JP2006269770A - Organic oriented film and organic semiconductor device using it - Google Patents

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Akitomo Tachibana
明知 立花
Koichi Nakamura
康一 中村
Kentaro Doi
謙太郎 土井
Yuhei Mori
裕平 森
Takashi Kurihara
栗原  隆
Takahisa Tanabe
貴久 田辺
Satoru Tanaka
覚 田中
Akifumi Adachi
昌文 安達
Keiji Okazaki
慶二 岡崎
Yuko Kosugi
優子 小杉
Masaru Okuyama
優 奥山
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Mitsubishi Chemical Corp
Hitachi Ltd
Kyoto University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic oriented film having superior orientation, capable of indicating high mobility. <P>SOLUTION: A carrier effective mass (m<SP>*</SP>) satisfies 0<m<SP>*</SP>≤0.8m<SB>e</SB>(where m<SB>e</SB>represents the original mass of the electrons). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高移動度を示し得る優れた配向を有する有機配向膜と、それを用いた有機半導体デバイスに関する。   The present invention relates to an organic alignment film having excellent alignment that can exhibit high mobility, and an organic semiconductor device using the organic alignment film.

近年、有機材料を電子デバイスに用いることが広く試みられ、その一部は実用化に至っている。電界効果トランジスタ(field-effect transistor:以下適宜「FET」と略する。)においても、従来は無機系材料が用いられてきたが、デバイスの形態の多様化(可撓性を付与する等)、大面積化、低コスト化を目的として、有機系材料を用いることが試みられ、研究が続けられている。   In recent years, organic materials have been widely used for electronic devices, and some of them have been put into practical use. In the field-effect transistor (hereinafter abbreviated as “FET” as appropriate), inorganic materials have been used in the past. However, diversification of device forms (such as providing flexibility), For the purpose of increasing the area and reducing the cost, attempts have been made to use organic materials, and research continues.

従来、有機材料を用いた薄膜トランジスタ(thin film transistor:以下適宜「TFT」と略する。また、有機材料を用いたTFTを適宜「有機TFT」と称する。)については、結晶を用いてこれを実現することが検討されてきたが、結晶を用いた系においては粒界による損失の問題が少ないにもかかわらず移動度が低く(ペンタセン結晶において0.1〜0.5cm2/Vs程度、非特許文献1)、実用には不十分なレベルに留まっているという課題があった。 Conventionally, a thin film transistor using an organic material (thin film transistor: hereinafter abbreviated as “TFT” where appropriate. Also, a TFT using an organic material is appropriately referred to as “organic TFT”) is realized by using crystals. However, in a system using a crystal, the mobility is low (about 0.1 to 0.5 cm 2 / Vs in a pentacene crystal, although it is not patented). Reference 1) has a problem that it remains at a level that is insufficient for practical use.

一方、近年、薄膜を用いた系においても、薄膜を使用したことに由来する粒界の存在にもかかわらず、結晶とほぼ同等更には高い移動度を示すことが報告されており(ペンタセン薄膜において0.7cm2/Vs、非特許文献2)、成膜の容易性もあいまって、薄膜を用いて実用化を目指した研究開発が広く行なわれている。最近では、様々な工夫を行なうことにより更なる高移動度を示した薄膜の例も報告されている(ペンタセン薄膜において3.0cm2/Vs、非特許文献3)。しかし、これら薄膜でも無機系材料に比べ移動度が低く、限定された用途を対象とした場合といえども、実用化のためには不十分な状況にある。 On the other hand, in recent years, it has been reported that even in a system using a thin film, the mobility is almost equal to or higher than that of a crystal despite the existence of a grain boundary derived from the use of the thin film (in a pentacene thin film). R & D aiming at practical use using a thin film has been widely conducted in conjunction with 0.7 cm 2 / Vs, Non-Patent Document 2) and the ease of film formation. Recently, an example of a thin film that has exhibited higher mobility by performing various devices has been reported (3.0 cm 2 / Vs in a pentacene thin film, Non-Patent Document 3). However, even these thin films have a lower mobility than inorganic materials, and even if they are intended for limited applications, they are inadequate for practical use.

J. Takeya et al.,Journal of Applied Physics,Vol. 94,No. 9,p. 5800-5804,2003年J. Takeya et al., Journal of Applied Physics, Vol. 94, No. 9, p. 5800-5804, 2003 D. J. Gundlach et al.,IEEE Electron Device Letters,Vol. 18,No. 3,p. 87-89,1997年D. J. Gundlach et al., IEEE Electron Device Letters, Vol. 18, No. 3, p. 87-89, 1997 H. Klauk et al.,Journal of Applied Physics,Vol. 92,No. 9,p. 5259-5263,2002年H. Klauk et al., Journal of Applied Physics, Vol. 92, No. 9, p. 5259-5263, 2002

以上の背景から、有機系材料を用いた薄膜において移動度を支配する因子を解明し、高い移動度を示し得る優れた配向を有する薄膜を開発することが求められていた。   From the above background, it has been required to elucidate the factors governing mobility in a thin film using an organic material and to develop a thin film having an excellent orientation capable of exhibiting high mobility.

本発明は上述の課題に鑑みて創案されたもので、その目的は、高移動度を示し得る優れた配向を有する有機配向膜を提供すること、並びに、この有機配向膜を用いることにより、高い移動度を示す優れた有機半導体デバイスを提供することにある。   The present invention was devised in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is high by providing an organic alignment film having excellent alignment that can exhibit high mobility, and by using this organic alignment film. The object is to provide an excellent organic semiconductor device exhibiting mobility.

本発明者らは斯かる課題に鑑み、配向の揃った薄膜を作製し、配向構造解析、薄膜物性評価を行ない、更に理論的に結晶と薄膜の差異を解析した結果、結晶と薄膜での移動度の相違の理由を解明した。また、移動度を支配する因子の一つがキャリア有効質量であること、また、このキャリア有効質量が小さいほど移動度が高くなるといった考えに基づき、更なる理論計算・解析・考察を行なった。その結果、薄膜においてより移動度が高いと考えられる、キャリア有効質量の小さな配向を見出だすに至って、本発明を完成させた。   In view of such a problem, the present inventors made a thin film with uniform orientation, performed orientation structure analysis and thin film physical property evaluation, and further theoretically analyzed the difference between the crystal and the thin film. The reason for the difference in degree was clarified. In addition, based on the idea that one of the factors governing mobility is the effective carrier mass, and the mobility increases as the carrier effective mass decreases, further theoretical calculations, analysis, and considerations were performed. As a result, an orientation with a small effective carrier mass, which is considered to have higher mobility in the thin film, was found, and the present invention was completed.

すなわち、本発明の要旨は、キャリア有効質量(m*)が、0<m*≦0.8meを満たす(但し、meは、電子本来の質量を表わす。)ことを特徴とする、有機配向膜に存する(請求項1)。 That is, the gist of the present invention, the carrier effective mass (m *) is, 0 <m * satisfy ≦ 0.8 m e (where, m e is. Representing the electronic original mass) be characterized, organic It exists in the alignment film (claim 1).

ここで、薄膜構造を構成する単位胞内の最近接二分子間における各分子の最小自乗平面間のなす角(φ)が、0≦φ≦80°を満たすことが好ましい(請求項2)。   Here, it is preferable that the angle (φ) formed between the least square planes of each molecule between the two closest molecules in the unit cell constituting the thin film structure satisfies 0 ≦ φ ≦ 80 ° (Claim 2).

また、アセン系化合物を含んでなることが好ましい(請求項3)。   Further, it preferably comprises an acene compound (claim 3).

更には、ペンタセン系化合物を含んでなることが好ましい(請求項4)。   Furthermore, it preferably comprises a pentacene-based compound (claim 4).

この場合、格子定数が、a=7.5±1Å、b=6.0±1Å、c=15.4±1Å、α=90.0±10°、β=90.0±10°、γ=91.0±10°の各範囲内であることが好ましい(請求項5)。   In this case, the lattice constants are a = 7.5 ± 1Å, b = 6.0 ± 1Å, c = 15.4 ± 1Å, α = 90.0 ± 10 °, β = 90.0 ± 10 °, γ = 91.0 ± 10 ° is preferable within each range (Claim 5).

また、平行光学系X線回折out-of-plane測定(薄膜測定)において、ブラッグ角2θ=5.8±0.5°、及び、ブラッグ角2θ=11.5±0.5°の各範囲内にピークを有し、且つ、平行光学系X線回折in-plane測定(薄膜測定)において、ブラッグ角2θ=19.1±0.5°、ブラッグ角2θ=23.7±0.5°、及び、ブラッグ角2θ=28.1±0.5°の各範囲内にピークを有することが好ましい(請求項6)。   Further, in the parallel optical system X-ray diffraction out-of-plane measurement (thin film measurement), each range of Bragg angle 2θ = 5.8 ± 0.5 ° and Bragg angle 2θ = 11.5 ± 0.5 ° In the parallel optical system X-ray diffraction in-plane measurement (thin film measurement), the Bragg angle 2θ = 19.1 ± 0.5 ° and the Bragg angle 2θ = 23.7 ± 0.5 ° And a Bragg angle 2θ = 28.1 ± 0.5 °, preferably having a peak in each range (Claim 6).

また、本発明の別の趣旨は、上述の有機配向膜を用いることを特徴とする、有機半導体デバイスに存する(請求項7)。   Further, another gist of the present invention resides in an organic semiconductor device characterized by using the above-mentioned organic alignment film (claim 7).

本発明の有機配向膜は、キャリア有効質量が小さく、高移動度を示し得る優れた配向を有する。よって、有機TFT等の有機半導体デバイスに好適に使用できる。   The organic alignment film of the present invention has an excellent alignment that has a small effective carrier mass and can exhibit high mobility. Therefore, it can be suitably used for an organic semiconductor device such as an organic TFT.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内であれば種々に変更して実施することができる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

なお、本明細書において「薄膜」とは、構成する分子(又は原子)が表面の影響を受けた状況において分子(又は原子)が膜状となった状態をいい、「結晶」とは、主として構成する分子(又は原子)間での相互作用により三次元的周期性をもって分子(又は原子)が配列した状態をいうものとする。   In the present specification, “thin film” means a state in which molecules (or atoms) are in a film state in a situation where the constituent molecules (or atoms) are affected by the surface, and “crystal” mainly refers to A state in which molecules (or atoms) are arranged with a three-dimensional periodicity by interaction between constituent molecules (or atoms).

[I.有機配向膜の特徴]
本発明の有機配向膜は、以下の特徴を有する。
[I. Characteristics of organic alignment film]
The organic alignment film of the present invention has the following characteristics.

〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕
・キャリア有効質量の範囲:
本発明の有機配向膜は、そのキャリア有効質量の値(m*)が、通常0より大きく、また、通常0.8me以下、好ましくは0.6me以下、より好ましくは0.4me以下の範囲である。但し、meは、電子本来の質量を表わす。
[I-1. Features regarding effective carrier mass)
・ Range of effective carrier mass:
Organic alignment film of the present invention, the carrier effective mass value (m *) is usually greater than 0, and usually 0.8 m e, preferably less 0.6 m e, more preferably less 0.4 m e Range. However, m e represents the electronic original mass.

・キャリア有効質量の定義:
本明細書において「キャリア」とは電子又は正孔である。
なお、本明細書において、「電子」及び「正孔」とは、薄膜あるいは結晶中での場の影響を受けた状態での電子及び正孔をそれぞれ示すこととする。
また、本明細書において「キャリア有効質量」(m*)とは、バンド構造を計算してその曲率から求められる有効質量をいうものとする。
・ Definition of effective carrier mass:
In this specification, “carrier” is an electron or a hole.
Note that in this specification, “electrons” and “holes” refer to electrons and holes in a state affected by a field in a thin film or crystal, respectively.
Further, in this specification, “carrier effective mass” (m * ) refers to an effective mass obtained from the curvature of a band structure calculated.

なお、バンド構造の計算方法としては種々の方法が知られているが、本明細書においては、平面波展開法でバンド構造を求め、その曲率から有効質量を求める方法によるものとする。具体的には、下記の(i)〜(v)の手順に従って求める。   Various methods are known for calculating the band structure. In this specification, the band structure is obtained by the plane wave expansion method, and the effective mass is obtained from the curvature. Specifically, it calculates | requires according to the procedure of following (i)-(v).

(i)材料の単位胞の構成原子・分子に対して周期的境界条件を適用した構造を基にして、Khon Shamの方程式(W. Kohn et al.,Physical Review,Vol.140,No.4A,p.A1133-A1138,1965年参照)を解いて、密度汎関数理論により電子密度を計算する。
その際、交換相関汎関数としては、Generalized gradient approximationのひとつであるPW91(J. P. Perdew et al.,Physical Review B,Vol.45,No.23,p.13244-13249,1992年、及び、J. P. Perdew et al.,Physical Review B,Vol.46,No.11,p.6671-6687,1992年参照)を用い、また、Norm-conserving pseudopotential(D. R. Hamann,Physical Review B,Vol.40,No.5,p.2980-2987,1989年参照)を用いる。
(I) Khon Sham's equation (W. Kohn et al., Physical Review, Vol. 140, No. 4A) based on the structure in which periodic boundary conditions are applied to the constituent atoms and molecules of the unit cell of the material. , P.A1133-A1138, 1965), and calculate the electron density by density functional theory.
In this case, as an exchange correlation functional, PW91 (JP Perdew et al., Physical Review B, Vol. 45, No. 23, p. 13244-13249, 1992, JP Perdew) et al., Physical Review B, Vol. 46, No. 11, p. 6671-6687, 1992) and Norm-conserving pseudopotential (DR Hamann, Physical Review B, Vol. 40, No. 5). , P.2980-2987, 1989).

(ii)得られた電子密度をもとに、平面波展開法(C. Kittel,"Introduction to solid state physics",8th eddition,Wiley社発行,2005年,p.161-184参照)でエネルギー固有値を求める方法により、材料のバンド計算を行ない、バンド構造を求める。 (Ii) Based on the obtained electron density, the energy eigenvalue was calculated by plane wave expansion method (C. Kittel, “Introduction to solid state physics”, 8th edition, published by Wiley, 2005, p.161-184). The band structure of the material is calculated by the method to obtain the band structure.

(iii)逆格子空間上に描かれたバンド構造に注目し、フェルミ面よりも上にある伝導バンドにおいて、バンドエネルギーが極小値をなしている場所を見つける。これは一般に複数存在するが、その極小値の値が最も小さい場所と2番目に小さい場所の2点を選び出す。これらの点において、以下の式(1)の右辺に従って、バンドエネルギーεを、その状態を表す波数ベクトル

Figure 2006269770
の各成分kx、ky、kzで2階微分した値から右辺のテンソルをつくり、これを対角化して、この固有値を求め、その逆数をとることによって、電子の有効質量m*を求める。
Figure 2006269770
(Iii) Pay attention to the band structure drawn on the reciprocal space, and find the place where the band energy is minimal in the conduction band above the Fermi surface. In general, there are a plurality of these, but two points are selected, that is, the place where the minimum value is the smallest and the place where the second smallest place is located. At these points, according to the right side of the following formula (1), the band energy ε is expressed as a wave vector representing the state.
Figure 2006269770
The right-side tensor is created from the values obtained by second-order differentiation with respect to each component k x , k y , and k z , and this is diagonalized to obtain this eigenvalue, and by taking its reciprocal, the effective electron mass m * is obtained. Ask.
Figure 2006269770

(iv)また、フェルミ面よりも下にある価電子バンドにおいて、バンドエネルギーが極大値をなしている場所を見つける。これは一般に複数存在するが、その極大値の値が最も大きい場所と2番目に大きい場所の2点を選び出す。これらの点において、以下の式(2)の右辺に従って、バンドエネルギーεを波数ベクトル

Figure 2006269770
の各成分で2階微分した値からテンソルをつくるが、価電子バンドの場合キャリアは電子ではなく正孔すなわちホールであるので、式(2)の場合は式(1)に対して右辺の符号を反転させる。この符号を反転した右辺のテンソルを対角化して固有値を求め、その逆数をとることによって、正孔の有効質量m*を求める。
Figure 2006269770
(Iv) In the valence band below the Fermi surface, find a place where the band energy has a maximum value. In general, there are a plurality of these, but two points are selected, that is, a place where the maximum value is the largest and a place where the second largest value is found. At these points, according to the right side of the following equation (2), the band energy ε is expressed as a wave vector.
Figure 2006269770
In the case of the valence band, the carrier is not an electron but a hole, that is, a hole. Therefore, in the case of Equation (2), the sign on the right side of Equation (1) is used. Is reversed. The effective value m * of the hole is obtained by diagonalizing the tensor on the right side with the sign inverted and obtaining the eigenvalue and taking the reciprocal thereof.
Figure 2006269770

なお、上記の式(1)及び式(2)において、

Figure 2006269770
である。ここで、hはプランク定数を表わす。 In the above equations (1) and (2),
Figure 2006269770
It is. Here, h represents a Planck constant.

(v)上記(iii)及び(iv)で得られる固有値は複数存在し、得られる有効質量m*も複数存在するが、電子の有効質量は、(iii)の結果におけるm*のうち、正の値で最も値の小さいものを採用し、正孔の有効質量は、(iv)の結果におけるm*のうち、正の値で最も値の小さいものを採用する。 (V) There are a plurality of eigenvalues obtained in the above (iii) and (iv), and there are a plurality of effective masses m * obtained. However, the effective mass of electrons is the positive value of m * in the result of (iii). The effective value of holes is the positive value with the smallest positive value among m * in the result of (iv).

ただし、薄膜デバイスとしての応用を考える場合には、基板に平行な方向、すなわち薄膜の面内方向の有効質量が意味を持つと考えられるので、本発明では、基板に垂直な方向、すなわち薄膜の面に対して垂直方向の成分については考えないものとする。   However, when considering application as a thin film device, the effective mass in the direction parallel to the substrate, that is, the in-plane direction of the thin film is considered to be significant. The component in the direction perpendicular to the surface is not considered.

・キャリア有効質量と移動度との関係:
有機配向膜のキャリア有効質量(m*)を上記範囲内とすることによって、高いキャリア移動度が得られる理由は、以下のように推測される。
・ Relationship between effective carrier mass and mobility:
The reason why high carrier mobility can be obtained by setting the effective carrier mass (m * ) of the organic alignment film within the above range is presumed as follows.

移動度μと有効質量m*との間には、下記式(3)で表わされる関係がある(阿部龍蔵著,新物理学シリーズ8,「電気伝導」,培風館,第20刷,1991年(初版1969年),1−6節,p.11参照)。

Figure 2006269770
ここで、eは電子の電荷であり、τは運動しているキャリアの緩和時間であり、一般に有効質量m*と絶対温度Tに依存する。 There is a relationship expressed by the following formula (3) between the mobility μ and the effective mass m * (Ryuzo Abe, New Physics Series 8, “Electric conduction”, Baifukan, 20th printing, 1991 ( (First edition 1969), 1-6, p.11).
Figure 2006269770
Here, e is the charge of the electrons, τ is the relaxation time of the moving carriers, and generally depends on the effective mass m * and the absolute temperature T.

ところで、下記式(4)及び式(5)で表わされる関係も成立する(W. Warta et al.,Physical Review B,Vol.32,No.2,p.1172-1182,1985年参照)。

Figure 2006269770
Figure 2006269770
ここで、l0は平均自由行程、vtは絶対温度Tにおける熱運動速度、kはボルツマン定数である。 By the way, the relationship represented by the following formulas (4) and (5) is also established (see W. Warta et al., Physical Review B, Vol. 32, No. 2, p. 1172-1182, 1985).
Figure 2006269770
Figure 2006269770
Here, l 0 is the mean free path, v t is the thermal motion speed at the absolute temperature T, and k is the Boltzmann constant.

式(5)を式(4)に代入し、更に式(4)を式(3)に代入すると、移動度は下記式(6)で表わされる。

Figure 2006269770
By substituting equation (5) into equation (4) and further substituting equation (4) into equation (3), the mobility is expressed by the following equation (6).
Figure 2006269770

式(6)において、温度を固定して考え、l0も大きく変化しないものとみなすと、μは(m*1/2に反比例する。
従って、有効質量が小さいほど、移動度は高くなると考えられる。
In the equation (6), if the temperature is considered to be fixed and it is assumed that l 0 does not change greatly, μ is inversely proportional to (m * ) 1/2 .
Therefore, it is considered that the mobility increases as the effective mass decreases.

〔I−2.配向構造に関する特徴〕
・二分子間のなす角の範囲:
本発明の有機配向膜は、薄膜構造を構成する単位胞内の最近接二分子間における各分子の最小自乗平面間のなす角(φ)が、通常0°≦φ≦80°、中でも0°≦φ≦60°、更には0°≦φ≦50°の範囲内であることが好ましい。なお、本明細書では、この「単位胞内の最近接二分子間における各分子の最小自乗平面間のなす角」を、適宜「二分子間のなす角」というものとする。
[I-2. (Features related to orientation structure)
・ Range of angle between two molecules:
In the organic alignment film of the present invention, the angle (φ) formed between the least square planes of each molecule between the two closest molecules in the unit cell constituting the thin film structure is usually 0 ° ≦ φ ≦ 80 °, especially 0 °. ≦ φ ≦ 60 °, more preferably in the range of 0 ° ≦ φ ≦ 50 °. In the present specification, the “angle formed between the least square planes of each molecule between the two closest molecules in the unit cell” is appropriately referred to as “the angle formed between the two molecules”.

・二分子間のなす角及び回転角の定義:
本明細書において、有機配向膜の薄膜構造や単結晶の結晶構造の「二分子間のなす角」(φ)とは、具体的には以下のように定義される値をいう。
・ Definition of angle between two molecules and rotation angle:
In the present specification, the “angle between two molecules” (φ) of the thin film structure of the organic alignment film or the crystal structure of a single crystal specifically refers to a value defined as follows.

即ち、単位胞内最近接の二分子A,Bを考え、それぞれの分子A,Bの最小自乗平面を分子面a及び分子面bと定義する。ここで、分子面aと分子面bの間のなす角を、「二分子間のなす角」φと定義する。   That is, the two molecules A and B closest to each other in the unit cell are considered, and the least square plane of each of the molecules A and B is defined as a molecular plane a and a molecular plane b. Here, the angle formed between the molecular surface a and the molecular surface b is defined as “angle formed between two molecules” φ.

次に、分子Aの回転軸を、分子Aの重心を通り、分子面aの上にあるか又は分子面aと平行であり、しかも分子面bとも平行であるように、選定する。そして、図1に示すように、二分子A,Bそれぞれについて、分子面a及び分子面bが垂直であるときを基準とし、分子Aをその回転軸まわりにθだけ回転させたとき、回転前で分子面bと垂直のときの分子面aと、回転後の分子面aとのなす角度を、「回転角」θと定義する。このとき、θとφとの関係は、φ=90°−θで表わされる。   Next, the rotation axis of the molecule A is selected so that it passes through the center of gravity of the molecule A, is on the molecular surface a, is parallel to the molecular surface a, and is also parallel to the molecular surface b. Then, as shown in FIG. 1, for each of the two molecules A and B, when the molecular plane a and the molecular plane b are vertical, the molecule A is rotated about its rotation axis by θ, before the rotation. The angle between the molecular plane a perpendicular to the molecular plane b and the rotated molecular plane a is defined as “rotation angle” θ. At this time, the relationship between θ and φ is expressed as φ = 90 ° −θ.

なお、「二分子間のなす角」(φ)は、補角をなす二角のうち絶対値が小さい方を採用し、常に0°≦φ≦90°の範囲内となるように定義する。例えば、図1に示す方向とは逆の方向に分子Aを回転させた場合でも、三角形の内角となる方の角を採用し、常に90°以下となるようにφを決定するものとする。   The “angle between two molecules” (φ) employs the smaller of the two complementary angles, and is defined to always be in the range of 0 ° ≦ φ ≦ 90 °. For example, even when the molecule A is rotated in the direction opposite to the direction shown in FIG. 1, the angle that is the inner angle of the triangle is adopted, and φ is always determined to be 90 ° or less.

・二分子間のなす角と移動度との関係:
有機配向膜の二分子間のなす角(φ)を上記範囲内とすることによって、高いキャリア移動度が得られる理由は、以下のように推測される。
・ Relationship between angle between two molecules and mobility:
The reason why the high carrier mobility can be obtained by setting the angle (φ) between the two molecules of the organic alignment film within the above range is presumed as follows.

即ち、上記で定義した分子面上に分子軌道が広がっている場合、図2に示すように、分子面どうしが垂直な状態(図2(a)に示す状態)から平行に近い状態(図2(b)に示す状態)になるにつれて、すなわちθが大きくなりφが小さくなるにつれて、軌道間の相互作用が大きくなるため、二分子の相互作用によって生じる新たな二準位間の差は大きくなる。このような分子どうしの相互作用を無限に繰り返したものを固体と考えることができ、相互作用によって生じる新たな準位は連続のバンドとなる。分子間の相互作用からわかるように、固体中において軌道間の重なりが大きい場合は、バンド幅が広がる。このとき、バンド端(各バンドの上端あるいは下端)が二次曲面で近似できるものとすると、バンド幅が広くなるほどその曲率が大きくなると言える。ここで、上述の有効質量の式(1)及び(2)から分かるように、バンド端のキャリアは見かけ上軽くなる。従って、前述のキャリア有効質量と移動度との関係から、移動度は高くなると考えられる。逆に、バンド幅が狭くなると、キャリアは重くなる。従って、前述のキャリア有効質量と移動度との関係から、移動度は低くなると考えられる。   That is, when the molecular orbitals are spread on the molecular plane defined above, as shown in FIG. 2, the molecular planes are perpendicular to each other (the state shown in FIG. 2 (a)) and almost parallel (FIG. 2). (The state shown in (b)), that is, as θ increases and φ decreases, the interaction between orbits increases, so the difference between the new two levels caused by the bimolecular interaction increases. . Such an infinitely repeated interaction between molecules can be considered as a solid, and the new level generated by the interaction becomes a continuous band. As can be seen from the interaction between molecules, when the overlap between orbits is large in a solid, the bandwidth is widened. At this time, if the band edge (upper or lower end of each band) can be approximated by a quadric surface, it can be said that the curvature increases as the band width increases. Here, as can be seen from the above-described effective mass equations (1) and (2), the carrier at the band edge is apparently lighter. Therefore, it is considered that the mobility increases from the relationship between the carrier effective mass and the mobility described above. Conversely, as the bandwidth becomes narrower, the carrier becomes heavier. Therefore, it is considered that the mobility is lowered from the relationship between the carrier effective mass and the mobility described above.

〔I−3.X線回折に関する特徴〕
本発明の有機配向膜は、後述のように、好ましくはペンタセン系化合物(ペンタセン及び/又はその誘導体)を原料として作製される。これを以下、適宜「本発明のペンタセン薄膜」という。
本発明のペンタセン薄膜は、X線回折測定において、以下の特徴が見られる。
[I-3. Features regarding X-ray diffraction]
As described later, the organic alignment film of the present invention is preferably produced using a pentacene compound (pentacene and / or a derivative thereof) as a raw material. This is hereinafter referred to as “the pentacene thin film of the present invention” as appropriate.
The pentacene thin film of the present invention has the following characteristics in X-ray diffraction measurement.

・格子定数:
本発明のペンタセン薄膜は、その格子定数が各々以下の範囲内であることが好ましい。
・ Lattice constant:
The pentacene thin film of the present invention preferably has a lattice constant in the following range.

即ち、aの値は、7.5±1Åの範囲、具体的には、通常6.5Å以上、中でも7.0Å以上、また、通常8.5Å以下、中でも8.0Å以下の範囲であることが好ましい。
また、bの値は、6.0±1Åの範囲、具体的には、通常5.0Å以上、中でも5.5Å以上、また、通常7.0Å以下、中でも6.5Å以下の範囲であることが好ましい。
また、cの値は、15.4±1Åの範囲、具体的には、通常14.4Å以上、中でも14.9Å以上、また、通常16.4Å以下、中でも15.9Å以下の範囲であることが好ましい。
That is, the value of a should be in the range of 7.5 ± 1 cm, specifically in the range of usually 6.5 mm or more, especially 7.0 mm or more, and usually 8.5 mm or less, especially 8.0 mm or less. Is preferred.
In addition, the value of b should be in the range of 6.0 ± 1 、, specifically, usually 5.0Å or more, especially 5.5Å or more, and usually 7.0 通常 or less, especially 6.5 、 or less. Is preferred.
In addition, the value of c should be in the range of 15.4 ± 1 mm, specifically, 14.4 mm or more, especially 14.9 mm or more, and usually 16.4 mm or less, especially 15.9 mm or less. Is preferred.

また、αの値は、90.0±10°の範囲、具体的には、通常80.0°以上、中でも85.0°以上、また、通常100.0°以下、中でも95.0°以下の範囲であることが好ましい。
また、βの値は、90.0±10°の範囲、具体的には、通常80.0°以上、中でも85.0°以上、また、通常100.0°以下、中でも95.0°以下の範囲であることが好ましい。
また、γの値は、91.0±10°の範囲、具体的には、通常81.0°以上、中でも86.0°以上、また、通常101.0°以下、中でも96.0°以下の範囲であることが好ましい。
The value of α is in the range of 90.0 ± 10 °, specifically, usually 80.0 ° or more, especially 85.0 ° or more, and usually 100.0 ° or less, especially 95.0 ° or less. It is preferable that it is the range of these.
Further, the value of β is in the range of 90.0 ± 10 °, specifically, usually 80.0 ° or more, especially 85.0 ° or more, and usually 100.0 ° or less, especially 95.0 ° or less. It is preferable that it is the range of these.
Further, the value of γ is in the range of 91.0 ± 10 °, specifically, usually 81.0 ° or more, especially 86.0 ° or more, and usually 101.0 ° or less, especially 96.0 ° or less. It is preferable that it is the range of these.

格子定数が上記の範囲内にあるペンタセン薄膜は、薄膜構造そのものが移動度の支配因子であるという理由で好ましい。   A pentacene thin film having a lattice constant within the above range is preferable because the thin film structure itself is a governing factor of mobility.

・X線回折ピーク:
また、本発明のペンタセン薄膜は、平行光学系X線回折out-of-plane測定(薄膜測定)において、以下の各領域内にピークを有することが好ましい。
・ブラッグ角2θ=5.8±0.5°の領域。具体的には、2θが通常5.3°以上、好ましくは5.5°以上、また、通常6.3°以下、好ましくは6.1°以下の領域。
・ブラッグ角2θ=11.5±0.5°の領域。具体的には、2θが通常11.0°以上、好ましくは11.2°以上、また、通常12.0°以下、好ましくは11.8°以下の領域。
X-ray diffraction peak:
The pentacene thin film of the present invention preferably has a peak in each of the following regions in parallel optical system X-ray diffraction out-of-plane measurement (thin film measurement).
A region where the Bragg angle 2θ is 5.8 ± 0.5 °. Specifically, the region where 2θ is usually 5.3 ° or more, preferably 5.5 ° or more, and usually 6.3 ° or less, preferably 6.1 ° or less.
A region where the Bragg angle 2θ = 11.5 ± 0.5 °. Specifically, the region where 2θ is usually 11.0 ° or more, preferably 11.2 ° or more, and usually 12.0 ° or less, preferably 11.8 ° or less.

また、本発明のペンタセン薄膜は、平行光学系X線回折in-plane測定(薄膜測定)において、以下の各領域内にピークを有することが好ましい。
・ブラッグ角2θ=19.1±0.5°の領域。具体的には、2θが通常18.6°以上、好ましくは18.8°以上、また、通常19.6°以下、好ましくは19.4°以下の領域。
・ブラッグ角2θ=23.7±0.5°の領域。具体的には、2θが通常23.2°以上、好ましくは23.4°以上、また、通常24.2°以下、好ましくは24.0°以下の領域。
・ブラッグ角2θ=28.1±0.5°の領域。具体的には、2θが通常27.6°以上、好ましくは27.8°以上、また、通常28.6°以下、好ましくは28.4°以下の領域。
The pentacene thin film of the present invention preferably has a peak in each of the following regions in parallel optical system X-ray diffraction in-plane measurement (thin film measurement).
A region where the Bragg angle 2θ = 19.1 ± 0.5 °. Specifically, the region where 2θ is usually 18.6 ° or more, preferably 18.8 ° or more, and usually 19.6 ° or less, preferably 19.4 ° or less.
A region where the Bragg angle 2θ = 23.7 ± 0.5 °. Specifically, the region where 2θ is usually 23.2 ° or more, preferably 23.4 ° or more, and usually 24.2 ° or less, preferably 24.0 ° or less.
A region where the Bragg angle 2θ = 28.1 ± 0.5 °. Specifically, a region where 2θ is usually 27.6 ° or more, preferably 27.8 ° or more, and usually 28.6 ° or less, preferably 28.4 ° or less.

平行光学系X線回折out-of-plane測定及びin-plane測定において上記範囲内にピークが存在するペンタセン薄膜は、薄膜構造そのものが移動度の支配因子であるという理由で好ましい。   A pentacene thin film having a peak in the above range in parallel optical system X-ray diffraction out-of-plane measurement and in-plane measurement is preferable because the thin film structure itself is the controlling factor of mobility.

・X線回折測定法、格子定数決定法:
本発明において、ペンタセン薄膜の平行光学系X線回折out-of-plane測定及びin-plane測定は、以下の条件により行なうことができる。
-X-ray diffraction measurement method, lattice constant determination method:
In the present invention, parallel optical system X-ray diffraction out-of-plane measurement and in-plane measurement of a pentacene thin film can be performed under the following conditions.

測定装置としては、公知の各種のX線回折測定装置を用いることができる。具体例としては、後述の[実施例1]の欄で使用したRigaku RINT200PC(インプレーンゴニオ搭載)が挙げられる。   Various known X-ray diffraction measurement devices can be used as the measurement device. As a specific example, there is Rigaku RINT200PC (in-plane gonio mounted) used in the column of [Example 1] described later.

測定条件としては、以下に記載する条件が好ましい。
<out-of-plane測定>
・X線源: CuKα
・走査軸: 2θ
・入射角(θ): 1.0°
・走査範囲(2θ): 3.0°以上
<in-plane測定>
・X線源: CuKα
・走査軸: φ/2θχ
・入射角θ: 1.0°
・固定角2θ: 1.0°
・走査範囲(2θχ): 3.0°以上
As the measurement conditions, the conditions described below are preferable.
<Out-of-plane measurement>
・ X-ray source: CuKα
・ Scanning axis: 2θ
-Incident angle (θ): 1.0 °
-Scanning range (2θ): 3.0 ° or more <In-plane measurement>
・ X-ray source: CuKα
・ Scanning axis: φ / 2θχ
-Incident angle θ: 1.0 °
・ Fixed angle 2θ: 1.0 °
-Scanning range (2θχ): 3.0 ° or more

また、ペンタセン薄膜の格子定数は、in-plane測定及びout-of-plane測定により得られたX線回折パターンに基づいて、各種多形での既知の単結晶構造を参考にして決定する。   The lattice constant of the pentacene thin film is determined with reference to known single crystal structures in various polymorphs based on the X-ray diffraction patterns obtained by in-plane measurement and out-of-plane measurement.

〔I−4.吸収スペクトル〕
本発明の有機配向膜は、吸収スペクトル測定を行なった場合に、通常1.80eV以上、中でも1.82eV以上、更には1.83eV以上、通常1.90eV以下、中でも1.88eV以下、更には1.87eV以下の範囲に、最も強度の大きな明確なピークが現われることが好ましい。また、通常2.07eV以上、中でも2.09eV以上、更には2.10eV以上、通常2.17eV以下、中でも2.15eV以下、更には2.14eV以下の範囲にも、ピークが現われることが好ましい。
[I-4. Absorption spectrum)
The organic alignment film of the present invention is usually 1.80 eV or more, especially 1.82 eV or more, more preferably 1.83 eV or more, usually 1.90 eV or less, especially 1.88 eV or less, when absorption spectrum measurement is performed. It is preferable that a clear peak with the largest intensity appears in the range of 1.87 eV or less. Moreover, it is preferable that a peak also appears in the range of usually 2.07 eV or more, particularly 2.09 eV or more, further 2.10 eV or more, usually 2.17 eV or less, particularly 2.15 eV or less, and further 2.14 eV or less. .

また、本発明の有機配向膜は、偏光吸収スペクトル測定を行なった場合に、膜に対して斜め方向からの偏光した入射光に対する吸収スペクトルにおいて、1.3eV〜1.8eVの領域でs偏光にのみ特異的な吸収が観測され、一方、p偏光においては対応する領域の吸収が弱いことが好ましく、更には、(s偏光に対する吸収強度)/(p偏光に対する吸収強度)の比が大きい程より好ましい。   Moreover, the organic alignment film of the present invention is converted to s-polarized light in the region of 1.3 eV to 1.8 eV in the absorption spectrum for polarized incident light from an oblique direction with respect to the film when the polarization absorption spectrum is measured. On the other hand, it is preferable that the absorption in the corresponding region is weak in p-polarized light, and that the ratio of (absorption intensity for s-polarized light) / (absorption intensity for p-polarized light) is larger. preferable.

[II.有機配向膜の製法]
本発明の有機配向膜の製法について、以下に好ましい例を挙げて説明する。但し、本発明の有機配向膜の製法は以下の例に制限されるものではない。
[II. Manufacturing method of organic alignment film]
The method for producing the organic alignment film of the present invention will be described below with reference to preferred examples. However, the manufacturing method of the organic alignment film of the present invention is not limited to the following examples.

〔II−1.原料〕
本発明の有機配向膜の原料となる化合物は特に制限されず、半導体材料としての特性が知られている各種の有機系の化合物を用いることが可能であるが、中でも、上記のキャリア有効質量を達成する観点からは、縮合多環芳香族炭化水素化合物が好ましい。
[II-1. material〕
The compound used as the raw material for the organic alignment film of the present invention is not particularly limited, and various organic compounds known for their properties as semiconductor materials can be used. From the viewpoint of achieving, a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon compound is preferred.

縮合多環芳香族炭化水素化合物としては、カタ縮環系の化合物でもペリ縮環系の化合物でもよいが、カタ縮環系化合物が好ましい。
カタ縮環系化合物としては、直線状の縮環系を有するアセン系化合物でも、屈曲した縮環系を有するフェン系化合物でもよいが、アセン系化合物が好ましい。
The condensed polycyclic aromatic hydrocarbon compound may be either a cata-condensed ring compound or a peri-condensed compound, but is preferably a cata-condensed ring compound.
The catacyclic ring compound may be an acene compound having a linear condensed ring system or a phenic compound having a bent condensed ring system, but an acene compound is preferable.

・アセン系化合物:
本明細書において「アセン系化合物」とは、下記一般式(A)で表わされる化合物(以下適宜「アセン」と略称する。)又はその誘導体からなる群より選ばれる化合物をいう。
・ Acene compounds:
In the present specification, the “acene compound” refers to a compound selected from the group consisting of a compound represented by the following general formula (A) (hereinafter abbreviated as “acene” as appropriate) or a derivative thereof.

Figure 2006269770
上記一般式(A)中、nは、通常1以上、好ましくは2以上、更に好ましくは3以上、また、通常7以下、好ましくは6以下、更に好ましくは5以下の整数を表わす。
Figure 2006269770
In the general formula (A), n represents an integer of usually 1 or more, preferably 2 or more, more preferably 3 or more, and usually 7 or less, preferably 6 or less, more preferably 5 or less.

アセン誘導体としては、上記一般式(A)のアセンに、1又は2以上の置換基が結合した化合物が挙げられる。
置換基の種類としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、カルボニルオキシ基、アシル基、アミノ基、水酸基、チオール基、一価の有機基等が挙げられる。
Examples of the acene derivative include a compound in which one or two or more substituents are bonded to the acene of the general formula (A).
The types of substituents include halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, etc.), nitro groups, cyano groups, carboxyl groups, carbonyloxy groups, acyl groups, amino groups, hydroxyl groups, thiol groups, monovalent organic groups. Etc.

一価の有機基としては、炭素数1〜20のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基;炭素数6〜30のアリール基;炭素数4〜30の複素環基;前述のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基を有するアルコキシ基又はアリーロキシ基;前述のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基を有するアルキルチオ基又はアリールチオ基;前述のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基を有するカルボン酸エステル基;前述のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基を有するスルホン酸エステル基;前述のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基によって置換された一級〜三級の置換シリル基;前述のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基によって置換された一級〜三級の置換アミノ基等が挙げられる。なお、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等の脂肪族炭化水素基、又はこれらの脂肪族炭化水素基をその構造内に含む基の場合、その脂肪族炭化水素基は直鎖状、分岐状、環状のいずれの構造を有するものでも良い。
なお、これらの有機基は、任意の二つ以上が互いに結合して環を形成していても良い。
Examples of the monovalent organic group include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group, and an alkynyl group; an aryl group having 6 to 30 carbon atoms; a heterocyclic group having 4 to 30 carbon atoms; Alkynyl group, alkoxy group having aryl group or aryloxy group; alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkylthio group having aryl group or arylthio group; carbox having the above alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group Acid ester group; sulfonic acid ester group having the aforementioned alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group; primary to tertiary substituted silyl group substituted by the aforementioned alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group; Substituted by the aforementioned alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group The like primary-tertiary-substituted amino group. In the case of an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or a group containing these aliphatic hydrocarbon groups in the structure, the aliphatic hydrocarbon group is linear, branched, It may have any annular structure.
Any two or more of these organic groups may be bonded to each other to form a ring.

また、これらの有機基は、別の置換基によって更に置換されていても良い。この置換基の種類は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて特に制限されないが、例としては、ハロゲン原子;ニトロ基;シアノ基;スルホン酸基;カルボニルオキシ基;カルボキシル基;アミノ基;アルキル基;アルケニル基;アルキニル基;アリール基;複素環基;アルコキシ基;アリールオキシ基;アルキルチオ基;アリールチオ基;カルボン酸エステル基;スルホン酸エステル基;アルキル及び/又はアリール置換シリル基;アルキル及び/又はアリール置換アミノ基;アミド基などが挙げられる。なお、この置換基がアルキル基、アルケニル基、アルキニル基等の脂肪族炭化水素基、又はこれらの脂肪族炭化水素基をその構造内に含む基である場合、その脂肪族炭化水素基は直鎖状、分岐状、環状のいずれの構造を有するものでも良い。   In addition, these organic groups may be further substituted with another substituent. The type of the substituent is not particularly limited as long as it does not depart from the gist of the present invention. Examples include halogen atom; nitro group; cyano group; sulfonic acid group; carbonyloxy group; carboxyl group; amino group; An alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, a carboxylic acid ester group, a sulfonic acid ester group, an alkyl and / or aryl-substituted silyl group, an alkyl and / or Aryl-substituted amino group; amide group and the like. When the substituent is an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group, or a group containing these aliphatic hydrocarbon groups in the structure, the aliphatic hydrocarbon group is a straight chain It may have any structure of a shape, a branch shape, and a ring shape.

なお、これらの有機基の炭素数は、上述の更なる置換基を有する場合にはその置換基も含めた有機基全体の値で、通常30以下、好ましくは20以下の範囲である。   In addition, when it has the above-mentioned further substituent, carbon number of these organic groups is the value of the whole organic group also including the substituent, and is 30 or less normally, Preferably it is the range of 20 or less.

アセン系化合物が有する置換基の数は特に制限されず、0でも、1でも、2以上でも良い。アセン系化合物が2以上の置換基を有する場合、これらの置換基は同じであっても良く、異なっていても良い。   The number of substituents possessed by the acene compound is not particularly limited, and may be 0, 1 or 2 or more. When the acene compound has two or more substituents, these substituents may be the same or different.

・ペンタセン系化合物:
上述のアセン系化合物の中でも、特にキャリア有効質量を小さく抑え、より高いキャリア移動度を達成する観点からは、下記一般式(B)で表わされる化合物、即ち、ペンタセン又はその誘導体からなる群より選ばれる化合物(以下適宜「ペンタセン系化合物」と略称する。)が好ましい。
・ Pentacene compounds:
Among the acene compounds described above, particularly from the viewpoint of suppressing the effective carrier mass and achieving higher carrier mobility, the compound represented by the following general formula (B), that is, selected from the group consisting of pentacene or derivatives thereof (Hereinafter, abbreviated as “pentacene-based compound” where appropriate).

Figure 2006269770
Figure 2006269770

上記一般式(B)中、R1〜R14は各々独立に、水素原子又は一価の置換基を表わす。一価の置換基の種類は特に制限されないが、アセン系化合物について先に例示した置換基、即ち、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、カルボニルオキシ基、アシル基、アミノ基、水酸基、チオール基、一価の有機基等が挙げられる。一価の有機基の具体例は、アセン系化合物について先に例示したものと同様である。また、有機基が更に有していても良い置換基の種類や、有機基の炭素数についても、アセン系化合物について先に説明したのと同様である。更に、これらR1〜R14が置換基の場合には、アセン系化合物について先に説明したのと同様、任意の二以上が互いに結合して環を形成していても良い。 In the general formula (B), R 1 to R 14 each independently represents a hydrogen atom or a monovalent substituent. The kind of the monovalent substituent is not particularly limited, but the substituents exemplified above for the acene compound, that is, a halogen atom (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, etc.), nitro group, cyano group, carboxyl group, carbonyl Examples thereof include an oxy group, an acyl group, an amino group, a hydroxyl group, a thiol group, and a monovalent organic group. Specific examples of the monovalent organic group are the same as those exemplified above for the acene compound. The kind of substituent that the organic group may further have and the number of carbon atoms of the organic group are the same as those described above for the acene compound. Further, when R 1 to R 14 are substituents, any two or more may be bonded to each other to form a ring, as described above for the acene compound.

・アセン系化合物の具体例:
本発明の有機配向膜の原料として好ましいアセン系化合物の具体例としては、下記式(C−1)〜(C−6)で表わされる化合物が挙げられる。但し、本発明の有機配向膜の原料は、これらの化合物に制限されるものではない。
・ Specific examples of acene compounds:
Specific examples of preferred acene-based compounds as the raw material for the organic alignment film of the present invention include compounds represented by the following formulas (C-1) to (C-6). However, the raw material of the organic alignment film of the present invention is not limited to these compounds.

Figure 2006269770
上に挙げた具体例の中でも、式(C−1)で表わされるペンタセンが特に好ましい。
Figure 2006269770
Among the specific examples given above, pentacene represented by the formula (C-1) is particularly preferable.

・その他の縮合多環芳香族炭化水素化合物の具体例:
本発明の有機配向膜の原料として使用可能な化合物のうち、アセン系化合物以外の縮合多環芳香族炭化水素化合物(例えば、フェン系化合物やペリ縮環系化合物)の例としては、ペリレン及びその誘導体:ピレン及びその誘導体:テリレン及びその誘導体:カタリレン及びその誘導体などが挙げられる。
Specific examples of other condensed polycyclic aromatic hydrocarbon compounds:
Among the compounds that can be used as the raw material for the organic alignment film of the present invention, examples of condensed polycyclic aromatic hydrocarbon compounds other than acene compounds (for example, phen compounds and peri-fused compounds) include perylene and its Derivatives: Pyrene and derivatives thereof: Terylene and derivatives thereof: Catalylene and derivatives thereof.

具体例としては、下記式(D−1)〜(D−8)で表わされる化合物が挙げられる。

Figure 2006269770
Specific examples thereof include compounds represented by the following formulas (D-1) to (D-8).
Figure 2006269770

なお、上記式(D−5)〜(D−8)において、Aは各々独立に、酸素原子、又は、N−Rで表わされる基を表わす(ここで、Rは各々独立に、水素原子又は任意の置換基を表わす。置換基としては、上記式(B)においてR1〜R14として説明したものと同様の置換基が挙げられる。)が、より好ましくはN−Rである。 In the above formulas (D-5) to (D-8), A each independently represents an oxygen atom or a group represented by N—R (wherein R is independently a hydrogen atom or It represents an arbitrary substituent, and examples of the substituent include the same substituents as those described as R 1 to R 14 in the above formula (B).

・縮合多環芳香族炭化水素化合物以外の化合物の具体例:
本発明の有機配向膜の原料として使用可能な化合物のうち、縮合多環芳香族炭化水素化合物以外の化合物の例としては、オリゴチオフェン及びその誘導体;オリゴフェニレン及びその誘導体;(チオフェン/フェニレン)コオリゴマー(下記化学式で表わされるBP1T、BP2T、BP3T等)及びその誘導体;フタロシアニン(銅フタロシアニン(CuPc)等)及びその誘導体;フラーレン(C60、C72等)及びその誘導体などが挙げられる。
Specific examples of compounds other than condensed polycyclic aromatic hydrocarbon compounds:
Among the compounds that can be used as the raw material for the organic alignment film of the present invention, examples of the compounds other than the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon compound include oligothiophene and derivatives thereof; oligophenylene and derivatives thereof; (thiophene / phenylene) copolymer. oligomer (BP1T represented by the following chemical formula, BP2T, BP3T etc.) and derivatives thereof; phthalocyanine (copper phthalocyanine (CuPc), etc.) and their derivatives; fullerene (C 60, C 72, etc.) and derivatives thereof, and the like.

Figure 2006269770
Figure 2006269770

・原料化合物の組み合わせ:
本発明の有機配向膜の原料としては、上に例示した各種の化合物のうち何れか1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び任意の比率で併用しても良い。但し、先に述べたように、原料のうち少なくとも1種はアセン系化合物であることが好ましく、原料の全てがアセン系化合物であることがより好ましい。
・ Combination of raw material compounds:
As the raw material for the organic alignment film of the present invention, any one of the various compounds exemplified above may be used alone, or two or more may be used in any combination and in any ratio. However, as described above, at least one of the raw materials is preferably an acene compound, and all of the raw materials are more preferably an acene compound.

・原料化合物の合成・入手法:
本発明の有機配向膜の原料として上に例示した各種の化合物は、公知の手法により合成することが可能である。また、市場等で合成品が入手可能なものについては、それを使用しても良い。
・ Synthesis and acquisition of raw material compounds:
The various compounds exemplified above as raw materials for the organic alignment film of the present invention can be synthesized by known methods. Moreover, you may use about the thing for which synthetic products are available on the market etc.

例えば、上述のアセン系化合物のうち、アントラセン、テトラセン、ペンタセンについては、試薬(例えばAldrich社製)として容易に入手可能である。また、ヘキサセンは、例えばR. G. Harvey著,「Polycyclic Aromatic Hydrocarbons」,Wiley-VCH社,1997年発行,p.193-195に記載の合成方法により、ヘプタセンは、例えば同書のp.252-254に記載の合成方法により、それぞれ得ることができる。   For example, among the acene compounds described above, anthracene, tetracene, and pentacene are easily available as reagents (for example, manufactured by Aldrich). Hexacene is described in, for example, RG Harvey, “Polycyclic Aromatic Hydrocarbons”, published by Wiley-VCH, 1997, p.193-195. These can be obtained by the synthesis methods.

・原料化合物の精製法:
なお、本発明の有機配向膜の製造においては、純度の高い原料化合物を用いることが好ましいことから、上述の手法により合成又は入手したアセン系化合物は、精製を行なって純度を高めてから使用することが好ましい。
・ Purification method of raw material compounds:
In the production of the organic alignment film of the present invention, it is preferable to use a high-purity raw material compound. Therefore, the acene-based compound synthesized or obtained by the above-described method is used after purification and purification. It is preferable.

精製の手法は特に制限されないが、好ましい手法としては昇華精製法、ゾーン精製法、平板昇華法等が挙げられる。その具体的な手順は特に制限されず、常法に従って行なえばよいが、例えば昇華精製法の場合、O. D. Jurchescu et al.,Applied Physics Letters,Vol.84,No.16,p.3061-3063,2004年に記載の温度勾配下真空昇華精製(vacuum sublimation under a temperature gradient)などが挙げられる。   The purification method is not particularly limited, and preferred methods include a sublimation purification method, a zone purification method, and a plate sublimation method. The specific procedure is not particularly limited and may be performed according to a conventional method. For example, in the case of sublimation purification method, OD Jurchescu et al., Applied Physics Letters, Vol.84, No.16, p.3061-3063, Examples include vacuum sublimation under a temperature gradient described in 2004.

・添加剤:
なお、必要に応じて、原料化合物の性能を制御するために添加剤として他の材料を添加することも可能である。例えば、FeCl3を添加することにより金属電極との接触抵抗を減らす、又は、Caを添加することによりn型半導体特性を得ることなどができる。
·Additive:
In addition, as needed, it is also possible to add another material as an additive in order to control the performance of a raw material compound. For example, the contact resistance with the metal electrode can be reduced by adding FeCl 3 , or the n-type semiconductor characteristics can be obtained by adding Ca.

〔II−2.成膜〕
上述の原料を用いて成膜することにより、本発明の有機配向膜を製造する。成膜の手法は特に制限されないが、通常は原料化合物を加熱して気化・蒸発させて基板上に堆積することにより成膜する手法(蒸着法)が好適に用いられる。
[II-2. Film formation]
The organic alignment film of the present invention is manufactured by forming a film using the above-described raw materials. The method of film formation is not particularly limited, but normally, a method (evaporation method) of forming a film by heating, vaporizing and evaporating the raw material compound and depositing it on the substrate is suitably used.

以下、蒸着法の詳細について、原料化合物として上述のアセン系化合物を用いる場合を例として説明する。但し、本発明の有機配向膜を製造するための成膜の条件は、以下の条件に限定されるものではない。   Hereinafter, the details of the vapor deposition method will be described by taking as an example the case of using the above-described acene-based compound as a raw material compound. However, the film formation conditions for producing the organic alignment film of the present invention are not limited to the following conditions.

・基板:
原料化合物を成膜する基板表面の材料は特に制限されず、目的とする有機配向膜の用途に応じて選択すれば良いが、以下のものが挙げられる。無機系の材料としては、シリコン化合物(酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン等)、金属酸化物(酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ハフニウム等)、強誘電体(ジルコン酸チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛等)が挙げられる。有機系の材料としては、高分子材料(ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアクリルニトリル、パリレン、ポリメチルメタクリレート、シアノエチルプルラン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチレン等、あるいはそれらを用いた化合物)が挙げられる。中でも、酸化シリコン、酸化アルミニウム、ポリビニルフェノールは好適である。
·substrate:
The material of the substrate surface on which the raw material compound is formed is not particularly limited, and may be selected according to the intended use of the organic alignment film. Inorganic materials include silicon compounds (silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, etc.), metal oxides (aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, hafnium oxide, etc.), ferroelectrics ( And barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, etc.). Examples of the organic material include polymer materials (polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, polyimide, polyacrylonitrile, parylene, polymethyl methacrylate, cyanoethyl pullulan, polyvinylidene fluoride, polystyrene, or a compound using them). Of these, silicon oxide, aluminum oxide, and polyvinylphenol are preferable.

なお、基板表面の成膜面は平坦であることが好ましく、表面粗度が通常2nmRMS以下、中でも0.5nmRMS以下の範囲が好適である。
また、基板の形状、厚み、大きさは任意である。
The film-forming surface on the substrate surface is preferably flat, and the surface roughness is usually 2 nm RMS or less, preferably 0.5 nm RMS or less.
Further, the shape, thickness and size of the substrate are arbitrary.

・表面改質:
なお、原料化合物の蒸着前に、基板表面の表面エネルギーを最適化するために表面改質を行なうことが好ましい。表面改質の手順は特に制限されないが、通常は、基板表面にシランカップリング剤等の表面改質剤を接触させることにより行なう。
・ Surface modification:
In addition, it is preferable to perform surface modification in order to optimize the surface energy of the substrate surface before vapor deposition of the raw material compound. The surface modification procedure is not particularly limited, but it is usually performed by bringing a surface modifier such as a silane coupling agent into contact with the substrate surface.

表面改質剤の例としては、オクタデシルトリクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、ポリアルファメチルスチレン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、β−(3、4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピル−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−トリヒドロキシシリルメチルホスホネートナトリウム塩、ニトクロトリス(メチレン)トリホスホン酸、トリス(トリメチルシリル)ホスフエート、トリス(トリメチルシリル)ホスファイト、ジエチルホスフエートエチルトリエトキシシラン等が好適である。   Examples of surface modifiers include octadecyltrichlorosilane, hexamethyldisilazane, polyalphamethylstyrene, vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, β- (3 , 4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ -Methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, N-β- (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) γ-aminopro Rutrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyl-aminopropyltrimethoxysilane , Γ-chloropropylmethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-trihydroxysilylmethylphosphonate sodium salt, nitroclotris (methylene) triphosphonic acid, tris (trimethylsilyl) phosphate, tris (trimethylsilyl) phosphite, diethylphosphate ethyl Triethoxysilane or the like is preferable.

表面改質の手順の一例として、酸化シリコンをオクタデシルトリクロロシランを用いて表面改質する方法の例を示す。溶媒としてヘキサデカンを用い、オクタデシルトリクロロシランが2重量%の溶液中に有機配向膜蒸着前の基板を浸漬させる。この時の環境条件は、無水雰囲気中で、温度は通常は室温以上、200℃以下の範囲が好ましく、圧力は大気圧であることが好ましい。浸漬時間は通常は1分間以上、4時間以下の範囲が好ましい。浸漬後、基板を洗浄し、余分なオクタデシルトリクロロシランを除去する。洗浄剤としては、例えばキシレンが好ましい。但し、上述の温度、圧力、時間、洗浄剤等の条件は、何れも上記記載のものに制限されるわけではなく、その他の条件に応じて適宜選択することが可能である。   As an example of the surface modification procedure, an example of a method of modifying the surface of silicon oxide using octadecyltrichlorosilane will be described. Hexadecane is used as a solvent, and the substrate before the organic alignment film deposition is immersed in a 2% by weight solution of octadecyltrichlorosilane. The environmental conditions at this time are preferably in a range of room temperature to 200 ° C. in an anhydrous atmosphere, and the pressure is preferably atmospheric pressure. The immersion time is usually preferably in the range of 1 minute to 4 hours. After immersion, the substrate is washed to remove excess octadecyltrichlorosilane. For example, xylene is preferable as the cleaning agent. However, the above-described conditions such as temperature, pressure, time, and cleaning agent are not limited to those described above, and can be appropriately selected according to other conditions.

なお、基板表面の表面エネルギーを最適化する方法としては、化学的な表面改質処理に限らず、その他にイオン注入処理・スパッタエッチング処理・プラズマ処理・ラビング処理等が挙げられる。また、量子ドットを形成するなどの手法もある。   The method for optimizing the surface energy of the substrate surface is not limited to the chemical surface modification treatment, but includes ion implantation treatment, sputter etching treatment, plasma treatment, rubbing treatment, and the like. There are also methods such as forming quantum dots.

・蒸着:
有機配向膜の蒸着は、熱加熱法、電子ビーム蒸着法、レーザー蒸着法等を用いることが可能であるが、例えば熱加熱法を用いる場合、以下の手順で行なう。真空蒸着装置を用い、その装置の内部に、ボートあるいは坩堝に入れた上述の原料化合物と、上述の基板とを向き合った状態で配置した上で、装置内を適当な真空ポンプを用いて十分に減圧した後、ボートあるいは坩堝を加熱して原料化合物を蒸発させ、基板表面に堆積させることにより成膜する。
・ Vapor deposition:
The organic alignment film can be deposited by a heat heating method, an electron beam vapor deposition method, a laser vapor deposition method, or the like. Using a vacuum evaporation system, place the above-mentioned raw material compound in a boat or crucible inside the apparatus in a state of facing the above-mentioned substrate, and then use the appropriate vacuum pump to fully After reducing the pressure, the boat or crucible is heated to evaporate the raw material compound and deposit it on the substrate surface to form a film.

蒸着の条件は特に制限されないが、以下の通りとすることが好ましい。
蒸着装置内の真空度は、通常1×10-4Pa以下の範囲が好ましい。
基板の温度は、通常室温以上、中でも50℃以上、また、通常100℃以下、中でも75℃以下の範囲が好ましい。
蒸着速度は、通常0.01nm/秒以上、中でも0.02nm/秒以上、また、通常0.5nm/秒以下、中でも0.1nm/秒以下の範囲が好ましい。
膜厚は、通常10nm以上、中でも30nm以上、また、通常100nm以下、中でも50nm以下の範囲が好ましい。
なお、蒸着の終了後、必要に応じてアニーリング等の後処理を加えても良い。
The deposition conditions are not particularly limited, but are preferably as follows.
The degree of vacuum in the vapor deposition apparatus is usually preferably in the range of 1 × 10 −4 Pa or less.
The temperature of the substrate is usually room temperature or higher, preferably 50 ° C. or higher, and usually 100 ° C. or lower, particularly preferably 75 ° C. or lower.
The deposition rate is usually 0.01 nm / second or more, preferably 0.02 nm / second or more, and usually 0.5 nm / second or less, particularly preferably 0.1 nm / second or less.
The film thickness is preferably in the range of usually 10 nm or more, especially 30 nm or more, and usually 100 nm or less, especially 50 nm or less.
It should be noted that after the deposition, post-treatment such as annealing may be added as necessary.

・有機配向膜の特性:
以上の手順により得られる本発明の有機配向膜は、通常はp型半導体の特性を示し、キャリアである正孔の移動度は、通常1cm2/Vs以上、好ましくは2cm2/Vs以上と、非常に高い値である。更に、非特許文献3に示されている様な移動度向上のための様々な工夫を行なうことにより、3cm2/Vsを越えるより高い移動度を得ることが可能である。
・ Characteristics of organic alignment film:
The organic alignment film of the present invention obtained by the above procedure usually shows the characteristics of a p-type semiconductor, and the mobility of holes serving as carriers is usually 1 cm 2 / Vs or more, preferably 2 cm 2 / Vs or more. Very high value. Furthermore, by performing various measures for improving the mobility as shown in Non-Patent Document 3, it is possible to obtain a higher mobility exceeding 3 cm 2 / Vs.

なお、キャリアの移動度は、例えばこの有機配向膜を用いて、FET(例えば、後述の図4に表わす構造のFET)を作製し、その直流の電圧−電流特性を測定することによって求められる。   The carrier mobility can be obtained, for example, by preparing an FET (for example, an FET having a structure shown in FIG. 4 described later) using this organic alignment film and measuring the DC voltage-current characteristics.

移動度の算出は、FETの飽和時の電圧−電流特性を示す下記式(7)に基づいて行なう。

Figure 2006269770
このとき、VDSは一定である。 The mobility is calculated based on the following formula (7) indicating the voltage-current characteristics when the FET is saturated.
Figure 2006269770
At this time, V DS is constant.

なお、上記式(7)において、各記号は以下の定義を表わす。
μ:移動度 (m2/Vs)
W:チャネル幅 (m)
L:チャネル長 (m)
i:絶縁膜の単位面積当たりの静電容量 (F/m2
D:ドレイン電流 (A)
GS:ゲート・ソース間電圧 (V)
T:FETのスレッショルド電圧 (V)
DS:ドレイン・ソース間電圧 (V)
In the above formula (7), each symbol represents the following definition.
μ: Mobility (m 2 / Vs)
W: Channel width (m)
L: Channel length (m)
C i : Capacitance per unit area of insulating film (F / m 2 )
ID : drain current (A)
V GS : Gate-source voltage (V)
V T : FET threshold voltage (V)
V DS : drain-source voltage (V)

[III.有機配向膜の用途]
本発明の有機配向膜は、上述の様に配向性に優れており、高いキャリア移動度を示すことから、各種の有機半導体デバイスにおける有機半導体層として、好ましく用いられる。中でも、高移動度が要求される有機TFT等の半導体層(電荷輸送層)として、特に好適に用いられる。
[III. Applications of organic alignment film]
The organic alignment film of the present invention is preferably used as an organic semiconductor layer in various organic semiconductor devices because it is excellent in orientation as described above and exhibits high carrier mobility. Among them, it is particularly suitably used as a semiconductor layer (charge transport layer) such as an organic TFT that requires high mobility.

〔III−1.有機TFT〕
図3(a)〜(c)はそれぞれ、本発明の有機半導体デバイスの一種である有機TFTの例として、有機電界効果トランジスタ(以下適宜「有機電界効果トランジスタ」或いは「有機FET」と略する。)の構成例を模式的に示す断面図である。本発明の有機FETの基本的な構造は、図3(a)〜(c)に示すように、支持基板1上に、絶縁体層3と、この絶縁体層3により隔離されたゲート電極2及び電荷輸送層4と、この電荷輸送層4に接するように設けられたソース電極5及びドレイン電極6とを有するものである。本発明の有機配向膜は、例えば上述の電荷輸送層4として用いることができる。なお、各層が積層される順番は特に制限されず、図3(a)〜(c)の何れの順序で積層されていても良く、更にはその他の順序で積層されていても良い。更には、本発明の有機FETは何ら図3(a)〜(c)に示す構造の電界効果トランジスタに限定されず、任意の二層間又は最表面の層上に、図3(a)〜(c)に示される層以外の層が更に形成されていても良い。
[III-1. Organic TFT]
3A to 3C are each abbreviated as an organic field effect transistor (hereinafter referred to as “organic field effect transistor” or “organic FET” as appropriate) as an example of an organic TFT which is a kind of the organic semiconductor device of the present invention. It is sectional drawing which shows the structural example of () typically. As shown in FIGS. 3A to 3C, the basic structure of the organic FET of the present invention is that an insulating layer 3 and a gate electrode 2 isolated by the insulating layer 3 are formed on a supporting substrate 1. And a charge transport layer 4 and a source electrode 5 and a drain electrode 6 provided so as to be in contact with the charge transport layer 4. The organic alignment film of the present invention can be used as, for example, the charge transport layer 4 described above. In addition, the order in which each layer is laminated | stacked in particular is not restrict | limited, You may laminate | stack in any order of Fig.3 (a)-(c), Furthermore, you may laminate | stack in another order. Furthermore, the organic FET of the present invention is not limited to the field effect transistor having the structure shown in FIGS. 3A to 3C, and may be formed on any two layers or on the outermost layer, as shown in FIGS. Layers other than those shown in c) may be further formed.

本発明の有機TFTは、例えば、アクティブマトリクス形式のディスプレイを駆動するためのスイッチング素子として利用することが出来る。これは、ゲートに印加される電圧でソースとドレイン間の電流をスイッチング出来ることを利用して、ある表示素子に電圧を印加或いは電流を供給する時のみスイッチを入れ、その他の時間は回路を切断することにより、高速、高コントラストな表示を行なうものである。この様なディスプレイの例としては、有機ELディスプレイ、液晶ディスプレイ、電子ペーパー(電気泳動素子、電子粉流体、エレクトロクロミックなど)等が挙げられる。   The organic TFT of the present invention can be used as a switching element for driving an active matrix display, for example. This utilizes the fact that the current between the source and drain can be switched by the voltage applied to the gate, so that the switch is turned on only when a voltage is applied to or supplied to a certain display element, and the circuit is disconnected at other times. By doing so, a high-speed, high-contrast display is performed. Examples of such a display include an organic EL display, a liquid crystal display, electronic paper (electrophoretic element, electronic powder fluid, electrochromic, etc.) and the like.

その他にも、本発明の有機TFTは、シート型スキャナ用トランジスタ、圧力センサー(人工皮膚)用トランジスタ、ICタグ用トランジスタ等の用途において、好適に用いることが可能である。   In addition, the organic TFT of the present invention can be suitably used in applications such as a sheet-type scanner transistor, a pressure sensor (artificial skin) transistor, and an IC tag transistor.

〔III−2.その他〕
また、有機TFT以外における本発明の有機半導体デバイスの用途として、ダイオード、発振素子、集積回路など電気信号を扱う素子;発光ダイオード、光電管、半導体レーザーなどの光・電気変換素子;太陽電池;超音波等の発振・増幅器;サーミスター等の各種センサー;半導体電極などが挙げられる。
[III-2. Others]
In addition to the organic TFT, the organic semiconductor device of the present invention is used as an element for handling electrical signals such as a diode, an oscillation element, an integrated circuit; a light / electric conversion element such as a light emitting diode, a photoelectric tube, or a semiconductor laser; And various other sensors such as thermistors; semiconductor electrodes and the like.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.

[実施例1]
・有機配向膜の特性の測定:
有機配向膜の原料化合物としてペンタセンを用い、以下の手順により、本発明の規定を満たす有機配向膜を設けた有機FETを作製し、これを用いてその特性を測定した。作製した有機FETの模式断面図を図4として示す。
[Example 1]
・ Measurement of characteristics of organic alignment film:
Using pentacene as a raw material compound of the organic alignment film, an organic FET provided with an organic alignment film satisfying the provisions of the present invention was prepared by the following procedure, and the characteristics thereof were measured. A schematic cross-sectional view of the produced organic FET is shown in FIG.

基板11としては単結晶シリコンウエハーを用い、その表面に熱酸化によって酸化シリコン層11aが形成されているものを使用した。   As the substrate 11, a single crystal silicon wafer having a silicon oxide layer 11a formed on the surface by thermal oxidation was used.

蒸着前に基板11を洗浄した上で、有機配向膜の電気物性を向上させる目的で、以下の手順で表面改質処理を行なった。表面改質剤としてオクタデシルトリクロロシランを用い、これを2重量%の濃度で溶媒(ヘキサデカン)に溶解させた溶液を調製し、この溶液中に上述の基板11を4時間浸漬させた。この時の環境条件としては、温度は室温、圧力は大気圧であった。浸漬後、洗浄液としてキシレンを用いて基板11を洗浄した。洗浄後、基板11を乾燥した。   After the substrate 11 was washed before vapor deposition, a surface modification treatment was performed by the following procedure for the purpose of improving the electrical properties of the organic alignment film. A solution in which octadecyltrichlorosilane was used as a surface modifier and dissolved in a solvent (hexadecane) at a concentration of 2% by weight was prepared, and the substrate 11 was immersed in this solution for 4 hours. As environmental conditions at this time, the temperature was room temperature and the pressure was atmospheric pressure. After immersion, the substrate 11 was cleaned using xylene as a cleaning solution. After cleaning, the substrate 11 was dried.

乾燥後の基板11に対し、以下の条件でペンタセンを蒸着させた。
基板11を真空蒸着装置の内部に搬入し、タングステンボートに入れたペンタセンと基板11とを、向き合った状態となるように配置した。真空蒸着装置内を真空ポンプを用いて1×10-4Paまで減圧した後、ボートを加熱してペンタセンを蒸発させ、基板11表面にペンタセン膜を成膜した。この時の蒸着条件は、基板温度は60℃、蒸着速度は0.05nm/秒で、最終的に厚さ50nmのペンタセンからなる有機配向膜(実施例1の有機配向膜)12を作製した。
Pentacene was deposited on the dried substrate 11 under the following conditions.
The substrate 11 was carried into the vacuum evaporation apparatus, and the pentacene and the substrate 11 placed in a tungsten boat were arranged so as to face each other. After reducing the pressure inside the vacuum evaporation apparatus to 1 × 10 −4 Pa using a vacuum pump, the boat was heated to evaporate pentacene, and a pentacene film was formed on the surface of the substrate 11. The deposition conditions at this time were a substrate temperature of 60 ° C., a deposition rate of 0.05 nm / second, and finally an organic alignment film 12 (organic alignment film of Example 1) 12 made of pentacene having a thickness of 50 nm.

この有機配向膜12上に、シャドーマスクを介して更に金を蒸着し、ソース電極13及びドレイン電極14を形成することにより、図4に示す構成の有機FETを作製した。
得られた有機FETを用いて実施例1の有機配向膜の特性を調べたところ、p型半導体の特性を示し、キャリアである正孔の移動度は2cm2/Vsであった。
On the organic alignment film 12, gold was further evaporated through a shadow mask to form a source electrode 13 and a drain electrode 14, thereby producing an organic FET having the configuration shown in FIG.
When the characteristics of the organic alignment film of Example 1 were examined using the obtained organic FET, the characteristics of the p-type semiconductor were shown, and the mobility of holes serving as carriers was 2 cm 2 / Vs.

・X線回折測定:
上記「有機配向膜の特性の測定」に記載の有機配向膜の作製手順と同様の手順により、X線回折測定用の有機配向膜(ペンタセン薄膜)を作製した。但し、X線回折測定の際に下地の影響を避けるため、表面改質処理は行なわなかった。
-X-ray diffraction measurement:
An organic alignment film (pentacene thin film) for X-ray diffraction measurement was prepared by the same procedure as that for preparing the organic alignment film described in “Measurement of characteristics of organic alignment film” above. However, the surface modification treatment was not performed in order to avoid the influence of the base during X-ray diffraction measurement.

得られた有機配向膜について、以下の手順により、X線回折out-of-plane測定及びin-plane測定を行なった。   The obtained organic alignment film was subjected to X-ray diffraction out-of-plane measurement and in-plane measurement by the following procedure.

測定装置としては、Rigaku RINT200PC(インプレーンゴニオ搭載)を用いた。
測定条件は以下の通りとした。
As a measuring device, Rigaku RINT200PC (with in-plane gonio) was used.
The measurement conditions were as follows.

<out-of-plane測定>
・X線出力(CuKα): 50kV,250mA
・走査軸: 2θ
・入射角(θ): 1.0°
・走査範囲(2θ): 3.0〜50.0°
・測定モード: Step
・読取幅: 0.05°
・計数時間: 1.0sec
・スリット ISS: 5.0°(H)
IS: 0.1mm
RSS: 0.5°(V)
<Out-of-plane measurement>
・ X-ray output (CuKα): 50 kV, 250 mA
・ Scanning axis: 2θ
-Incident angle (θ): 1.0 °
Scanning range (2θ): 3.0 to 50.0 °
・ Measurement mode: Step
・ Scanning width: 0.05 °
・ Counting time: 1.0 sec
・ Slit ISS: 5.0 ° (H)
IS: 0.1mm
RSS: 0.5 ° (V)

<in-plane測定>
・X線出力(CuKα): 50kV,250mA
・走査軸: φ/2θχ
・入射角θ: 1.0°
・固定角2θ: 1.0°
・走査範囲(2θχ): 3.0〜50.0°
・測定モード: Step
・ステップ幅: 0.05°
・計数時間: 3.0sec
・スリット ISS: 0.5°(H)
IS: 0.1mm
RSS: 0.5°(H)
<In-plane measurement>
・ X-ray output (CuKα): 50 kV, 250 mA
・ Scanning axis: φ / 2θχ
-Incident angle θ: 1.0 °
・ Fixed angle 2θ: 1.0 °
Scan range (2θχ): 3.0 to 50.0 °
・ Measurement mode: Step
・ Step width: 0.05 °
・ Counting time: 3.0 sec
・ Slit ISS: 0.5 ° (H)
IS: 0.1mm
RSS: 0.5 ° (H)

なお、上述の条件中、各記号の定義は以下の通りである。
ISS:Incident Soller Slit
IS:Incident Slit
RSS:Receiving Soller Slit
H:Horizontal
V:Vertical
In addition, in the above-mentioned conditions, the definition of each symbol is as follows.
ISS: Incident Soller Slit
IS: Incident Slit
RSS: Receiving Soller Slit
H: Horizontal
V: Vertical

out-of-plane測定により得られた回折パターンを図5に、in-plane測定により得られた回折パターンを図6に示す。これらの回折パターンから明らかなように、実施例1の有機配向膜はout-of-plane測定において、ブラッグ角2θ=5.8°及び11.5°にピークを有し、また、in-plane測定において、ブラッグ角2θ=19.1°、23.7°、及び28.1°にピークを有していた。これらのピークは何れも、本発明に規定する好ましい範囲内に存在する。   FIG. 5 shows a diffraction pattern obtained by out-of-plane measurement, and FIG. 6 shows a diffraction pattern obtained by in-plane measurement. As is apparent from these diffraction patterns, the organic alignment film of Example 1 has peaks at Bragg angles 2θ = 5.8 ° and 11.5 ° in out-of-plane measurement, and in-plane In the measurement, there were peaks at Bragg angles 2θ = 19.1 °, 23.7 °, and 28.1 °. Any of these peaks are within the preferred range defined in the present invention.

続いて、これらの回折パターンに基づいて、以下の手順により、実施例1の有機配向膜の格子定数を決定した。
まず、格子定数cを、out-of-plane回折パターンより決定した。さらに、cの値はペンタセン分子自身の長軸とほぼ一致していたので、c軸は基板に対して垂直であるとして、α,βを決定した。a,bは、in-plane回折パターンより決定した。γは、X線回折パターン(in-plane及びout-of-plane)と、既知のペンタセン単結晶構造でのパッキング(Campbell et al.,Acta Crystallographica,Vol.14, p.705-p.711,1961年)に基づいて決定した。
Subsequently, based on these diffraction patterns, the lattice constant of the organic alignment film of Example 1 was determined by the following procedure.
First, the lattice constant c was determined from the out-of-plane diffraction pattern. Furthermore, since the value of c substantially coincided with the major axis of the pentacene molecule itself, α and β were determined on the assumption that the c axis was perpendicular to the substrate. a and b were determined from the in-plane diffraction pattern. γ is an X-ray diffraction pattern (in-plane and out-of-plane) and packing with a known pentacene single crystal structure (Campbell et al., Acta Crystallographica, Vol. 14, p.705-p.711, 1961).

その結果、決定された格子定数は、a=7.5Å、b=6.0Å、c=15.4Å、α=90.0°、β=90.0°、γ=91.0°であった。これらの格子定数は何れも、本発明に規定する好ましい範囲内に存在する。   As a result, the determined lattice constants were a = 7.5Å, b = 6.0Å, c = 15.4Å, α = 90.0 °, β = 90.0 °, and γ = 91.0 °. It was. Any of these lattice constants is within the preferable range defined in the present invention.

・二分子間のなす角及びキャリア有効質量:
実施例1の有機配向膜について、以下の手順により、二分子間のなす角及びキャリア有効質量を求めた。
-Angle between two molecules and effective carrier mass:
For the organic alignment film of Example 1, the angle between two molecules and the effective carrier mass were determined by the following procedure.

密度汎関数法による電子密度計算及びバンド計算は、上記〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕の欄における「キャリア有効質量の定義」に記載の手順により行なった。
ペンタセン薄膜に対する電子密度計算のための逆格子空間での積分は、Monkhorst-Packの方法(H. J. Monkhorst et al.,Physical Review B,Vol.13,No.12,p.5188-5192,1976年参照)により、ブリルアンゾーンを2×2×2グリッドに分割した8点のk点をサンプリングし、カットオフエネルギーを80Ry(1088eV)まで考慮した84×64×168グリッドの空間で行なった。
The electron density calculation and band calculation by the density functional method are described in [I-1. This was carried out according to the procedure described in “Definition of effective carrier mass” in the column “Characteristics relating to effective carrier mass”.
For integration in the reciprocal lattice space for electron density calculation for pentacene thin films, see Monkhorst-Pack method (HJ Monkhorst et al., Physical Review B, Vol.13, No.12, p.5188-5192, 1976). 8), the k points of 8 points obtained by dividing the Brillouin zone into 2 × 2 × 2 grids were sampled and performed in a space of 84 × 64 × 168 grids considering cut-off energy up to 80 Ry (1088 eV).

基本とした薄膜構造は、X線回折測定によって決定された格子中にペンタセン分子を二分子含むものである。なお、薄膜格子中でのペンタセン分子の構造は、Campbell et al.,Acta Crystallographica,Vol.14, p.705-711,1961年に記載の単結晶中の分子構造を採用した。また、薄膜格子内のペンタセン分子の配置は、二分子の長軸が

Figure 2006269770
に平行、且つ重心が原点と
Figure 2006269770
の位置にあり、それぞれの分子面が
Figure 2006269770
及び
Figure 2006269770
に平行とした。このとき、二分子面のなす角はφ=77.3°である。 The basic thin film structure includes two pentacene molecules in a lattice determined by X-ray diffraction measurement. The structure of the pentacene molecule in the thin film lattice was the molecular structure in a single crystal described in Campbell et al., Acta Crystallographica, Vol. 14, p.705-711, 1961. The arrangement of pentacene molecules in the thin film lattice is
Figure 2006269770
Parallel to the center of gravity
Figure 2006269770
Each molecular plane is
Figure 2006269770
as well as
Figure 2006269770
Parallel to At this time, the angle formed by the bimolecular plane is φ = 77.3 °.

この構造を初期構造とし、格子定数は固定したまま、二分子にかかる力の偏りを最急降下法により緩和するように構造を最適化した。構造最適化により分子が回転するようなことはなく、よって、二分子の分子面は、それぞれ単位格子の対角線上にあるものとしてよい。なお、この配向構造におけるX線回折パターンのシミュレーション結果は、実測のパターンと整合するものであった。   This structure was used as the initial structure, and the structure was optimized so that the bias of the force applied to the two molecules was alleviated by the steepest descent method while the lattice constant was fixed. The molecules are not rotated by the structure optimization, and therefore the molecular planes of the two molecules may be on the diagonal of the unit cell. Note that the simulation result of the X-ray diffraction pattern in this oriented structure was consistent with the actually measured pattern.

この最適化された構造に対して、上記の電子状態計算及びバンド計算を行なった。得られたバンド図から、キャリアが注入された場合に安定に存在すると思われる点として、上記〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕の欄における「キャリア有効質量の定義」の手順(iii)及び(iv)に従い、正孔と電子共に、Γ点とZ点の二点を選んだ。   The electronic structure calculation and the band calculation were performed on this optimized structure. From the obtained band diagram, the above [I-1. According to the procedures (iii) and (iv) of “Definition of effective carrier mass” in the column “Characteristics relating to effective carrier mass”, two points, Γ point and Z point, were selected for both holes and electrons.

次に、このΓ点とZ点の二点について、有効質量テンソルの計算を数値差分により行ない、更に対角化をすることにより、その固有値を求めた。数値差分においては、差分幅を波数ベクトル

Figure 2006269770
の各成分の微小変化量により
Figure 2006269770
として、下記式
Figure 2006269770
により計算した。ここで、{i,j,k}={x,y,z}である。 Next, the effective mass tensor was calculated from the two points of the Γ point and the Z point by a numerical difference, and the eigenvalues were obtained by further diagonalizing. For numerical differences, the difference width is the wave vector
Figure 2006269770
By the minute change amount of each component of
Figure 2006269770
As
Figure 2006269770
Calculated by Here, {i, j, k} = {x, y, z}.

得られたキャリア有効質量の値を後述の表1に示す。正孔についてはΓ点で0.2me、Z点で0.7meという値が得られ、また、電子についてはΓ点で0.3me、Z点で1.3meという値が得られた。従って、上記〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕の欄における「キャリア有効質量の範囲」と「キャリア有効質量と移動度との関係」の説明に明らかなように、本実施例の有機配向膜は高い移動度が期待される。 The obtained value of effective carrier mass is shown in Table 1 described later. 0.2 m e in Γ point for holes, a value of 0.7 m e are obtained in the Z point, also, for the electronic 0.3 m e, a value of 1.3 m e are obtained in the Z point Γ point It was. Therefore, the above [I-1. As is apparent from the description of “range of effective carrier mass” and “relationship between effective carrier mass and mobility” in the column “Characteristics related to effective carrier mass”, the organic alignment film of this example is expected to have high mobility. The

・吸収スペクトル測定:
上記「有機配向膜の特性の測定」に記載の有機配向膜の作製手順と同様の手順により、吸収スペクトル測定用の有機配向膜(ペンタセン薄膜)を作製した。但し、スペクトル測定のため、基板を透明なガラスに変更して成膜を行なった。また、得られた有機配向膜の膜厚は約80nmであった。
・ Absorption spectrum measurement:
An organic alignment film (pentacene thin film) for absorption spectrum measurement was prepared by the same procedure as that for preparing the organic alignment film described in “Measurement of characteristics of organic alignment film” above. However, the film was formed by changing the substrate to transparent glass for spectrum measurement. Moreover, the film thickness of the obtained organic alignment film was about 80 nm.

得られた有機配向膜について、マクロ的不均一性の影響を避けるために、顕微分光法により、吸収スペクトルの測定を行なった。顕微分光法の測定条件を以下に示す。   The obtained organic alignment film was measured for absorption spectrum by microspectroscopy in order to avoid the influence of macroscopic nonuniformity. The measurement conditions of the microspectrophotometry are shown below.

<顕微鏡>
・装置: 金属システム顕微鏡(オリンパス社製)
・対物レンズ: 100倍(N.A.=0.40、β=47°)
・参照試料: ガラス基板(未成膜)
<Microscope>
・ Device: Metal system microscope (Olympus)
Objective lens: 100 times (NA = 0.40, β = 47 °)
・ Reference sample: Glass substrate (not formed)

<分光器>
・装置: 瞬間マルチ測光システムMCPD−113(大塚電子社製)
・分解能: 2.4nm
・中心波長: 550nm、850nm
・積算時間: 10000msec
・積算回数: 4×2回
・測定箇所: 中央付近
<Spectroscope>
・ Device: Instant multi-photometry system MCPD-113 (Otsuka Electronics Co., Ltd.)
・ Resolution: 2.4nm
・ Center wavelength: 550nm, 850nm
・ Accumulation time: 10,000 msec
・ Number of integration: 4 × 2 ・ Measurement point: Near the center

また、光源としてはハロゲンランプを用い、測定対象となる有機配向膜に対して垂直に入射させた場合と、垂直より59±2°の角度で斜めに入射させた場合について、測定を行なった。顕微分光法による測定領域は、垂直入射の場合は5.8μmφ、垂直より59±2°の斜め入射の場合は、約5.8×12μmの焦点の合わない楕円形となった。   In addition, a halogen lamp was used as a light source, and the measurement was performed when the light was incident perpendicularly to the organic alignment film to be measured and when the light was incident obliquely at an angle of 59 ± 2 ° from the vertical. The measurement region by the microspectroscopy method was 5.8 μmφ in the case of normal incidence, and about 5.8 × 12 μm in an unfocused ellipse in the case of oblique incidence of 59 ± 2 ° from the vertical.

得られた吸収スペクトルを図7に示す。図7に明らかなように、垂直入射光による吸収スペクトル、垂直より59±2°の斜め入射s偏光及びp偏光による吸収スペクトル、いずれにおいても1.85eV及び2.12eV付近に明瞭な強度の大きなピークが観測されている。さらに、垂直より59±2°の斜め入射の場合には、1.3eV〜1.8eVの領域において、s偏光のみに特異的な吸収が観測され、一方、p偏光においては対応する領域にまったく吸収は観測されなかった。これは得られた膜が基板面に対して良好な配向を持つことを示している。   The obtained absorption spectrum is shown in FIG. As is apparent from FIG. 7, the absorption spectrum due to the normal incident light and the absorption spectrum due to the obliquely incident s-polarized light and the p-polarized light at 59 ± 2 ° from the normal are clearly large in the vicinity of 1.85 eV and 2.12 eV. A peak is observed. Further, in the case of oblique incidence of 59 ± 2 ° from the vertical, specific absorption is observed only in the s-polarized light in the region of 1.3 eV to 1.8 eV, while in the corresponding region in the p-polarized light Absorption was not observed. This indicates that the obtained film has a good orientation with respect to the substrate surface.

[実施例2]
・二分子間のなす角及びキャリア有効質量:
実施例1の有機配向膜の構造において(このとき、二分子間の分子面はそれぞれ単位格子の対角線上にある。)、上記〔I−2.配向構造に関する特徴〕の欄における「二分子
間のなす角及び回転角の定義」の記載に従い、原点に重心がある分子をその回転軸を中心として右回りに20°回転させ(θ=32.7°)、即ちφ=57.3°として(この状態の有機配向膜を「実施例2の有機配向膜」とする。)得られたバンド図から、キャリアが注入された場合に安定に存在すると思われる点として、正孔と電子共に、Γ点とZ点の二点を選んだ。Γ点とZ点について、実施例1と同様の計算手法によりキャリア有効質量を計算した。
[Example 2]
-Angle between two molecules and effective carrier mass:
In the structure of the organic alignment film of Example 1 (at this time, the molecular plane between the two molecules is on the diagonal of the unit cell, respectively), [I-2. In accordance with the description of “Definition of angle between two molecules and rotation angle” in the column of “Characteristics related to orientation structure”, the molecule having the center of gravity at the origin is rotated 20 ° clockwise around the rotation axis (θ = 32. 7 °), that is, φ = 57.3 ° (the organic alignment film in this state is referred to as “organic alignment film of Example 2”). From the obtained band diagram, it is stably present when carriers are injected. The two points, the Γ point and the Z point, were selected for both holes and electrons. The carrier effective mass was calculated for the Γ point and the Z point by the same calculation method as in Example 1.

得られたキャリア有効質量の値を後述の表1に示す。正孔についてはΓ点とZ点で0.6meという値が得られ、電子についてはΓ点とZ点で0.7meという値が得られた。従って、上記〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕の欄における「キャリア有効質量の範囲」と「キャリア有効質量と移動度との関係」の説明に明らかなように、実施例2の有機配向膜についても、高い移動度が期待される。 The obtained value of effective carrier mass is shown in Table 1 described later. The hole obtained a value of 0.6 m e in Γ point and point Z, the electron was obtained a value of 0.7 m e in Γ point and Z point. Therefore, the above [I-1. As is clear from the description of “range of effective carrier mass” and “relation between effective carrier mass and mobility” in the column “Characteristics relating to effective carrier mass”, the organic alignment film of Example 2 also has high mobility. Be expected.

[比較例1]
公知のペンタセン単結晶を比較例1とした。
[Comparative Example 1]
A known pentacene single crystal was used as Comparative Example 1.

・ペンタセン単結晶の特性:
ペンタセン単結晶の移動度は、上述の非特許文献1に記載されている。この文献によれば、ペンタセン単結晶において、電界誘起した正孔の移動度を測定した値は、0.1〜0.5cm2/Vsである。
・ Characteristics of pentacene single crystal:
The mobility of the pentacene single crystal is described in Non-Patent Document 1 described above. According to this document, the value of the mobility of hole induced by an electric field in a pentacene single crystal is 0.1 to 0.5 cm 2 / Vs.

・キャリア有効質量:
ペンタセン単結晶としては、Campbell et al.,Acta Crystallographica,Vol.14, p.705-p.711,1961年に記載の格子定数と分子構造を用いた。格子内の二分子については、格子定数は固定したまま構造を緩和した。ここでも、分子が回転するような変化は起こらなかった。
-Carrier effective mass:
As the pentacene single crystal, lattice constants and molecular structures described in Campbell et al., Acta Crystallographica, Vol. 14, p.705-p.711, 1961 were used. For the two molecules in the lattice, the structure was relaxed while the lattice constant was fixed. Again, no change in molecular rotation occurred.

ペンタセン単結晶の電子密度の計算及びバンド計算は、薄膜のとき同様、上記〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕の欄における「キャリア有効質量の定義」に記載の手順で行なった。また、逆格子空間での積分は、2×2×2グリッドの8点のk点をサンプリングし、カットオフエネルギーを80Ry(1088eV)まで考慮した90×70×180グリッドの空間で行なった。得られたバンド図から、キャリアが注入された場合に安定に存在すると思われる点として、上記〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕の欄における「キャリア有効質量の定義」の手順(iii)及び(iv)に従い、正孔と電子共に、Γ点とB点の二点を選んだ。Γ点とB点について、実施例1と同様の計算手法により、キャリア有効質量を計算した。   The calculation of the electron density and the band calculation of the pentacene single crystal are the same as those described in [I-1. The procedure described in “Definition of effective carrier mass” in the column “Characteristics relating to effective carrier mass” is performed. In addition, the integration in the reciprocal lattice space was performed in a 90 × 70 × 180 grid space in which 8 k points of a 2 × 2 × 2 grid were sampled and the cut-off energy was considered up to 80 Ry (1088 eV). From the obtained band diagram, the above [I-1. According to the procedures (iii) and (iv) of “Definition of effective carrier mass” in the column “Characteristics relating to effective carrier mass”, two points, Γ point and B point, were selected for both holes and electrons. The carrier effective mass was calculated for the Γ point and the B point by the same calculation method as in Example 1.

得られたキャリア有効質量の値を後述の表1に示す。正孔についてはΓ点で3.1me、B点で2.6meという値が得られ、電子についてはΓ点で1.9me、B点で2.2meという値が得られた。従って、上記〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕の欄における「キャリア有効質量の範囲」と「キャリア有効質量と移動度との関係」の説明に明らかなように、比較例1のペンタセン単結晶については、高い移動度は期待できない。 The obtained value of effective carrier mass is shown in Table 1 described later. 3.1m e in Γ point for holes, a value of 2.6 m e is obtained at point B, the electronic 1.9m e, a value of 2.2 m e is obtained at point B at Γ point. Therefore, the above [I-1. As is clear from the description of “range of effective carrier mass” and “relation between effective carrier mass and mobility” in the column “Characteristics relating to effective carrier mass”, the high mobility of the pentacene single crystal of Comparative Example 1 is I can't expect it.

・X線回折測定:
ペンタセン単結晶のX線回折測定結果については、Campbell et al.,Acta Crystallographica,Vol.14, p.705-711,1961年の記載を参考にした。この文献によれば、ペンタセン単結晶は三斜晶であり、a=7.93Å、b=6.14Å、c=16.03Å;α=101.9°、β=112.6°、γ=85.8°と決定されている。これは、実施例1の有機配向膜とは異なり、本発明で規定する格子定数の範囲に該当しないものである。
-X-ray diffraction measurement:
The X-ray diffraction measurement results of the pentacene single crystal were referred to the description of Campbell et al., Acta Crystallographica, Vol. 14, p.705-711, 1961. According to this document, the pentacene single crystal is triclinic, and a = 7.93 Å, b = 6.14 Å, c = 16.03 =; α = 101.9 °, β = 112.6 °, γ = It is determined to be 85.8 °. This is different from the organic alignment film of Example 1 and does not fall within the lattice constant range defined in the present invention.

[比較例2]
公知のペンタセン蒸着膜を比較例2の有機配向膜とした。
[Comparative Example 2]
A known pentacene vapor-deposited film was used as the organic alignment film of Comparative Example 2.

・公知のペンタセン蒸着膜の特性:
公知のペンタセン蒸着膜の移動度については、上述の非特許文献2に記載がある。この文献によれば、公知のペンタセン蒸着膜の移動度は、0.7cm2/Vsである。
・ Characteristics of known pentacene deposited films:
The mobility of a known pentacene vapor-deposited film is described in Non-Patent Document 2 described above. According to this document, the mobility of the known pentacene vapor deposition film is 0.7 cm 2 / Vs.

・吸収スペクトル測定:
ペンタセン蒸着膜の吸収スペクトル測定結果については、R. Hesse et al.,Chemical Physics,Vol.49,p.201-211,1980年の記載を参考にした。この文献によれば、1.90eVの主たる吸収より低エネルギー側である1.72eV付近に、ごく弱い吸収が報告されている。しかし、この吸収は薄膜の欠陥に由来するものであり、実施例1で特異な偏光吸収スペクトルとして現われた薄膜内での整った配向によるものではない。
・ Absorption spectrum measurement:
As for the absorption spectrum measurement result of the pentacene vapor deposition film, the description of R. Hesse et al., Chemical Physics, Vol. 49, p. 201-211, 1980 was referred to. According to this document, very weak absorption is reported in the vicinity of 1.72 eV, which is a lower energy side than the main absorption of 1.90 eV. However, this absorption originates from defects in the thin film, and is not due to the ordered orientation in the thin film that appeared as a unique polarized light absorption spectrum in Example 1.

[比較例3]
・二分子間のなす角及びキャリア有効質量:
実施例1の有機配向膜の構造において(このとき、二分子間の分子面はそれぞれ単位格子の対角線上にある。)、上記〔I−2.配向構造に関する特徴〕の欄における「二分子
間のなす角及び回転角の定義」の記載に従い、原点に重心がある分子をその回転軸を中心として左回りに20°回転させ(θ=7.3°)、即ちφ=82.7°として(この状態の有機配向膜を「比較例3の有機配向膜」とする。)得られたバンド図から、キャリアが注入された場合に安定に存在すると思われる点として、正孔と電子共に、Γ点とZ点の二点を選んだ。Γ点とZ点について、実施例1と同様の計算手法によりキャリア有効質量を計算した。
[Comparative Example 3]
-Angle between two molecules and effective carrier mass:
In the structure of the organic alignment film of Example 1 (at this time, the molecular plane between the two molecules is on the diagonal of the unit cell, respectively), [I-2. In accordance with the description in “Definition of angle between two molecules and rotation angle” in the column of “Characteristics related to orientation structure”, the molecule having the center of gravity at the origin is rotated 20 ° counterclockwise about the rotation axis (θ = 7. 3 °), that is, φ = 82.7 ° (the organic alignment film in this state is referred to as “organic alignment film of Comparative Example 3”). From the obtained band diagram, it is stably present when carriers are injected. The two points, the Γ point and the Z point, were selected for both holes and electrons. The carrier effective mass was calculated for the Γ point and the Z point by the same calculation method as in Example 1.

得られたキャリア有効質量の値を後述の表1に示す。正孔についてはΓ点とZ点で1.7meという値が得られ、電子についてはΓ点で4.6me、Z点で5.8meという値が得られた。従って、上記〔I−1.キャリア有効質量に関する特徴〕の欄における「キャリア有効質量の範囲」と「キャリア有効質量と移動度との関係」の説明に明らかなように、比較例3の有機配向膜については、高い移動度は期待できない。 The obtained value of effective carrier mass is shown in Table 1 described later. The hole obtained a value of 1.7 m e in Γ point and point Z, the electronic 4.6 m e, a value of 5.8 m e in Z points obtained in Γ point. Therefore, the above [I-1. As is clear from the description of “range of effective carrier mass” and “relationship between effective carrier mass and mobility” in the column “Characteristics related to effective carrier mass”, the organic mobility of Comparative Example 3 is high. I can't expect it.

[キャリア有効質量の算出結果]

Figure 2006269770
[Calculation result of effective carrier mass]
Figure 2006269770

本発明の有機配向膜の用途は特に限定されないが、上述の様に配向性に優れており、高いキャリア移動度を示すことから、各種の有機半導体デバイスにおける有機半導体層として好ましく用いられる。中でも、高移動度が要求される有機TFT等の半導体層(電荷輸送層)として、特に好適に用いられる。   Although the use of the organic alignment film of this invention is not specifically limited, Since it is excellent in orientation as mentioned above and shows high carrier mobility, it is preferably used as an organic semiconductor layer in various organic semiconductor devices. Among them, it is particularly suitably used as a semiconductor layer (charge transport layer) such as an organic TFT that requires high mobility.

「二分子間のなす角」について説明するための図である。It is a figure for demonstrating "the angle | corner between two molecules." (a),(b)は何れも、「二分子間のなす角」とキャリア移動度との関係について説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the relationship between "the angle | corner between two molecules" and carrier mobility. (a)〜(c)は何れも、本発明の有機半導体デバイスの一種である電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the structural example of the field effect transistor which is a kind of organic-semiconductor device of this invention. 実施例1の有機配向膜(ペンタセン薄膜)のキャリア移動度を測定するために作製したFETの構成を模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an FET manufactured for measuring the carrier mobility of the organic alignment film (pentacene thin film) of Example 1. 実施例1の有機配向膜(ペンタセン薄膜)について平行光学系X線回折out-of-plane測定により得られた回折パターンである。It is the diffraction pattern obtained by the parallel optical system X-ray diffraction out-of-plane measurement about the organic alignment film (pentacene thin film) of Example 1. 実施例1の有機配向膜(ペンタセン薄膜)について平行光学系X線回折in-plane測定により得られた回折パターンである。It is the diffraction pattern obtained by the parallel optical system X-ray diffraction in-plane measurement about the organic alignment film (pentacene thin film) of Example 1. 実施例1の有機配向膜(ペンタセン薄膜)について顕微分光法により得られた吸収スペクトルである。It is the absorption spectrum obtained by the microspectroscopy method about the organic alignment film (pentacene thin film) of Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 ゲート電極
3 絶縁体層
4 電荷輸送層(半導体層)
5 ソース電極
6 ドレイン電極
11 基板(単結晶シリコンウエハー)
11a 酸化シリコン層
12 電荷輸送層(有機配向膜)
13 ソース電極
14 ドレイン電極

1 Substrate 2 Gate electrode 3 Insulator layer 4 Charge transport layer (semiconductor layer)
5 Source electrode 6 Drain electrode 11 Substrate (single crystal silicon wafer)
11a Silicon oxide layer 12 Charge transport layer (organic alignment film)
13 Source electrode 14 Drain electrode

Claims (7)

キャリア有効質量(m*)が、0<m*≦0.8meを満たす(但し、meは、電子本来の質量を表わす。)
ことを特徴とする、有機配向膜。
Carrier effective mass (m *) satisfies the 0 <m * ≦ 0.8m e (where, m e represents the electronic original mass.)
An organic alignment film characterized by that.
薄膜構造を構成する単位胞内の最近接二分子間における各分子の最小自乗平面間のなす角(φ)が、0≦φ≦80°を満たす
ことを特徴とする、請求項1記載の有機配向膜。
2. The organic material according to claim 1, wherein an angle (φ) formed between the least square planes of each molecule between two closest molecules in the unit cell constituting the thin film structure satisfies 0 ≦ φ ≦ 80 °. Alignment film.
アセン系化合物を含んでなる
ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の有機配向膜。
The organic alignment film according to claim 1, comprising an acene-based compound.
ペンタセン系化合物を含んでなる
ことを特徴とする、請求項3記載の有機配向膜。
The organic alignment film according to claim 3, comprising a pentacene compound.
格子定数が、
a=7.5±1Å、b=6.0±1Å、c=15.4±1Å、
α=90.0±10°、β=90.0±10°、γ=91.0±10°
の各範囲内である
ことを特徴とする、請求項4記載の有機配向膜。
The lattice constant is
a = 7.5 ± 1Å, b = 6.0 ± 1Å, c = 15.4 ± 1Å,
α = 90.0 ± 10 °, β = 90.0 ± 10 °, γ = 91.0 ± 10 °
5. The organic alignment film according to claim 4, wherein the organic alignment film falls within each of the ranges.
平行光学系X線回折out-of-plane測定(薄膜測定)において、
ブラッグ角2θ=5.8±0.5°、及び、
ブラッグ角2θ=11.5±0.5°
の各範囲内にピークを有し、且つ、
平行光学系X線回折in-plane測定(薄膜測定)において、
ブラッグ角2θ=19.1±0.5°、
ブラッグ角2θ=23.7±0.5°、及び、
ブラッグ角2θ=28.1±0.5°
の各範囲内にピークを有する
ことを特徴とする、請求項4又は請求項5に記載の有機配向膜。
In parallel optical system X-ray diffraction out-of-plane measurement (thin film measurement),
Bragg angle 2θ = 5.8 ± 0.5 °, and
Bragg angle 2θ = 11.5 ± 0.5 °
Having a peak within each range of
In parallel optical system X-ray diffraction in-plane measurement (thin film measurement),
Bragg angle 2θ = 19.1 ± 0.5 °,
Bragg angle 2θ = 23.7 ± 0.5 °, and
Bragg angle 2θ = 28.1 ± 0.5 °
The organic alignment film according to claim 4, wherein the organic alignment film has a peak in each of the ranges.
請求項1〜6の何れか一項に記載の有機配向膜を用いる
ことを特徴とする、有機半導体デバイス。

An organic semiconductor device using the organic alignment film according to claim 1.

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