CN101523631B - 有机薄膜晶体管元件以及有机薄膜发光晶体管 - Google Patents
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- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/80—Constructional details
Abstract
本发明提供应答速度(驱动速度)为高速、并且开/关比大的有机薄膜晶体管以及利用其的有机薄膜发光晶体管，其中所述有机薄膜晶体管，其至少在基板上设有栅电极、源电极、漏电极的这三个端子、绝缘体层以及有机半导体层，通过在栅电极上施加电压来控制源-漏电极之间的电流，其特征在于，所述有机半导体层含有特定结构的化合物，另外所述有机薄膜发光晶体管，在有机薄膜晶体管中，利用流过源-漏电极之间的电流来得到发光，通过在栅电极上施加电压来控制发光。
Description
技术领域
本发明涉及有机薄膜晶体管以及有机薄膜发光晶体管，特别涉及包含具有高迁移率的化合物、且可以进行高速工作的有机薄膜晶体管以及使用该有机薄膜晶体管作为发光元件的有机薄膜发光晶体管。
背景技术
薄膜晶体管(TFT)作为液晶显示装置等的显示用开关元件而广泛使用。将代表的TFT的截面结构示于图3。如图3所示，TFT在基板上依次具有栅电极、绝缘体层、有机半导体层，在有机半导体层上具有空出规定的间隔而形成的源电极和漏电极。有机半导体层形成通道区域，通过在栅电极上施加的电压来控制源电极与漏电极之间通过的电流，由此进行开/关操作。
以往，该TFT使用无定形或多结晶的有机硅来制作，但在使用这样的有机硅的TFT的制作中使用的CVD装置，价格非常昂贵，使用TFT的显示装置等的大型化，具有相应产生的制造成本大幅度增加的问题。另外，将无定形或多结晶的有机硅进行成膜的工序在非常高的温度下进行，因此，限制可以作为基板使用的材料的种类，所以存在不能使用轻量的树脂基板等的问题。
为了解决这样的问题，提出了使用有机物来代替无定形或多结晶的有机硅的TFT。作为由有机物形成TFT时使用的成膜方法，已知有真空蒸镀法和涂布法等，但根据这些成膜方法，在抑制制造成本上升的同时，可以实现元件的大型化，可以将成膜时需要的工序温度设定为比较低的温度。因此，在使用有机物的TFT中，具有对选择用于基板的材料时的限制少的优点，期待其实用化，对于使用有机物的TFT广泛进行了报道，例如，可以列举非专利文献1～20等。
另外，作为用于TFT的有机化合物层的有机物，p型时在单体或与其他化合物的混合物的状态下使用共轭类聚合物或噻吩等多聚体(专利文献1～5等)、金属酞菁化合物(专利文献6等)、并五苯等稠合芳香族烃(专利文献7或8等)等。另外，n型FET的材料中，例如在专利文献9中公开了1，4，5，8-萘甲酸二酐(NTCDA)、11，11，12，12-四氰基萘-2，6-喹啉二甲烷(TCNNQD)、1，4，5，8-萘四甲酸二酰亚胺(NTCDI)等，专利文献10中公开了氟化酞菁。
另外，在专利文献11中记载了涉及有机半导体材料以及使用其的有机电子器件的发明，所述有机半导体材料含有至少1个包含芳香族烃环或芳香族杂环的基团通过亚炔基键合而成的结构，并且分子量为2000以下。作为优选的结构可以列举具有噻吩环的化合物，作为实施例限于显示关于具有噻吩环的化合物的器件特性。另外，在专利文献12中记载了噻吩并噻吩衍生物的发明，公开了该噻吩并噻吩衍生物通过乙炔键合苯而成的化合物，虽然记载了在薄膜晶体管中的利用，但并没有记载这样的实施例。
另一方面，作为同样使用电传导的器件有有机电致发光(EL)元件，有机EL元件，通常在100nm以下的超薄膜的膜厚方向上施加105V/cm以上的强电场并强制地通过电荷，相对于此，在有机TFT的情况下需要在105V/cm以下的电场下使电荷高速地通过数μm以上的距离，有机物本身需要进一步的导电性。但是，在以往的有机TFT中的上述化合物，其场效迁移率小，应答速度慢，在作为晶体管的高速应答性上存在问题。另外，开/关比也小。在此所述的开/关比，是施加栅电压时(开)的源-漏电极之间通过的电流除以未施加栅电压时(关)的源-漏电极之间通过的电流而得到的值，开电流是指通常使栅电压增加、源-漏电极之间通过的电流饱和时的电流值(饱和电流)。
专利文献1：日本特开平8-228034号公报
专利文献2：日本特开平8-228035号公报
专利文献3：日本特开平9-232589号公报
专利文献4：日本特开平10-125924号公报
专利文献5：日本特开平10-190001号公报
专利文献6：日本特开2000-174277号公报
专利文献7：日本特开平5-55568号公报
专利文献8：日本特开2001-94107号公报
专利文献9：日本特开平10-135481号公报
专利文献10：日本特开平11-251601号公报
专利文献11：日本特开2004-179249号公报
专利文献12：日本特开2003-73382号公报
非专利文献1：F.Ebisawa等，Jouranal of applied Physics，54卷，3225页，1983年
非专利文献2：A.Assadi等，Applied Physics Letter，53卷，195页，1988年
非专利文献3：G.Guillaud等，Chemical Physics Letter，167卷，503页，1990年
非专利文献4：X.Pend等，Applied Physics Letter，57卷，2013页，1990年
非专利文献5：G.Horowitz等，Synthetic Metals，41-43卷，1127页，1991年
非专利文献6：S.Miyauchi等，Synthetic Metals，41-43卷，1991年
非专利文献7：H.Fuchigami等，Applied Physics Letter，63卷，1372页，1993年
非专利文献8：H.Koezuka等，Applied Physics Letter，62卷，1749页，1991年
非专利文献9：G.Garnier等，Science，265卷，1684页，1994年
非专利文献10：A.R.Brown等，Synthetic Metals，68卷，65页，1994年
非专利文献11：A.Dodabalapur等，Science，268卷，270页，1995年
非专利文献12：T.Sumimoto等，Synthetic Metals，86卷，2259页，1997年
非专利文献13：K.Kudo等，Thin Solid Films，331卷，51页，1998年
非专利文献14：K.Kudo等，Synthetic Metals，102卷，900页，1999年
非专利文献15：K.Kudo等，Synthetic Metals，111-112卷，11页，2000年
非专利文献16：Advanced Meterials 13卷，16号，2001年，1273页
非专利文献17：Advanced Meterials 15卷，6号，2003年，478页
非专利文献18：W.Geens等，Synthetic Metals，122卷，191页，2001年
非专利文献19：Lay-lay Chua等，Nature，434卷，2005年3月10日号，194页
非专利文献20：C.D.Dimitrakopoulos等，IBM J.RES.& DEV.45卷1号，11页，2001年
发明内容
本发明是为了解决上述课题而进行的，因此其目的在于提供应答速度(驱动速度)为高速、并且开/关比大的有机薄膜晶体管以及利用其的有机薄膜发光晶体管。在此，应答速度(驱动速度)为高速，通过高迁移率来确认。
本发明人为了实现上述目的，重复进行深入的研究，结果发现，通过在有机薄膜晶体管的有机半导体层中使用具有由下述通式(1)表示的在中心具有芳香族烃基或芳香族杂环基、并且提高作为化合物的平面性的结构的化合物，实现上述目的，从此完成了本发明。
即，本发明提供一种有机薄膜晶体管，其至少在基板上设有栅电极、源电极、漏电极的这三个端子、绝缘体层以及有机半导体层，通过在栅电极上施加电压来控制源-漏电极之间的电流，其特征在于，所述有机半导体层含有由下述通式(1)表示的化合物，
通式(1)中，Ar1由下述通式(2)表示，Ar3由下述通式(3)表示，
通式(2)以及(3)中，R1～R10分别独立地为氢原子、卤原子、碳原子数为1～30的烷基、碳原子数为1～30的卤代烷基、碳原子数为1～30的烷氧基、碳原子数为1～30的卤代烷氧基、碳原子数为1～30的烷硫基、碳原子数为1～30的卤代烷硫基、碳原子数为1～30的烷氨基、碳原子数为2～30的二烷基氨基(烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构)、碳原子数为1～30的烷基磺酰基、碳原子数为1～30的卤代烷基磺酰基、碳原子数为6～60的芳香族烃基、碳原子数为1～60的芳香族杂环基、可具有取代基的碳原子数为3～30的烷基甲硅烷基、或者氰基，这些基团可具有取代基，
R1～R5以及R6～R10中相邻接的基团之间能够形成饱和或不饱和的环状结构，
Ar2为可具有取代基的碳原子数为6～60的芳香族烃基、可具有取代基的碳原子数为1～60的芳香族杂环基，
n为1～20的整数。
另外，本发明提供一种有机薄膜发光晶体管，其在有机薄膜晶体管中，利用流过源-漏电极之间的电流来得到发光，通过在栅电极上施加电压来控制发光。
本发明的有机薄膜晶体管，是应答速度(驱动速度)高速化、并且开/关比大、作为晶体管的性能高的有机薄膜晶体管，也可以用作可以发光的有机薄膜发光晶体管。
附图说明
图1是表示本发明的有机薄膜晶体管的元件结构的一个例子的图。
图2是表示本发明的有机薄膜晶体管的元件结构的一个例子的图。
图3是表示本发明的有机薄膜晶体管的元件结构的一个例子的图。
图4是表示本发明的有机薄膜晶体管的元件结构的一个例子的图。
图5是表示本发明的有机薄膜晶体管的元件结构的一个例子的图。
图6是表示本发明的有机薄膜晶体管的元件结构的一个例子的图。
图7是表示本发明的实施例中的有机薄膜晶体管的元件结构的一个例子的图。
图8是表示本发明的实施例中的有机薄膜晶体管的元件结构的一个例子的图。
图9是表示本发明的实施例中的有机薄膜发光晶体管的元件结构的一个例子的图。
图10是表示本发明的实施例中的有机薄膜发光晶体管的发光光谱的图。
具体实施方式
本发明的有机薄膜发光晶体管，其至少在基板上设有栅电极、源电极、漏电极的这三个端子、绝缘体层以及有机半导体层，通过在栅电极上施加电压来控制源-漏电极之间的电流，其特征在于，所述有机半导体层含有由下述通式(1)表示的化合物，
通式(1)中，Ar1由下述通式(2)表示，Ar3由下述通式(3)表示，
通式(2)以及(3)中，R1～R10分别独立地为氢原子、卤原子、碳原子数为1～30的烷基、碳原子数为1～30的卤代烷基、碳原子数为1～30的烷氧基、碳原子数为1～30的卤代烷氧基、碳原子数为1～30的烷硫基、碳原子数为1～30的卤代烷硫基、碳原子数为1～30的烷氨基、碳原子数为2～30的二烷基氨基(烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构)、碳原子数为1～30的烷基磺酰基、碳原子数为1～30的卤代烷基磺酰基、碳原子数为6～60的芳香族烃基、碳原子数为1～60的芳香族杂环基、可具有取代基的碳原子数为3～30的烷基甲硅烷基、或者氰基，这些基团可具有取代基，
R1～R5以及R6～R10中相邻接的基团之间能够形成饱和或不饱和的环状结构。
以下，对上述R1～R10表示的各基团的具体例进行说明。
作为上述卤原子，可以列举：氟、氯、溴、碘原子。
作为上述烷基，可以列举：甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基等。
作为上述卤代烷基，可以列举：氯甲基、1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯异丁基、1，2-二氯乙基、1，3-二氯异丙基、2，3-二氯叔丁基、1，2，3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、2-溴乙基、2-溴异丁基、1，2-二溴乙基、1，3-二溴异丙基、2，3-二溴叔丁基、1，2，3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘异丁基、1，2-二碘乙基、1，3-二碘异丙基、2，3-二碘叔丁基、1，2，3-三碘丙基、氟甲基、1-氟甲基、2-氟甲基、2-氟异丁基、1，2-二氟乙基、二氟甲基、三氟甲基、五氟乙基、全氟异丙基、全氟丁基、全氟环己基等。
上述烷氧基为由-OX1表示的基团，作为X1的例子，可以列举与上述烷基中说明的基团相同的例子，上述卤代烷氧基为由-OX2表示的基团，作为X2的例子，可以列举与上述卤代烷基中说明的基团相同的例子。
上述烷硫基为由-SX1表示的基团，作为X1的例子，可以列举与上述烷基中说明的基团相同的例子，上述卤代烷硫基为由-SX2表示的基团，作为X2的例子，可以列举与上述卤代烷基中说明的基团相同的例子。
上述烷氨基为由-NHX1表示的基团，二烷基氨基为由-NX1X3表示的基团，X1与X3，分别可以列举与上述烷基中说明的基团相同的例子。另外，二烷基氨基的烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构，作为环结构，可以列举例如：吡咯烷、哌啶等。
上述烷基磺酰基为由-SO2X1表示的基团，作为X1的例子，可以列举与上述烷基中说明的基团相同的例子，上述卤代烷基磺酰基为由-SO2X2表示的基团，作为X2的例子，可以列举与上述卤代烷基中说明的基团相同的例子。
作为上述芳香族烃基，可以列举例如：苯基、萘基、蒽基、菲基、芴基、芘基、并四苯基、并五苯基等。
作为上芳香族杂环基，可以列举例如：二噻吩并苯基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯并噻二唑基等。
上述烷基甲硅烷基为由-SiX1X3X4表示的基团，X1、X3以及X4分别可以列举与上述烷基中说明的基团相同的例子。
作为上述饱和环状结构，可以列举：环丁基、环戊基、环己基、1，4-二噁烷基等。
作为上述不饱和环状结构，可以列举与上述芳香族烃基中说明的基团相同的例子。
在通式(1)中，Ar2为可具有取代基的碳原子数为6～60的芳香族烃基、可具有取代基的碳原子数为1～60的芳香族杂环基，
作为上述碳原子数为6～60的芳香族烃基，可以列举例如：苯、萘、蒽、菲、并四苯、
或并五苯等的2价的残基，优选为苯、萘、蒽、菲、并四苯、并五苯的2价的残基。
作为上述碳原子数为1～60的芳香族杂环基，优选为碳原子数为6～60(优选为碳原子数为8～60)的稠合多环式芳香族杂环(稠合多环式芳香族杂环优选为含有苯环或萘环的结构，更优选为含有苯环的结构)，可以列举：吡咯、吡啶、嘧啶、咪唑、噻唑、二噻吩并苯、苯并噻二唑、喹啉、苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并呋喃或二苯并呋喃等的2价的残基，优选为二噻吩并苯、苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并呋喃、二苯并呋喃等的2价的残基。
在通式(1)中，n为1～20的整数，可以为1也可以为2以上的复数(複数)，但优选为1～5的整数。n在1～20的范围内时，由于对于基板有效地进行配位，因此有助于迁移率的提高。
在上述通式(2)、(3)中，R1、R2、R4、R5、R6、R7、R9以及R10全部为氢原子，R3及R8中的至少一个为卤原子、碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的卤代烷基、碳原子数为1～8的卤代烷氧基、碳原子数为1～8的烷氨基、或碳原子数为2～16的二烷基氨基(烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构)，R3及R8在不是卤原子、烷基、卤代烷基、卤代烷氧基、烷氨基或二烷基氨基的情况下，优选为氢原子。此时，化合物成为更加致密的取向结构，因此优选。
在本发明中，由通式(1)表示的化合物优选为由下述通式(4)表示的化合物。
在通式(4)中，R1～R14分别与通式(1)中的R1～R10表示相同的基团，可以列举同样的具体例，R1～R5、R6～R10、R11～R12、R13～R14中相邻接的基团之间能够形成饱和或不饱和的环状结构，可以列举与上述同样的具体例。另外，n为1～20的整数，优选为1～5的整数。n在1～20的范围内时，由于对于基板有效地进行配位，因此有助于迁移率的提高。
在通式(4)中，R11～R14分别独立地优选为氢原子、卤原子、碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的卤代烷基、碳原子数为1～8的烷氧基、碳原子数为1～8的烷硫基、碳原子数为1～8的烷氨基、碳原子数为2～8的二烷基氨基(烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构)、碳原子数为1～8的烷基磺酰基或氰基。
另外，在通式(4)中，R1、R2、R4、R5、R6、R7以及R9～R14全部为氢原子，R3及R8中的至少一个为卤原子、碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的卤代烷基、碳原子数为1～8的卤代烷氧基、碳原子数为1～8的烷氨基、或碳原子数为2～16的二烷基氨基(烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构)，R3及R8在不是卤原子、烷基、卤代烷基、卤代烷氧基、烷氨基或二烷基氨基的情况下，优选为氢原子。此时，化合物成为更加致密的取向结构，因此优选。
另外，在通式(4)中，R1～R14中的任一个为氟原子、氰基、三氟甲基或五氟乙基时，优选作为n型晶体管用的材料。
另外，在本发明中，由通式(1)表示的化合物为由下述通式(5)表示的化合物时，成为直链状且致密的取向结构，因此优选。
在通式(5)中，R21～R38分别独立地为氢原子、卤原子、碳原子数为1～30的烷基、碳原子数为1～30的卤代烷基、碳原子数为1～30的烷氧基、碳原子数为1～30的卤代烷氧基、碳原子数为1～30的烷硫基、碳原子数为1～30的卤代烷硫基、碳原子数为1～30的烷氨基、碳原子数为2～30的二烷基氨基(烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构)、碳原子数为1～30的烷基磺酰基、碳原子数为1～30的卤代烷基磺酰基、碳原子数为6～60的芳香族烃基、碳原子数为1～60的芳香族杂环基、可具有取代基的碳原子数为1～30的烷基甲硅烷基或者氰基，这些基团可具有取代基，作为这些各基团的具体例子，可以列举与上述通式(1)的R1～R10相同的具体例。
另外，R21～R25以及R26～R30中相邻接的基团之间能够形成饱和的环状结构，作为环状结构的具体例，可以列举与上述相同的具体例。
另外，在通式(5)中，R21～R38分别独立地优选为氢原子、卤原子、碳原子数为1～30的烷基、碳原子数为1～30的卤代烷基、碳原子数为1～30的烷氧基、碳原子数为1～30的卤代烷氧基、碳原子数为1～30的烷硫基、碳原子数为1～30的卤代烷硫基、碳原子数为1～30的烷氨基、碳原子数为2～30的二烷基氨基(烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构)、碳原子数为1～30的烷基磺酰基、碳原子数为1～30的卤代烷基磺酰基、碳原子数为6～60的芳香族烃基、碳原子数为1～60的芳香族杂环基、可具有取代基的碳原子数为1～30的烷基甲硅烷基或者氰基。
另外，作为在通式(1)、(4)以及(5)中说明的各基团可具有的取代基，可以列举与上述通式(1)的R1～R10相同的基团。
以下，列举用于本发明的有机薄膜晶体管的有机半导体层的通式(1)、(4)以及(5)表示的化合物的具体例，但并不限于这些。
在本发明的有机薄膜发光晶体管这样的电子器件中，通过使用纯度高的材料，可以得到场效迁移率和开/关比高的器件。因此，根据需要，优选通过色谱柱法、再结晶、蒸馏、升华等方法进行精制。优选通过反复使用这些精制方法，或者组合多个方法，可以使纯度提高。另外根据需要，作为精制的最终工序，优选反复升华精制至少2次以上。优选使用通过利用这些方法由HPLC测定的纯度为90％以上的材料、进一步优选为95％以上、特别优选为99％以上的材料，由此可以提高有机薄膜晶体管的场效迁移率和开/关比，能够发挥材料本身具有的性能。
以下，对本发明的有机薄膜晶体管的元件结构进行说明。
作为本发明的有机薄膜晶体管的元件结构，只要是至少在基板上设有栅电极、源电极、漏电极的这三个端子、绝缘体层以及有机半导体层、并且通过在栅电极上施加电压来控制源-漏电极之间的电流的有机薄膜晶体管即可，没有限定，可以为具有公知的元件结构的有机薄膜晶体管。其中，作为代表的有机薄膜晶体管的元件结构，将元件A～D示于图1～4。这样，根据电极的位置、层的层压顺序等已知有几个结构，本发明的有机薄膜晶体管具有场效晶体管(FET：Field Effect Transisitor)结构。有机薄膜晶体管具有：有机半导体层(有机化合物层)；以彼此空出规定的间隔并对置的方式而形成的源电极以及漏电极；分别自源电极、漏电极具有固定的距离而形成的栅电极，通过在栅电极上施加电压，控制源-漏电极之间通过的电流。在此，源电极与漏电极的间隔，根据使用本发明的有机薄膜晶体管的用途来确定，通常为0.1μm～1mm，优选为1μm～100μm，进一步优选为5μm～100μm。
元件A～D中，以图2的元件B作为例子进行更加详细地说明，元件B的有机薄膜晶体管在基板上依次具有栅电极以及绝缘体层，在绝缘体层上具有以规定的间隔形成的一对源电极和漏电极，在其上形成有机半导体层。有机半导体层构成通道区域，通过在栅电极上施加的电压来控制源电极与漏电极之间通过的电流，由此进行开/关操作。
本发明的有机薄膜晶体管也可以为上述元件A～D以外的元件结构，作为有机薄膜晶体管提出有各种结构，只要是通过在栅电极上施加的电压来控制源电极与漏电极之间通过的电流而显示开/关操作和增幅等效果的组合即可，并不限于这些元件结构，例如可以具有顶层与底层接触型有机薄膜晶体管(参照图5)或纵形的有机薄膜晶体管(参照图6)这样的元件结构，其中，所述顶层与底层接触型有机薄膜晶体管由产业技术综合研究所的吉田等在第49次应用物理学关系联合讲演会讲演预稿集27a-M-3(2002年3月)中提出，所述纵形的有机薄膜晶体管由千叶大学的工藤等在电气学会论文志118-A(1998)1440页中提出。
(基板)
本发明的有机薄膜晶体管中的基板，具有支撑有机薄膜晶体管的结构的作用，作为材料除了玻璃以外，也可以使用金属氧化物和氮化物等无机化合物、塑料膜(PET、PEC、PC)和金属基板或者它们的复合体或层压体等。另外，当通过基板以外的结构要素可以充分地支撑有机薄膜晶体管的结构时，也可以不使用基板。另外，作为基板的材料，多数使用硅(Si)晶片。此时，可以使用Si自身作为栅电极兼基板。另外，可以将Si表面氧化，形成SiO2，也可以作为绝缘层而活用。此时，在基板兼栅电极的Si基板上形成引线连接用的电极，也有时将Au等金属层进行成膜。将使用Si基板的有机薄膜晶体管的元件结构的例子示于图8.
(电极)
作为在本发明的有机薄膜晶体管中的栅电极、源电极以及漏电极的材料，只要是导电性材料即可，没有特别的限定，可以使用铂、金、银、镍、铬、铜、铁、锑铅、钽、铟、钯、碲、铼、铱、铝、钌、锗、钼、钨、氧化锡锑、氧化铟锡(ITO)、氟掺杂氧化锌、锌、碳、石墨、玻璃碳、银糊以及碳糊、锂、铍、钠、镁、钾、钙、钪、钛、锰、锆、镓、铌、钠、钠-钾合金、镁、锂、铝、镁/铜混合物、镁/银混合物、镁/铝混合物、镁/铟混合物、铝/氧化铝混合物、锂/铝混合物等，在使用它们时，可以通过溅射法或真空蒸镀法来成膜，形成电极。
本发明的有机薄膜晶体管中，作为源电极、漏电极，可以利用使用含有上述导电性材料的溶液、糊、油墨、分散液等流动性电极材料而形成的电极。另外，作为溶液或分散介质，为了抑制对有机半导体的破环，优选为含有水60质量％以上、优选90质量％以上的溶液或分散介质。作为含有金属微粒的分散物，可以使用例如公知的导电性糊等，通常优选为含有粒径0.5nm～50nm、1nm～10nm的金属微粒的分散物。作为该金属微粒的材料，可以使用例如铂、金、银、镍、铬、铜、铁、锑铅、钽、铟、钯、碲、铼、铱、铝、钌、锗、钼、钨、锌等。
使用主要由有机材料构成的分散稳定剂，将这些金属微粒在水和任意的有机溶剂的分散液中分散，优选使用由此得到的分散物形成电极。作为这样的金属微粒的分散物的制造方法，可以列举：气体中蒸发法、溅射法、金属蒸汽合成法等物理生成法、或胶体法、共沉淀法等在液相中还原金属离子而生成金属微粒的化学生产法。优选为通过日本特开平11-76800号、日本特开平11-80647号公报、日本特开平11-319538号公报、日本特开2000-239853号公报等中所述的胶体法、日本特开2001-254185号公报、日本特开2001-53028号公报、日本特开2001-35255号公报、日本特开2000-124157号公报、日本特开2000-123634号公报等中记载的气体中蒸发法而制造的金属微粒的分散物。
使用这些金属微粒分散物形成上述电极、并使溶剂干燥后，根据需要在100℃～300℃、优选150℃～200℃的范围内加热成形状样式，由此使金属微粒热熔融，形成具有目标形状的电极图形。
另外，作为栅电极、源电极以及漏电极的材料，优选使用通过掺杂等使导电率提高的公知的导电性聚合物，例如优选使用导电性聚苯胺、导电性聚吡咯、导电性聚噻吩(聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的络合物等)、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)与聚苯乙烯磺酸的络合物等。通过这些材料，可以降低源电极与漏电极的有机半导体层的接触电阻。
形成源电极以及漏电极的材料，在上述例子中优选为与有机半导体层的接触面上电阻少的材料。此时的电阻，即制作电流控制器件时与场效迁移率对应，为了得到大迁移率，需要电阻尽可能地小。其通常由电极材料的功函数与有机半导体层的能量水平的大小关系决定。
将电极材料的功函数(W)设为a、将有机半导体层的电离电势(Ip)设为b、将有机半导体层的电子亲和力(Af)设为c时，优选满足以下的关系式。在此，a、b以及c均为将真空水平作为基准的正值。
在p型有机薄膜晶体管的情况下，优选为b-a＜1.5eV(式(I))，进一步优选为b-a＜1.0eV。在与有机半导体层的关系中，只要可以维持上述关系，则可以得到高性能的器件，但特别优选选择电极材料的功函数尽可能大的材料，优选功函数为4.0eV以上，进一步优选功函数为4.2eV以上。
金属的功函数的值，例如只要是选自化学便览基础编II-493页(改订3版日本化学会编丸善株式会社发行1983年)中记载的具有4.0eV或其以上功函数的有效金属的上述系列即可，高功函数金属主要为Ag(4.26，4.52，4.64，4.74eV)、Al(4.06，4.24，4.41eV)、Au(5.1，5.37，5.47eV)、Be(4.98eV)、Bi(4.34eV)、Cd(4.08eV)、Co(5.0eV)、Cu(4.65eV)、Fe(4.5，4.67，4.81eV)、Ga(4.3eV)、Hg(4.4eV)、Ir(5.42，5.76eV)、Mn(4.1eV)、Mo(4.53，4.55，4.95eV)、Nb(4.02，4.36，4.87eV)、Ni(5.04，5.22，5.35eV)、Os(5.93eV)、Pb(4.25eV)、Pt(5.64eV)、Pd(5.55eV)、Re(4.72eV)、Ru(4.71eV)、Sb(4.55，4.7eV)、Sn(4.42eV)、Ta(4.0，4.15，4.8eV)、Ti(4.33eV)、V(4.3eV)、W(4.47，4.63，5.25eV)、Zr(4.05eV)。其中，优选为贵重金属(Ag、Au、Cu、Pt)、Ni、Co、Os、Fe、Ga、Ir、Mn、Mo、Pd、Rc、Ru、V、W。在金属以外，优选为ITO、聚苯胺或PEDOT:PSS这样的导电性聚合物以及碳。作为电极材料，可以含有这些高功函数的物质1种或多种，功函数只要满足上述式(I)，则不受特别的限制。
在n型有机薄膜晶体管的情况下，优选为a-c＜1.5eV(式(II))，进一步优选为a-c＜1.0eV。在与有机半导体层的关系中，只要可以维持上述关系，则可以得到高性能的器件，但特别优选电极材料的功函数尽可能小的材料，优选功函数为4.3eV以下，进一步优选功函数为3.7eV以下。
作为低功函数金属的具体例，例如只要是选自化学便览基础编II-493页(改订3版日本化学会编丸善株式会社发行1983年)中记载的具有4.3eV或其以下功函数的有效金属的上述系列即可，可以列举：Ag(4.26eV)、Al(4.06，4.28eV)、Ba(2.52eV)、Ca(2.9eV)、Ce(2.9eV)、Cs(1.95eV)、Er(2.97eV)、Eu(2.5eV)、Gd(3.1eV)、Hf(3.9eV)、In(4.09eV)、K(2.28eV)、La(3.5eV)、Li(2.93eV)、Mg(3.66eV)、Na(2.36eV)、Nd(3.2eV)、Rb(4.25eV)、Sc(3.5eV)、Sm(2.7eV)、Ta(4.0，4.15eV)、Y(3.1eV)、Yb(2.6eV)、Zn(3.63eV)等。其中优选Ba、Ca、Cs、Er、Eu、Gd、Hf、K、La、Li、Mg、Na、Nd、Rb、Y、Yb、Zn。作为电极材料，可以含有这些低功函数的物质1种或多种，功函数只要满足上述式(II)，则不受特别的限制。但是，低功函数金属如果与大气中的水分或氧接触，则容易劣化，因此根据需要优选由Ag或Au这样在空气中稳定的金属被覆。被覆必须的膜厚需要10nm以上，膜厚越厚则可以越易避免氧或水的影响而进行保护，但在实际应用上从提高生产率等理由出发，优选为1μm以下。
作为上述电极的形成方法，可以通过例如蒸镀、电子束蒸镀、溅射、大气压等离子体法、离子镀、化学气相蒸镀、电沉淀、无电解镀、旋涂、印刷或喷墨等方法来形成。另外，根据需要，作为形成图形的方法，有：将使用上述方法而形成的导电性薄膜利用公知的光刻法或剥离(liftoff)法形成电极的方法；在铝或铜等金属箔上通过热转印、喷墨等形成抗蚀层来进行刻蚀的方法。另外，可以将导电性聚合物的溶液或分散液、含有金属微粒的分散液等通过直接喷墨法形成图形，也可以由涂布膜通过平版或激光消融等形成。另外，也可以使用将含有导电性聚合物或金属微粒的导电性油墨、导电性糊等通过凸版、凹版、平版、丝网印刷等印刷法形成图形的方法。
由此形成的电极的膜厚只要为电流的导通即可，没有特别的限制，优选为0.2nm～10μm、进一步优选4nm～300nm的范围。只要在优选的范围内即可，由于膜厚薄，电阻变高，不会出现电压下降。另外，由于没有过厚，因此膜形成中不浪费时间，在层压保护层或有机半导体层等其他层时，不会产生段阶，可以顺利地形成层压膜。
另外，本实施的有机薄膜晶体管中，例如，为了提高注入效率，可以在有机半导体层与源电极以及漏电极之间设置缓冲层。作为缓冲层，对于n型有机薄膜晶体管而言，优选为用于有机EL元件的阴极的LiF、LI2O、CsF、NaCO3、KCl、MgF2、CaCO3等具有碱金属、碱土类金属离子键的化合物。另外，也可以插入Alq(三(8-羟基喹啉)铝络合物)等在有机EL元件中作为电子注入层、电子传输层使用的化合物。
对于p型有机薄膜晶体管而言，优选为FeCl3、TCNQ、F4-TCNQ、HAT等氰基化合物、CFx或GeO2、SiO2、MoO3、V2O5、VO2、V2O3、MnO、Mn3O4、ZrO2、WO3、TiO2、In2O3、ZnO、NiO、HfO2、Ta2O5、ReO3、PbO2等碱金属、碱土类金属以外的金属氧化物、ZnS、ZnSe等无机化合物。在这些氧化物多的情况下，引起氧欠缺，其适于空穴注入层，另外，可以为TPD(N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-(1，1’-联苯基)-4，4’-二胺)或NPD(4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯胺]联苯)等胺类化合物或CuPc(铜酞菁)等在有机EL元件中作为空穴注入层、空穴传输层使用的化合物。另外，优选由上述化合物二种以上构成。
已知缓冲层通过降低载体的注入障碍，具有降低阈值电压，使晶体管低电压驱动的效果，对于本发明的化合物，发现不仅具有低电压效果，而且可以使迁移率提高的效果。这是由于：在有机半导体层与绝缘体层的界面上存在载体陷阱，施加栅电压引起载体注入时，最初注入的载体用于填埋陷阱，通过插入缓冲层，在低电压下填埋陷阱，迁移率提高。缓冲层只要在电极与有机半导体层之间很薄地存在即可，其厚度为0.1nm～30nm，优选为0.3nm～20nm。
(绝缘体层)
作为本发明的有机薄膜晶体管中的绝缘体层的材料，只要是具有电绝缘性以薄膜的形式形成的材料即可，没有特别的限定。可以使用金属氧化物(包括硅的氧化物)、金属氮化物(包括硅的氮化物)、高分子、有机低分子等在室温下的电阻率为10Ωcm以上的材料，特别优选为相对介电常数高的无机氧化物被膜。
作为无机氧化物，可以列举：氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化钒、钛酸钡锶、锆酸钛酸钡、锆酸钛酸铅、钛酸铅镧、钛酸锶、钛酸钡、氟化钡镁、氧化镧、氧化氟、氧化镁、氧化铋、钛酸铋、氧化铌、钛酸锶铋、钽酸锶铋、五氧化钽、钽酸铌酸铋、三氧化钇以及它们的组合物，优选为氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化钛。
另外，也可以优选使用氮化硅(Si3N4、SixNy(x、y＞0))、氮化铝等无机氮化物。
另外，绝缘体层可以由含有金属烷氧基化合物的前体物质形成，例如在基板上被覆该前体物质的溶液，对其进行包括热处理的化学溶液处理，由此形成绝缘体层。
作为上述金属烷氧基化合物中的金属，例如选自过渡金属、镧系元素或者主族元素，具体可以列举：钡(Ba)、锶(Sr)、钛(Ti)、铋(Bi)、钽(Ta)、锆(Zr)、铁(Fe)、镍(Ni)、锰(Mn)、铅(Pb)、镧(La)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、铌(Nb)、铊(Tl)、汞(Hg)、铜(Cu)、钴(Co)、铑(Rh)、钪(Sc)以及钇(Y)等。另外，作为上述金属烷氧基化合物中的烷氧基化合物，可以列举例如：由包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇等醇类、包括甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、戊氧基乙醇、庚氧基乙醇、甲氧基丙醇、乙氧基丙醇、丙氧基丙醇、丁氧基丙醇、戊氧基丙醇、庚氧基丙醇的烷氧基醇类等衍生的化合物。
在本发明中，如果由如上所述的材料构成绝缘体层，则在绝缘体层中易产生分极，可以降低晶体管工作的电压。另外，在上述材料中，特别是在由Si3N4、SixNy、SiONx(x、y＞0)等氮化硅形成绝缘体层时，空乏层容易进一步产生，可以进一步降低晶体管工作的电压。
作为使用有机化合物的绝缘体层，也可以使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚丙烯酸酯、自由基光聚合类、阳离子光聚合类的光固化性树脂、含有丙烯酰基成分的共聚物、聚乙烯基苯酚、聚乙烯醇、酚醛树脂以及氰基乙基普鲁兰多糖等。
另外，除了蜡、聚乙烯、聚氯芘、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚碳酸酯、聚酰亚胺氰基乙基普鲁兰多糖、聚(乙烯基苯酚)(PVP)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚烯烃、聚丙烯酰胺、聚(丙烯酸)、酚醛树脂、甲阶酚醛树脂、聚酰亚胺、聚苯二亚甲基、环氧树脂之外，也可以使用普鲁兰多糖等具有高介电常数的高分子材料。
作为用于绝缘体层的有机化合物材料、高分子材料，特别优选为具有防水性的有机化合物，通过具有防水性，抑制绝缘体层与有机半导体层的相互作用，利用有机半导体层本来保有的凝聚性，可以使提高有机半导体层的结晶性的器件性能提高。作为这样的例子，可以列举：Yasuda等在Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp.6614-6618中记载的聚对二甲苯衍生物、或Janos Veres等在Chem.Mater.，Vol.16(2004)pp.4543-4555中记载的化合物。
另外，使用图1以及图4所示的掺杂栅结构时，如果使用这样的有机化合物作为绝缘体层的材料，则对有机半导体层带来的破环减小，由于可以成膜，因此为有效方法。
上述绝缘体层，可以是使用多种如上所述的无机或有机化合物材料的混合层，也可以是这些的层压结构体。此时，根据需要通过将介电常数高的材料与具有防水性的材料混合、或者层压，也可以控制器件的性能。
另外，上述绝缘体层可以含有阳极氧化膜或者以该阳极氧化膜为构成而含有。阳极氧化膜优选进行封孔处理。阳极氧化膜通过将可以阳极氧化的金属利用公知的方法进行阳极氧化来形成。作为可以进行阳极氧化处理的金属，可以列举铝或钽，对于阳极氧化处理的方法，没有特别的限制，可以使用公知的方法。通过进行阳极氧化处理，形成氧化被膜。作为用于阳极氧化处理的电解液，只要是可以形成多孔氧化被膜的电解液，则可以使用任意的电解液，通常使用硫酸、磷酸、草酸、铬酸、硼酸、氨基磺酸、苯磺酸等、或者这些组合2种以上的混酸或它们的盐。由于阳极氧化的处理条件根据使用的电解液而进行各种变化，因此不能一概而论，通常电解液的浓度为1～80质量％、电解液的温度为5～70℃、电流密度为0.5～60A/cm2、电压为1～100伏、电解时间为10秒～5分钟的范围。优选的阳极氧化处理，是使用硫酸、磷酸或硼酸的水溶液作为电解液、通过直流电流进行处理的方法，也可以使用交流电流。这些酸的浓度优选为5～45质量％，优选电解液的温度为20～50℃、电流密度为0.5～20A/cm2、进行电解处理20～250秒。
作为绝缘体层的厚度，层厚度薄时在有机半导体上施加的实效电压大，因此，可以降低器件自身的驱动电压、阈电压，相反由于源-栅极之间的泄漏电流大，因此需要选择适当的膜厚，通常为10nm～5μm，优选为50nm～2μm，进一步优选为100nm～1μm。
另外，在上述绝缘体层与有机半导体层之间可以实施任意的取向处理。作为优选的例子为如下方法：在绝缘体层表面上实施疏水化处理等，使绝缘体层与有机半导体层的相互作用降低，从而提高有机半导体层的结晶性。具体可以列举如下方法：将硅烷偶联剂、例如十八烷基三氯硅烷、三氯甲基硅氧烷、或烷磷酸、烷磺酸、烷羧酸等自身组织化取向膜材料在液相或气相状态下接触绝缘膜表面，形成自身组织化膜后，适度地进行干燥处理。另外，为了用于液晶的取向，优选为如下方法：在绝缘膜表面上设置有聚酰亚胺等构成的膜，对其表面进行摩擦处理。
作为上述绝缘体层的形成方法，可以列举：真空蒸镀法、分子束外延法、离子团束法、低能量离子束法、离子镀法、CVD法、溅射法、日本特开平11-61406号公报、日本特开平11-133205号公报、日本特开2000-121804号公报、日本特开2000-147209号公报、日本特开2000-185362号公报中记载的大气压等离子体法等干式工序；喷涂法、旋涂法、混涂法、浸渍涂布法、流延法、辊涂法、刮棒涂布法、模涂法等涂布的方法、印刷或喷墨等图形形成的方法等湿式工序，可以根据材料来使用。湿式工序使用：根据需要使用表面活性剂等分散助剂将无机氧化物的微粒在任意的有机溶剂或水中分散，将所得到的液体进行涂布、干燥的方法：将氧化物前体、例如烷氧化物的溶液进行涂布、干燥的所谓的溶胶凝胶法。
本发明的有机薄膜晶体管中的有机半导体层的膜厚，没有特别的限制，通常为0.5nm～1μm，优选为2nm～250μm。
另外，有机半导体层的形成方法，没有特别的限定，可以采用公知的方法，例如通过分子射线蒸镀法(MBE法)、真空蒸镀法、化学蒸镀法、将材料溶于溶剂而得到的溶液的浸渍法、旋涂法、流延法、刮棒涂布法、辊涂法等印刷、涂布法以及烘焙、电聚合(エレクトロポリマラインゼ一シヨン)、分子束蒸镀、来自溶液的自聚集、以及这些组合的方法，由如上所述的有机半导体层的材料形成。
由于提高有机半导体层的结晶性时场效迁移率提高，因此，在使用来自气相的成膜(蒸镀、溅射等)时，优选在高温下保持成膜中的基板温度。该温度优选为50～250℃，进一步优选为70～150℃。另外，不论成膜方法如何，在成膜后实施退火时，均得到高性能器件，因此优选。退火的温度优选为50～200℃，进一步优选为70～200℃，时间优选为10分钟～12小时，进一步优选为1～10小时。
在本发明中，有机半导体层中可以使用1种选自通式(1)～(5)中的材料，或者组合多种，可以使用并五苯或噻吩低聚物等公知的半导体以多个混合薄膜或层叠的方式来使用。
作为本发明的有机薄膜晶体管的形成方法，没有特别的限定，只要为公知的方法即可，根据期望的元件结构，将至基板投入、栅电极形成、绝缘体层形成、有机半导体层形成、源电极形成、漏电极形成的一系列元件制作工序完全不与大气接触而形成时，可以防止通过与大气的接触而由大气中的水分和氧等引起的元件性能的阻碍，因此优选。在不得已必须与大气一次接触时，优选：有机半导体层成膜以后的工序设为完全不与大气接触的工序，在有机半导体层成膜前，将层压有机半导体层的面(例如元件B的情况下为在绝缘层上层压有一部分源电极、漏电极的表面)用紫外线照射、紫外线/臭氧照射、氧等离子体、氩气等离子体等进行清洁、活化，然后层压有机半导体层。
另外，例如，考虑到大气中含有的氧、水等对有机半导体层的影响，可以在有机晶体管元件的外周面的整个面或一部分上形成阻气层。作为形成阻气层的材料，可以使用在该领域中常用的材料，例如，可以列举：聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氯三氟乙烯等。另外，也可以使用在上述绝缘体层中例示的具有绝缘性的无机物。
本发明还提供一种有机薄膜发光晶体管，其在有机薄膜晶体管中，利用通过源-漏电极之间的电流而得到发光，通过在栅电极上施加电压来控制发光。
本发明中的有机薄膜晶体管也可以利用从源、漏电极注入的电荷，作为发光元件来使用。即，可以将有机薄膜晶体管作为兼具有发光元件(有机EL元件)的功能的有机薄膜发光晶体管来使用。其由栅电极控制源-漏电极之间通过的电流，由此可以控制发光。可以将用于控制发光的晶体管与发光元件统合，因此，通过显示器的开口率的提高和制作工序的简易化，可以实现成本降低，在实际应用上提供很大益处。作为有机薄膜发光晶体管使用时，在上述详细说明所述的内容中充分，但为了将本发明的有机薄膜晶体管作为有机发光晶体管来工作，需要从源、漏电极中的一个注入空穴、从另一个注入电子，为了提高发光性能，优选满足以下的条件。
(源、漏电极)
本发明的有机薄膜发光晶体管，为了使空穴的注入性提高，优选至少一个为空穴注入性电极。空穴注入电极是含有上述功函数为4.2eV以上的物质的电极。
另外，为了使电子的注入性提高，优选至少一个为电子注入性电极。电子注入性电极是含有上述功函数为4.3eV以下的物质的电极。更优选为：具有一个为空穴注入性、且另一个为电子注入性的电极的有机薄膜发光晶体管。
(元件结构)
本发明的有机薄膜发光晶体管，为了提高空穴的注入性，优选在至少一个电极与有机半导体层之间插入空穴注入层。空穴注入层中可以列举：在有机EL元件中作为空穴注入材料、空穴传输材料使用的胺类材料等。
另外，为了提高电子的注入性，优选在至少一个电极与有机半导体层之间插入电子注入层。与空穴相同在电子注入层中可以使用用于有机EL元件的电子注入材料等。
另外，优选在一个电极下具有空穴注入层、并且另一个电极下具有电子注入层的有机薄膜发光晶体管。
另外，在本实施的有机薄膜发光晶体管中，例如为了提高注入效率，也可以在有机半导体层与源电极以及漏电极之间设置缓冲层。
实施例
下面，使用实施例对本发明进行更加详细地说明。
合成例1(化合物(1)的合成)
如下所示合成上述化合物(1)。合成路线如下所示。
在300毫升的3口烧瓶中加入1，4-二溴苯7.50g(31.7毫摩尔)、四三苯基膦钯1.83g(1.59毫摩尔)、碘化铜(I)0.604g(3.17毫摩尔)，进行氩气置换。在其中加入三乙胺150毫升、乙炔基苯10.5毫升(95.4毫摩尔)，在氩气氛围下进行加热回流9小时。在反应液中加入水100毫升、二氯甲烷100毫升，分离有机层，用无水硫酸镁进行干燥。用蒸发器进行减压浓缩后，将所得到的固体用硅胶柱色谱法(溶出溶剂：二氯甲烷/己烷＝1/10)进行精制，得到2.55g(9.16mmol，收率29％)的化合物(1)。通过90MHz1H-NMR以及FD-MS(场解析-质谱分析)的测定，确认为目标物。FD-MS的测定结果如下所示。
FD-MS，Caled for C48H30S2＝278，found，m/z＝278(M+，100)
另外，将本化合物在220℃下进行升华精制。通过升华精制得到的化合物(1)的纯度为99.5％。
另外，在合成例1中，将FD-MS(场解析-质谱分析)的测定中使用的装置以及测定条件如下所示。
<FD-MS测定>
装置：HX110(日本电子公司制)
条件：加速电压8kV
扫描范围：m/z＝50～1500
实施例1(有机薄膜晶体管的制造)
按照以下的顺序制作有机薄膜晶体管。首先，将Si基板(P型电阻率1Ωcm栅电极兼用)用热氧化法对表面进行氧化，在基板上制作300nm的热氧化膜，形成绝缘体层。再用干式蚀刻完全除去在基板的一侧上成膜的SiO2膜，然后，用溅射法将铬以20nm的膜厚进行成膜，另外在其上将金(Au)以100nm溅射成膜、作为取出电极(取り出し電極)。将该基板用中性洗剂、纯水、丙酮以及乙醇各进行30分钟超声波清洗，再进行臭氧清洗。
接着，在真空蒸镀装置(ULVAC公司制，EX-400)上设置上述基板，在绝缘体层上将上述化合物(2)以0.05nm/s的蒸镀速度作为50nm膜厚的有机半导体层来成膜，其中所述化合物(2)是除了使用乙炔基甲苯代替了乙炔基苯以外与合成例1同样地操作而合成得到。接着，通过金属掩模将金以50nm的膜厚进行成膜，由此形成互相不连接的源电极以及漏电极，使间隔(通道长度L)为75μm。此时，以源电极和漏电极的宽度(通道宽W)为5mm的方式进行成膜，从而制作有机薄膜晶体管(参照图7)。
在所得到的有机薄膜晶体管的栅电极上施加-40V的栅电压，在源-漏电极之间施加电压而通过电流。此时，在有机半导体层的通道领域(源-漏电极之间)诱发电子，作为p型晶体管来工作。其结果，在电流饱和区域中的源-漏电极之间的电流的开/关比为3×105。另外，将空穴的场效迁移率μ通过下述式(A)计算，结果为3×10-2cm2/Vs。
ID＝(W/2L)·Cμ·(VG-VT)2 (A)
式中，ID为源-漏电极之间的电流，W为通道宽度，L为通道长度，C为栅极绝缘体层每单位面积的电容量，VT为栅极阈值电压，VG为栅电压。
实施例2～7(有机薄膜晶体管的制作)
在实施例1中，使用表1中记载的化合物代替化合物(2)作为有机半导体层的材料，除此以外，同样进行操作，制作有机薄膜晶体管。对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例1同样操作，用-40V的栅电压VG进行p型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算电子的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
实施例8(有机薄膜晶体管的制作)
在实施例1中，使用化合物(110)代替化合物(2)作为有机半导体层的材料，除此以外，同样进行操作而成膜为有机半导体层。接着，通过金属掩模作为源-漏电极以0.05nm/s的蒸镀速度将Ca代替Au进行20nm真空蒸镀，之后将Ag以0.05nm/s的蒸镀速度进行50nm蒸镀，被覆Ca，由此制作有机薄膜晶体管。对于所得到的有机薄膜晶体管，用+40V的栅电压VG进行n型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算电子的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
实施例9(有机薄膜晶体管的制作)
在实施例8中，使用化合物(44)代替化合物(110)作为有机半导体层的材料，除此以外，同样进行操作，制作有机薄膜晶体管。对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例8同样操作，用+40V的栅电压VG进行n型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算电子的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
实施例10(有机薄膜晶体管的制作)
在实施例6中，作为源-漏电极，使用缓冲层MoO3代替单独的Au以0.05nm/s的蒸镀速度进行10nm真空蒸镀，插入到Au与化合物(61)的薄膜之间，除此以外，同样进行操作，制作有机薄膜晶体管。对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例1同样操作，用-40V的栅电压VG进行p型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算电子的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
实施例11(有机薄膜晶体管的制作)
首先，将玻璃基板用中性洗剂、纯水、丙酮以及乙醇各进行30分钟超声波清洗后，通过溅射法将金(Au)进行40nm成膜，制作栅电极。接着，将该基板安装在热CVD装置的成膜部。另一方面，将绝缘体层的原料的聚对二甲苯衍生物[聚对苯二甲基氯(Parylene)](商品名：diX-C；第三化成公司制)250mg放入到浅底盘中，设置在原料的蒸发部。将热CVD装置用真空泵进行抽真空，减压至5Pa后，将蒸发部加热至180℃，将聚合部加热至680℃，放置2小时，在栅电极上形成厚度为1μm的绝缘体层。
接着，设置在真空蒸镀装置(ULVAC公司制，EX-400)，在绝缘体层上将化合物(60)以0.05nm/s的蒸镀速度作为50nm膜厚的有机半导体层进行成膜。接着，通过金属掩模将金以50nm的膜厚进行成膜，由此形成互相不连接的源电极以及漏电极，使间隔(通道长度L)为75μm。此时，以源电极和漏电极的宽度(通道宽W)为5mm的方式进行成膜，从而制作有机薄膜晶体管(参照图7)。
与实施例1同样操作，在所得到的有机薄膜晶体管的栅电极上用-40V的栅电压VG进行p型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算电子的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
实施例12(有机薄膜晶体管的制作)
在实施例11中，使用化合物(61)代替化合物(60)作为有机半导体层的材料，除此以外，同样进行操作，制作有机薄膜晶体管。对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例1同样操作，用-40V的栅电压VG进行p型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算空穴的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
实施例13(有机薄膜晶体管的制作)
在实施例11中，使用化合物(44)代替化合物(60)作为有机半导体层的材料，除此以外，同样进行操作，制作有机薄膜晶体管。对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例8同样操作，用+40V的栅电压VG进行n型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算电子的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
实施例14(有机薄膜晶体管的制作)
在实施例11中，使用化合物(65)代替化合物(60)作为有机半导体层的材料，除此以外，同样进行操作，制作有机薄膜晶体管。对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例8同样操作，用+40V的栅电压VG进行n型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算电子的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
实施例15(有机薄膜晶体管的制作)
与实施例11同样进行基板的清洗、栅电极成膜，绝缘体层成膜。接着，使化合物(175)溶解在氯仿中0.5重量％，在成膜至上述绝缘体层的基板上用旋涂(ミカサ公司制：1H-D7)进行成膜，在氮气氛围下、80℃下进行干燥，作为有机半导体层进行成膜，由此形成互相不连接的源电极以及漏电极，制作有机薄膜晶体管。
对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例1同样操作，用-40V的栅电压VG进行p型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算空穴的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
比较例1(有机薄膜晶体管的制作)
与实施例1同样进行基板的清洗、栅电极成膜、绝缘体层形成。接着，使聚对苯撑亚乙烯(PPV)[分子量(Mn)86000，分子量分布(Mw/Mn＝5.1)]溶解在甲苯中3质量％，在成膜至上述绝缘体层的基板上用旋涂法进行成膜，在氮气氛围下、120℃下进行干燥，作为有机半导体层进行成膜。接着，用真空蒸镀装置通过金属掩模将金(Au)以50nm膜厚进行成膜，由此形成互相不连接的源电极以及漏电极，制作有机薄膜晶体管。
对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例1同样操作，用-40V的栅电压VG进行p型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算空穴的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
比较例2(有机薄膜晶体管的制作)
使用聚对苯撑亚乙烯(PPV)作为有机半导体层的材料，直至有机半导体层，均与比较例1完全同样地进行成膜。之后，与实施例8同样操作，通过金属掩模作为源-漏电极将Ca进行成膜，在其上被覆Ag，从而制作有机薄膜晶体管。
对于所得到的有机薄膜晶体管，与实施例8同样操作，用+40V的栅电压VG进行n型驱动。测定源-漏电极之间的电流的开/关比，计算空穴的场效迁移率μ，将其结果示于表1。
表1
| 有机半导体层的化合物种类 | 晶体管的种类 | 场效迁移率(cm<sup>2</sup>/Vs) | 开/关比 | |
| 实施例1 | (2) | P型 | 3×10<sup>-2</sup> | 3×10<sup>5</sup> |
| 实施例2 | (42) | P型 | 6×10<sup>-2</sup> | 8×10<sup>5</sup> |
| 实施例3 | (9) | P型 | 5×10<sup>-3</sup> | 2×10<sup>5</sup> |
| 实施例4 | (43) | P型 | 8×10<sup>-3</sup> | 8×10<sup>4</sup> |
| 实施例5 | (60) | P型 | 5×10<sup>-1</sup> | 5×10<sup>6</sup> |
| 实施例6 | (61) | P型 | 2×10<sup>-1</sup> | 2×10<sup>5</sup> |
| 实施例7 | (162) | P型 | 6×10<sup>-3</sup> | 8×10<sup>2</sup> |
| 有机半导体层的化合物种类 | 晶体管的种类 | 场效迁移率(cm<sup>2</sup>/Vs) | 开/关比 | |
| 实施例8 | (110) | n型 | 2×10<sup>-3</sup> | 2×10<sup>4</sup> |
| 实施例9 | (44) | n型 | 1×10<sup>-3</sup> | 2×10<sup>3</sup> |
| 实施例10 | (61) | P型 | 7×10<sup>-1</sup> | 1×10<sup>5</sup> |
| 实施例11 | (60) | P型 | 9×10<sup>-1</sup> | 1×10<sup>6</sup> |
| 实施例12 | (61) | P型 | 4×10<sup>-1</sup> | 3×10<sup>5</sup> |
| 实施例13 | (44) | n型 | 8×10<sup>-3</sup> | 7×10<sup>2</sup> |
| 实施例14 | (65) | n型 | 2×10<sup>-3</sup> | 8×10<sup>2</sup> |
| 实施例15 | (175) | P型 | 7×10<sup>-2</sup> | 2×10<sup>5</sup> |
| 比较例1 | PPV | P型 | 1×10<sup>-5</sup> | 1×10<sup>3</sup> |
| 比较例2 | PPV | n型 | 1×10<sup>-4</sup> | 1×10<sup>3</sup> |
实施例16(有机薄膜晶体管的制造)
按照以下的顺序制作有机薄膜发光晶体管。首先，将Si基板(P型电阻率1Ωcm栅电极兼用)用热氧化法对表面进行氧化，在基板上制作300nm的热氧化膜，形成绝缘体层。再用干式蚀刻完全除去在基板的一侧上成膜的SiO2膜，然后，用溅射法将铬以20nm的膜厚进行成膜，另外在其上将金(Au)以100nm溅射进行成膜、作为取出电极。将该基板用中性洗剂、纯水、丙酮以及乙醇各进行30分钟超声波清洗。
接着，设置在真空蒸镀装置(ULVAC公司制，EX-900)上，在绝缘体层(SiO2)上将上述化合物(2)以0.05nm/s的蒸镀速度作为100nm膜厚的有机半导体发光层来成膜。接着，与上述同样设置通道长度为75μm、通道宽度为5mm的金属掩模，将基板在相对于蒸发源倾斜45度的状态下通过掩模将金以50nm的膜厚进行成膜。接着，将基板在相反方向上在倾斜45度的状态下将Mg蒸镀100nm，由此制作互相不连接的源电极以及漏电极实质上具有空穴注入性电极(Au)和电子传输性电极(Mg)的有机薄膜发光晶体管(参照图9)。
在源-漏电极之间施加-100V，在栅电极上施加-100V时，得到50cd/m2的蓝色发光。将发光光谱示于图10。
产业上利用的可能性
如上详细说明所述，本发明的有机薄膜晶体管通过使用具有高电子迁移率的特定结构的化合物作为有机半导体层的材料，应答速度(驱动速度)高速化，并且开/关比大，作为晶体管的性能高，也可以作为能够发光的有机薄膜晶体管来利用。
Claims (23)
1.一种有机薄膜晶体管，其至少在基板上设有栅电极、源电极、漏电极的这三个端子、绝缘体层以及有机半导体层，通过在栅电极上施加电压来控制源-漏电极之间的电流，其特征在于，所述有机半导体层含有由下述通式(1)表示的化合物，
通式(1)中，Ar1由下述通式(2)表示，Ar3由下述通式(3)表示，
通式(2)以及(3)中，R1～R10分别独立地为氢原子、卤原子、碳原子数为1～30的烷基、碳原子数为1～30的卤代烷基、碳原子数为1～30的烷氧基、碳原子数为1～30的卤代烷氧基、碳原子数为1～30的烷硫基、碳原子数为1～30的卤代烷硫基、碳原子数为1～30的烷氨基、碳原子数为2～30的二烷基氨基、碳原子数为1～30的烷基磺酰基、碳原子数为1～30的卤代烷基磺酰基、碳原子数为6～60的芳香族烃基、碳原子数为1～60的芳香族杂环基、取代或未取代的碳原子数为1～30的烷基甲硅烷基或者氰基，这些基团具有取代基或不具有取代基，所述二烷基氨基中，烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构，
R1～R5以及R6～R10中相邻接的基团之间能够形成饱和或不饱和的环状结构，
Ar2为取代或未取代的碳原子数为6～60的芳香族烃基、取代或未取代的碳原子数为1～60的芳香族杂环基，
n为1～20的整数。
2.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，在所述通式(1)中，Ar2为取代或未取代的碳原子数为6～60的芳香族烃基。
3.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，在所述通式(1)中Ar2为取代或未取代的苯、萘、蒽、菲、并四苯、或并五苯。
4.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，在所述通式(1)中，Ar2为取代或未取代的碳原子数为6～60的稠合多环式芳香族杂环基。
5.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，在所述通式(1)中，Ar2为取代或未取代的吡咯、吡啶、嘧啶、咪唑、噻唑、二噻吩并苯、苯并噻二唑、喹啉、苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并呋喃或二苯并呋喃。
6.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，在所述通式(1)中，n为1。
7.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，在所述通式(1)中，n为2以上的整数。
8.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，在所述通式(2)、
(3)中，R1、R2、R4、R5、R6、R7、R9以及R10全部为氢原子。
9.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，在所述通式(2)、(3)中，R3及R8中的至少一个为卤原子、碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的卤代烷基、碳原子数为1～8的卤代烷氧基、碳原子数为1～8的烷氨基、或碳原子数为2～16的二烷基氨基，所述二烷基氨基中，烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构。
10.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，由所述通式(1)表示的化合物为由下述通式(4)表示的化合物，
在通式(4)中，R1～R14分别表示与上述R1～R10相同的基团，R1～R5、R6～R10、R11～R12、R13～R14中相邻接的基团之间能够形成饱和或不饱和的环状结构，另外，n与上述相同。
11.根据权利要求10所述的有机薄膜晶体管，其中，在通式(4)中，R11～R14分别独立地为氢原子、卤原子、碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的卤代烷基、碳原子数为1～8的烷氧基、碳原子数为1～8的烷硫基、碳原子数为1～8的烷氨基、碳原子数为2～8的二烷基氨基、碳原子数为1～8的烷基磺酰基或氰基，所述二烷基氨基中，烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构。
12.根据权利要求10所述的有机薄膜晶体管，其中，在通式(4)中，R1、R2、R4、R5、R6、R7以及R9～R14全部为氢原子。
13.根据权利要求10所述的有机薄膜晶体管，其中，在通式(4)中，R3及R8中的至少一个为卤原子、碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的卤代烷基、碳原子数为1～8的卤代烷氧基、碳原子数为1～8的烷氨基、或碳原子数为2～16的二烷基氨基，所述二烷基氨基中，烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构。
14.根据权利要求10所述的有机薄膜晶体管，其中，在通式(4)中，R1～R14中的任一个为氟原子、氰基、三氟甲基或五氟乙基。
15.根据权利要求10所述的有机薄膜晶体管，其中，在通式(4)中，n为1。
16.根据权利要求10所述的有机薄膜晶体管，其中，在通式(4)中，n为2以上的整数。
17.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，由所述通式(1)表示的化合物为由下述通式(5)表示的化合物，
在通式(5)中，R21～R38分别独立地为氢原子、卤原子、碳原子数为1～30的烷基、碳原子数为1～30的卤代烷基、碳原子数为1～30的烷氧1～30的烷基、碳原子数为1～30的卤代烷基、碳原子数为1～30的烷氧基、碳原子数为1～30的卤代烷氧基、碳原子数为1～30的烷硫基、碳原子数为1～30的卤代烷硫基、碳原子数为1～30的烷氨基、碳原子数为2～30的二烷基氨基、碳原子数为1～30的烷基磺酰基、碳原子数为1～30的卤代烷基磺酰基、碳原子数为6～60的芳香族烃基、碳原子数为1～60的芳香族杂环基、取代或未取代的碳原子数为1～30的烷基甲硅烷基或者氰基，这些基团具有取代基或不具有取代基，所述二烷基氨基中，烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构，
R21～R25以及R26～R30中相邻接的基团之间能够形成饱和的环状结构。
18.根据权利要求17所述的有机薄膜晶体管，其中，在通式(5)中，R21～R38分别独立地为氢原子、碳原子数为1～30的烷基、碳原子数为1～30的卤代烷基、碳原子数为1～30的烷氧基、碳原子数为1～30的卤代烷氧基、碳原子数为1～30的烷硫基、碳原子数为1～30的卤代烷硫基、碳原子数为1～30的烷氨基、碳原子数为2～30的二烷基氨基、碳原子数为1～30的烷基磺酰基、碳原子数为1～30的卤代烷基磺酰基、碳原子数为6～60的芳香族烃基、碳原子数为1～60的芳香族杂环基、取代或未取代的碳原子数为1～30的烷基甲硅烷基或者氰基，这些基团具有取代基或不具有取代基，所述二烷基氨基中，烷基可以互相结合形成含有氮原子的环结构，另外，R21～R25以及R26～R30中相邻接的基团之间能够形成饱和的环状结构。
19.根据权利要求1～18中任一项所述的有机薄膜晶体管，其中，在源电极和有机半导体层之间以及漏电极和有机半导体层之间具有缓冲层。
20.一种有机薄膜发光晶体管，包括权利要求1～18中任一项所述的有机薄膜晶体管，利用流过源-漏电极之间的电流来得到发光，通过在栅电极上施加电压来控制发光。
21.根据权利要求20所述的有机薄膜发光晶体管，其中，源电极和漏电极中的至少一个由功函数为4.2eV以上的物质构成。
22.根据权利要求20或21所述的有机薄膜发光晶体管，其中，源电极和漏电极中的至少一个由功函数为4.3eV以下的物质构成。
23.根据权利要求20或21所述的有机薄膜发光晶体管，其中，在源电极和有机半导体层之间以及漏电极和有机半导体层之间具有缓冲层。
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