图1：此次试制的有机晶体管剖面结构。
下部电极为源电极，上部电极为漏电极。
图2：利用从源极经栅极再到漏极的电位分布说明了SIT的工作机理。
载流子（图中的粉色球）通过栅极间隔（栅间隔）流向漏极。
图3：形成SIT结构的步骤。
图中的PS表示聚苯乙烯。
日本千叶大学工程系中村雅一副教授和工藤一浩教授与日本化学技术战略推进机构共同组成的联合研究小组日前在2mm×2mm的区域中集成约2800万个有机晶体管元件，开发出驱动性能更高的芯片。在2006年3月22日～26日于东京武藏工业大学举办的日本“第53届应用物理学相关联合演讲会”上进行了发表（演讲序号为23a-ZG-1）。
像部分功率MOSFET和IGBT一样，此芯片将集成了大量晶体管元件的芯片当作一个晶体管来使用。此次的有机晶体管芯片由于驱动性能高，因此适合于有机EL元件和发光二极管（LED）等电流驱动元件的开关用途。该小组使用该芯片为蓝色LED供电，结果能使LED很好地工作。驱动有机EL元件时，可在此次的有机晶体管上层叠有机EL元件。此次开发的芯片因为是在3～4V的电压下工作，因此电源可使用太阳能电池或干电池等。芯片则能以数kHz的开关频率进行驱动。
互导值方面，有机半导体使用CuPc（铜酞菁）时为2ms，使用并五苯时为6ms。在有机晶体管中都非常高。在有机晶体管中使用了SIT（static induction transistor，静电感应晶体管）这种垂直型晶体管结构。要想在CMOS电路和液晶面板的TFT电路等元件使用的水平型晶体管结构的MIS（metal insulator semiconductor，金属绝缘体半导体）中得到与该芯片相同的互导值，不仅要将作为有机晶体管已经算是很小的栅长设计为5μm，还必须将栅极宽度大大增加到500mm（有机半导体载流子迁移率为0.5cm2/Vs时）。
决定有机晶体管尺寸的重要制造工序使用的是溶液技术，而没有使用光刻技术。另外，此次虽说是在玻璃底板上制作有机晶体管的，但制造温度很低，甚至在塑料材料的耐热温度以下。因此，将来能够以机械方式利用基于柔软塑料底板的卷到卷方式生产芯片。
边蒸镀边进行微加工
此次的SIT结构晶体管沿底板到表面的方向依次层叠了源电极层、绝缘层、栅电极层、有机半导体层、漏电极层（图1）。栅电极层在栅与栅之间有间隙（栅间隔），在栅间隔中填充了有机半导体层。晶体管导通时，通过栅电极的间隔，载流子由源电极向漏电极一侧移动（图2）。晶体管截止时，向栅电极施加电压，在栅电极附近的有机半导体中形成空乏层。如此来来，就会切断栅间隔中的载流子通道。
在SIT结构中要想提高电流驱动性能，只要减小有机半导体层的膜厚度，缩短源电极和漏电极之间的距离就行。此次，将这个距离缩短到了约200nm。不过，此时为了有效控制晶体管的导通与截止，需要将栅间隔宽度设置成与源-漏极距离相同。此次设想到将来利用卷到卷方式进行芯片生产，采用了不使用光刻技术即可得到微小栅间隔的技术。通过将由聚苯乙烯组成的微粒作为掩膜使用，得到了约200nm的栅间隔。
形成此次的SIT结构的步骤如下（图3）。首先，（1）要弄到直径约200nm的聚苯乙烯微粒，在微粒表面形成带正电的官能团之后，使其分散到水溶液中。接着，使整个玻璃底板表面带上负电之后，浸入含有聚苯乙烯微粒的水溶液中。于是，在聚苯乙烯微粒之间由于相互排斥的作用，聚苯乙烯微粒就不会发生凝聚，而是分散到底板表面上，吸附到底板上。其次，（2）等底板表面干燥以后，依次蒸镀源电极层、绝缘层和栅电极层。层叠后的多层膜是在玻璃底板表面没有聚苯乙烯微粒的部位形成的。再次，（3）在玻璃底板表面贴上粘带，粘到含有聚苯乙烯微粒的部位上，然后把粘带揭掉，就会把聚苯乙烯微粒从底板表面清除掉。最后，（4）蒸镀有机半导体层和漏电极层。至此，有机晶体管就算完成了。
电流还有望再提高2～3位数
作为今后的课题，千叶大学的中村提到了提高导通电流和改善导通与截止电流比（导通截止比）2点。对于导通电流的提高，将在有机半导体的材料和形成方法上下功夫，改变有机半导体层内的分子排列方式。根据此次制作的有机晶体管电气特性，该研究小组对有机半导体层中的载流子迁移率进行计算，结果仅为10-6～10-5cm2/Vs，相当低。该小组认为，如果在分子排列方式上下功夫，将能够提高到10-3～10-2cm2/Vs。
至于导通与截止比的提高，不仅要对材料，还对晶体管结构进行改进。准备使用对晶体管工作状态进行分析的模拟方法，优化晶体管结构。此次的芯片其导通/截止比为470。如果能够提高到1000附近，“就可作为对比度为1000左右的有机EL面板驱动元件来使用”（中村）。
此次的芯片属于日本经济产业省重点领域研究开发委托纳米技术开发计划——“功能性胶囊活用彩色可擦写纸张”项目，和日本文部科学省科技研究费扶持资金青年研究项目（A）——“自发的基于高级结构形成法的高性能有机晶体管制作”的成果。另外，在研发过程中还得到了文部科学省21世纪COE计划——“超高性能有机软元件尖端领域”的协作。
