）して、第１抵抗部６の抵抗値を２０ｋΩとした。また、第２抵抗層３３を上下に挟む第４電極３１と第５電極３２との重複部分Ｓ３の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）して、第２抵抗部３０の抵抗値を２０ｋΩとした。
【０１３５】
図１５は、得られた回路素子５０Ａの入出力電圧特性を示すグラフである。測定は、３台のソース・メジャーユニットを用い、一定のＶDDを印加しながら入力電圧を変化させたときの出力電圧を観測することで行った。図示のように、入力電圧を増加させることで、出力電圧が減少しており、基本論理演算回路の一つであるインバータ回路として動作していることが確認された。
【０１３６】
［実験例３］
実験例１の有機トランジスタ１０において、その抵抗部６に非線形電流電圧特性機能を併せ持たせた有機トランジスタ１０（図８参照）を作製した。先ず、実験例１と同様にして、ガラス基板１１にパターン形成したコレクタ電極１と第１電極２１上に、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして作用し、第１電極２１上では抵抗層２４として作用する有機半導体層を形成した。
【０１３７】
次に、第１有機半導体層３ａ上に、実験例１と同様の方法でベース電極４を形成し、さらに、そのベース電極４上にて第２有機半導体層３ｂを形成した。
【０１３８】
次に、Ａｇ、Ａｌ、Ｌｉ／Ａｌのいずれかをマスクを用いてパターン蒸着し、第２有機半導体層３ｂ上にはエミッタ電極２を所定パターンで形成し、抵抗層２４上には第２電極２２を所定パターンで形成した。それ以外も実験例１と同様にして有機トランジスタ１０を作製した。
【０１３９】
この実験例３では、第２電極２２の電極材料として、Ａｇを用いた場合をサンプルＡとし、Ａｌを用いた場合をサンプルＢとし、Ｌｉを０．１ｎｍ、Ａｌを１００ｎｍ蒸着したものを用いた場合をサンプルＣとした。なお、サンプルＡ〜Ｃは、抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）し、抵抗部６の抵抗値は２０ｋΩとした。
【０１４０】
図１６は、サンプルＡ〜Ｃで得られた電流変調特性を示すグラフである。測定は、実験例１と同様である。図示のように、用いる電極種によって閾値電圧がシフトしていることから、抵抗層２４への電荷の注入度合いを変化させることができる。すなわち、本発明においては、電極種を代えて抵抗層２４への電荷注入度合いを変化させることにより、その抵抗部６には、ダイオードの整流性よりも寧ろ、電流の立ち上がり電圧（閾値電圧）が異なる非線形な電流−電圧特性を持たせることができる。本願では、こうしたダイオード類似の機能を「非線形電流電圧特性機能」とよぶ。例えば、抵抗層２４への電荷注入を悪くする電極種を設けて立ち上がり電圧を例えば１Ｖとすると、トランジスタのＶthをプラスにシフトさせることができる。
【０１４１】
サンプルＣ（図中の一点鎖線）は、第２電極２２から抵抗層２４への電荷の注入が良好であるため、閾値電圧は０Ｖであった。一方、図１６にも示すように、サンプルＡ（図中の実線）は、第２電極２２から抵抗層２４への電荷の注入が抑制されており、閾値電圧が０．６Ｖとなった。また、サンプルＢ（図中の破線）は、第２電極２２から抵抗層２４への電荷の注入がサンプルＡよりさらに抑制されており、閾値電圧が１．２Ｖ程度となった。
【０１４２】
［実験例４］
実験例２の回路素子５０Ａにおいて、その第１抵抗部６に非線形電流電圧特性機能を併せ持たせた回路素子（図９（Ａ）及び図１０参照）を作製した。先ず、実験例２と同様にして、ガラス基板１１にパターン形成したコレクタ電極１と第１電極２１と第４電極３１上に、コレクタ電極１上では第１有機半導体層３ａとして作用し、第１電極２１上では抵抗層２４として作用し、第４電極３１上では第２抵抗層３３として作用する有機半導体層を形成した。なお、コレクタ電極１と第４電極３１は図１０に示すように一体パターンで形成した。
【０１４３】
次に、第１有機半導体層３ａ上に、実験例２と同様の方法でベース電極４を形成し、さらにそのベース電極４上に第２有機半導体層３ｂを形成した。
【０１４４】
次に、Ａｇ、Ａｌ、Ｌｉ／Ａｌのいずれかをマスクを用いてパターン蒸着し、第２有機半導体層３ｂ上にはエミッタ電極２を所定パターンで形成し、第１抵抗層２４上には第２電極２２を所定パターンで形成し、第２抵抗層３３上には第５電極３２を所定パターンで形成した。それ以外も実験例２と同様にして回路素子５０Ａを作製した。
【０１４５】
この実験例４では、第２電極２２の電極材料として、Ａｇを用いた場合をサンプルＡとし、Ａｌを用いた場合をサンプルＢとし、ＬｉＦ／Ａｌを用いた場合をサンプルＣとした。なお、サンプルＡ〜Ｃは、第１抵抗層２４を上下に挟む第１電極２１と第２電極２２との重複部分Ｓ２の面積を調整（１ｍｍ×１．８ｍｍ）し、抵抗部６の抵抗値は２０ｋΩとした。また、第２抵抗層３３については、その第２抵抗層３３を上下に挟む第４電極３１と第５電極３２との重複部分Ｓ３の面積を調整（１ｍｍ×０．６ｍｍ）し、第２抵抗部３０の抵抗値は１００ｋΩとした。
【０１４６】
図１７は、サンプルＡ〜Ｃで得られた入出力電圧特性を示すグラフである。測定は、実験例２と同様である。図中の実線はサンプルＡを表し、破線はサンプルＢを表し、一点鎖線はサンプルＣを表している。図１７の結果より、抵抗部６の電極種による閾値電圧シフト（図１６参照）にあわせてインバータの反転する閾値電圧を制御可能であることがわかった。
【符号の説明】
【０１４７】
１ コレクタ電極（下部電極）
２ エミッタ電極（上部電極）
３ 有機半導体層
３ａ 第１有機半導体層
３ｂ 第２有機半導体層
４ ベース電極（層状連続体）
４ａ 粒状金属
４ｂ 絶縁性金属化合物
５ 縦型トランジスタ部
６ 抵抗部（第１抵抗部）
７ ベース電圧電源端子
８ コレクタ電圧電源端子
９ グラウンド端子
１０ 有機トランジスタ
１１ 基板
１２ 非線形電流電圧特性部
２１ 第１電極
２２ 第２電極
２３ 第３電極
２４ 抵抗層（第１抵抗層）
２５ バス電極
２６ ベース電極と第２電極との重なり部分
３０ 第２抵抗部
３１ 第４電極
３２ 第５電極
３３ 第２抵抗層
３５ 出力電圧端子
３６ 入力電圧端子
３７ 電源電圧端子
４０ 非線形電流電圧特性部
５０ 回路素子
【０１４８】
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｃ コレクタ電圧
ＶDD 電源電圧
ＶOUT 出力電圧
ＶIN 入力電圧
Ｓ１ コレクタ電極とエミッタ電極の重複部分
Ｓ２ 第１電極と第２電極の重複部分
Ｓ３ 第４電極と第５電極の重複部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタ電極と、エミッタ電極と、両電極間に設けられた有機半導体層と、該有機半導体層内に設けられたベース電極とを有する縦型トランジスタ部、及び、前記ベース電極とベース電圧電源端子との間に設けられた抵抗部、を有することを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記抵抗部は、前記コレクタ電極と同じ材料からなり前記ベース電圧電源端子に接続する第１電極と、前記エミッタ電極と同じ材料からなり前記ベース電極に接続する第２電極と、前記有機半導体層と同じ材料からなり前記第１電極及び第２電極間に挟まれた抵抗層とを有する、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記コレクタ電極が基板上に形成されてコレクタ電圧電源端子に接続され、前記エミッタ電極が前記有機半導体層上に形成されてグラウンド端子に接続され、前記第１電極が前記基板上に形成されて前記ベース電圧電源端子に接続されている、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記第１電極とともに前記抵抗層を挟む前記第２電極が、前記抵抗層上に直接、又は前記ベース電極と同じ材料からなる第３電極を介して設けられている、請求項２又は３に記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
前記ベース電極と前記第２電極又は前記第３電極とが、バス電極を介して接続されている、請求項４に記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記有機半導体層が、前記ベース電極と前記コレクタ電極との間にある第１有機半導体層と、前記ベース電極と前記エミッタ電極との間にある第２有機半導体層とからなり、前記抵抗層が、前記第１有機半導体層と同一の材料からなる層を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機トランジスタ。
【請求項７】
前記ベース電極が、連続する絶縁性金属化合物と、該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有する層状連続体である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機トランジスタ。
【請求項８】
前記ベース電極が、メッシュ状の導体である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機トランジスタ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機トランジスタを有することを特徴とする回路素子。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機トランジスタがさらに抵抗部又は非線形電流電圧特性部を有し、該抵抗部又は非線形電流電圧特性部は、前記コレクタ電極と同じ材料からなり該コレクタ電極に接続する第４電極と、前記エミッタ電極と同じ材料からなり該エミッタ電極に接続しない第５電極と、前記有機半導体層と同じ材料からなり前記第４電極及び第５電極間に挟まれた第２抵抗層とを有することを特徴とする回路素子。
【請求項１１】
縦型トランジスタ部と抵抗部とを有する有機トランジスタの製造方法であって、
前記縦型トランジスタ部の作製工程は、コレクタ電極が形成された基板上に第１有機半導体層を形成する工程、前記第１有機半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース電極上に第２有機半導体層を形成する工程、及び、前記第２有機半導体層上にエミッタ電極を形成する工程、をその順で有し、
前記抵抗部の作製工程は、前記コレクタ電極と同じ材料からなる第１電極が形成された基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する抵抗層を形成する工程、及び、前記抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１有機半導体層と前記抵抗層の全部又は一部とを同時に形成し、前記エミッタ電極と前記第２電極とを同時に形成することを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記エミッタ電極をグラウンド端子に接続し、前記コレクタ電極をコレクタ電圧電源端子に接続し、前記第１電極をベース電圧電源端子に接続し、前記第２電極を前記ベース電極に接続する、請求項１１に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
縦型トランジスタ部と、第１抵抗部と、第２抵抗部又は非線形電流電圧特性部とを有する回路素子の製造方法であって、
前記縦型トランジスタ部の作製工程は、コレクタ電極が形成された基板上に第１有機半導体層を形成する工程、前記第１有機半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース電極上に第２有機半導体層を形成する工程、及び、前記第２有機半導体層上にエミッタ電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１抵抗部の作製工程は、前記コレクタ電極と同じ材料からなる第１電極が形成された前記基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する第１抵抗層を形成する工程、及び、前記第１抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第２抵抗部又は前記非線形電流電圧特性部の作製工程は、前記コレクタ電極と接続するとともに該コレクタ電極と同じ材料からなる第４電極が形成された前記基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する第２抵抗層を形成する工程、及び、前記第２抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第５電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１有機半導体層と前記第１抵抗層の全部又は一部と前記第２抵抗層の全部又は一部とを同時に形成し、前記エミッタ電極と前記第２電極と前記第５電極とを同時に形成することを特徴とする回路素子の製造方法。
【請求項１４】
前記エミッタ電極をグラウンド端子に接続し、前記第４電極を出力電圧端子に接続し、前記第１電極を入力電圧端子に接続する、請求項１３に記載の回路素子の製造方法。
【請求項１】
コレクタ電極と、エミッタ電極と、両電極間に設けられた有機半導体層と、該有機半導体層内に設けられたベース電極とを有する縦型トランジスタ部、及び、前記ベース電極とベース電圧電源端子との間に設けられた抵抗部、を有することを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記抵抗部は、前記コレクタ電極と同じ材料からなり前記ベース電圧電源端子に接続する第１電極と、前記エミッタ電極と同じ材料からなり前記ベース電極に接続する第２電極と、前記有機半導体層と同じ材料からなり前記第１電極及び第２電極間に挟まれた抵抗層とを有する、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記コレクタ電極が基板上に形成されてコレクタ電圧電源端子に接続され、前記エミッタ電極が前記有機半導体層上に形成されてグラウンド端子に接続され、前記第１電極が前記基板上に形成されて前記ベース電圧電源端子に接続されている、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記第１電極とともに前記抵抗層を挟む前記第２電極が、前記抵抗層上に直接、又は前記ベース電極と同じ材料からなる第３電極を介して設けられている、請求項２又は３に記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
前記ベース電極と前記第２電極又は前記第３電極とが、バス電極を介して接続されている、請求項４に記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記有機半導体層が、前記ベース電極と前記コレクタ電極との間にある第１有機半導体層と、前記ベース電極と前記エミッタ電極との間にある第２有機半導体層とからなり、前記抵抗層が、前記第１有機半導体層と同一の材料からなる層を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機トランジスタ。
【請求項７】
前記ベース電極が、連続する絶縁性金属化合物と、該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有する層状連続体である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機トランジスタ。
【請求項８】
前記ベース電極が、メッシュ状の導体である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機トランジスタ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機トランジスタを有することを特徴とする回路素子。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機トランジスタがさらに抵抗部又は非線形電流電圧特性部を有し、該抵抗部又は非線形電流電圧特性部は、前記コレクタ電極と同じ材料からなり該コレクタ電極に接続する第４電極と、前記エミッタ電極と同じ材料からなり該エミッタ電極に接続しない第５電極と、前記有機半導体層と同じ材料からなり前記第４電極及び第５電極間に挟まれた第２抵抗層とを有することを特徴とする回路素子。
【請求項１１】
縦型トランジスタ部と抵抗部とを有する有機トランジスタの製造方法であって、
前記縦型トランジスタ部の作製工程は、コレクタ電極が形成された基板上に第１有機半導体層を形成する工程、前記第１有機半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース電極上に第２有機半導体層を形成する工程、及び、前記第２有機半導体層上にエミッタ電極を形成する工程、をその順で有し、
前記抵抗部の作製工程は、前記コレクタ電極と同じ材料からなる第１電極が形成された基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する抵抗層を形成する工程、及び、前記抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１有機半導体層と前記抵抗層の全部又は一部とを同時に形成し、前記エミッタ電極と前記第２電極とを同時に形成することを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記エミッタ電極をグラウンド端子に接続し、前記コレクタ電極をコレクタ電圧電源端子に接続し、前記第１電極をベース電圧電源端子に接続し、前記第２電極を前記ベース電極に接続する、請求項１１に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
縦型トランジスタ部と、第１抵抗部と、第２抵抗部又は非線形電流電圧特性部とを有する回路素子の製造方法であって、
前記縦型トランジスタ部の作製工程は、コレクタ電極が形成された基板上に第１有機半導体層を形成する工程、前記第１有機半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース電極上に第２有機半導体層を形成する工程、及び、前記第２有機半導体層上にエミッタ電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１抵抗部の作製工程は、前記コレクタ電極と同じ材料からなる第１電極が形成された前記基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する第１抵抗層を形成する工程、及び、前記第１抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第２電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第２抵抗部又は前記非線形電流電圧特性部の作製工程は、前記コレクタ電極と接続するとともに該コレクタ電極と同じ材料からなる第４電極が形成された前記基板上に前記第１有機半導体層と同じ材料からなる層を有する第２抵抗層を形成する工程、及び、前記第２抵抗層上に前記エミッタ電極と同じ材料からなる第５電極を形成する工程、をその順で有し、
前記第１有機半導体層と前記第１抵抗層の全部又は一部と前記第２抵抗層の全部又は一部とを同時に形成し、前記エミッタ電極と前記第２電極と前記第５電極とを同時に形成することを特徴とする回路素子の製造方法。
【請求項１４】
前記エミッタ電極をグラウンド端子に接続し、前記第４電極を出力電圧端子に接続し、前記第１電極を入力電圧端子に接続する、請求項１３に記載の回路素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
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【図１３】
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【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−５４７７５（Ｐ２０１１−５４７７５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０２５７５（Ｐ２００９−２０２５７５）
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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