JP2003238490A - フラーレン誘導体及びそれを用いた構造体 - Google Patents

フラーレン誘導体及びそれを用いた構造体

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JP2003238490A JP2002035455A JP2002035455A JP2003238490A JP 2003238490 A JP2003238490 A JP 2003238490A JP 2002035455 A JP2002035455 A JP 2002035455A JP 2002035455 A JP2002035455 A JP 2002035455A JP 2003238490 A JP2003238490 A JP 2003238490A
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嘉 土志田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フラーレンの成膜性を容易にし、溶液成膜に
よる薄膜の配向制御性の向上、電子的機能の向上を達成
することができるフラーレン誘導体を提供する。 【解決手段】 フラーレンと液晶性官能基とを結合した
構造を有するフラーレン誘導体、基板上にそのフラーレ
ン誘導体を積層した構造体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フラーレン誘導体
及びそれを用いた構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】フラーレンは当初C60が発見され、C
70以上の炭素原子数の多いものも発見されて来た。そ
の物性を評価する中で、様々な特性が明らかになって来
ており、光導電性等を備えることから、例えば、感光体
への応用(特開平9−73180号公報)が提案される
など、近年新たな機能性材料として注目されつつある。
また、フラーレン類は結晶性を有することが知られ、種
々の基板上で単結晶化が試みられている。
【0003】通常フラーレン類は粉体であり、蒸着法な
どの真空成膜法によって成膜することが出来る。フラー
レン類は、非極性溶媒に限られるが溶媒可溶性であり溶
液成膜が可能である。しかしながらこれらの成膜法では
良好な薄膜の形成が難しかった。
【0004】この問題を解決するために、ポリアミド主
鎖にフラーレンを側鎖として導入したポリマー(J.A
m.Chem.Soc.1992,114,1065
6)や、ポリシランとフラーレンとの共重合ポリマー
(特開平7−62105号公報)が提案され、成膜性の
改善に効果があると考えられる。しかしながらフラーレ
ンの電子的な特性を発揮させる半導体素子などを得るに
は、基板上で配向性を制御して異方配向性や結晶性の向
上した薄膜を形成させる必要があり、このような観点に
よれば上述したポリマー系で形成された膜においては不
十分であった。
【0005】フラーレンを化学修飾して機能化し電子デ
バイスに応用する試みが提案され(特開2000−34
4764号公報)、ドナー・アクセプター化合物とし
て、電子デバイス等への応用が示唆されているが、成膜
性については上述と同様不十分であると考えられる。
【0006】液晶性の有機半導体材料としてディスコテ
ィック液晶やスメクチック液晶、高分子液晶等が知ら
れ、液晶性に由来する分子配向性により優れた電気特性
や異方性が期待されている(例えば、Polymer
Preprints,Japan Vol.50,N
o.13,3411,2001)。具体的な応用とし
て、側鎖に液晶性基を導入したポリマーを薄膜トランジ
スタの半導体層に使用した例(特開平9−83040号
公報)や、液晶性有機半導体を光導伝層として用いた電
子写真感光体(特開2001−33990号公報)等が
挙げられる。前者は、ポリマーの任意方向への配向性を
利用してキャリア移動度を向上させる試みであり、後者
はフラーレンで色素増感して光吸収効率の向上が図られ
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
系では、配向制御の必要性が低い点では製造容易である
が、低分子液晶を用いた場合には成膜プロセスに工夫が
必要で、液晶セル構造が必要となり、ポリマー系ではそ
の点は改善されるが、有機半導体のような薄膜素子に応
用する場合、配向制御による電子移動度の向上が必要と
なり、その点では不十分であり改善が必要であった。
【0008】本発明は、このような問題を解決し、フラ
ーレンの成膜性を容易にするためにフラーレン含有液晶
性誘導体を用いることで溶液成膜による薄膜の配向制御
性の向上、電子的機能の向上を達成することができるフ
ラーレン誘導体を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、フラーレンと
液晶性官能基とを結合した構造を有するフラーレン誘導
体、基板上に上記フラーレン誘導体を積層した構造体、
絶縁層、電極を積層し、さらに上記のフラーレン誘導体
を積層した構造体である。
【0010】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おけるフラーレンと液晶性官能基とを結合した構造を有
するフラーレン誘導体は、下記模式図に示すようなもの
である。
【0011】
【化1】
【0012】このフラーレンと液晶性官能基とを結合し
た構造を有するフラーレン誘導体は、例えばフラーレン
類とディスコティック液晶やスメクチック液晶等を反応
させて得ることが出来る。フラーレン類はC60、C7
0、C76、C78、C84等を用いることができる
が、結晶性の良い薄膜を得るにはC60またはC70を
用いるのが好ましい。場合によっては上記フラーレン類
の2種以上を混合して使用しても良い。それらフラーレ
ン類と、例えば下記する構造の液晶性化合物の有するヒ
ドロキシル基、カルボキシル基、オキシラン基、アミノ
基等の反応性基とを反応させることにより得ることがで
きる。また、それらの反応性基を有するフラーレン類を
用いても良い。
【0013】
【化2】
【0014】(式中、R,Rは直鎖または分岐のア
ルキル基、一般式X−Ar−Yで表される基(XはO,
S,NH,CO,CO,OCO,−,SO,S
,CONH,COONH等の結合基を示し、Arは
置換または無置換の芳香族環を示し、Yはヒドロキシル
基、カルボキシル基、オキシラン基、アミノ基等の反応
性基を示す)を示し、どちらか一方はX−Ar−Yであ
る)。
【0015】
【化3】
【0016】(式中、Rは直鎖または分岐のアルキル
基、一般式X−Ar−Yで表される基(XはO,S,N
H,CO,CO,OCO,−(単結合),SO,S
,CONH,COONH等の結合基を示し、Arは
置換または無置換の芳香族環を示し、Yはヒドロキシル
基,カルボキシル基,オキシラン基,アミノ基等の反応
性基を示す)を示し、どれか一つはX−Ar−Yであ
る)。
【0017】上記式中のR,R,Rは炭素数6以上
の直鎖または分岐の脂肪族炭化水素基が挙げられ、炭素
数6〜23であることが配向性の点から好ましい。
【0018】本発明においては、上述のフラーレン誘導
体により薄膜を形成した場合、液晶性官能基間の分子間
相互作用によって2次元方向に配向規制されるため、基
板上にフラーレンユニットも整列された秩序性の高い構
造体の得ることが可能となる。
【0019】上記式中のR,R,Rにおいて、末端
に反応性の官能基であるビニル基、アクリル基、メタク
リル基等の二重結合を有する化合物を使用しても良く、
その場合には薄膜を形成した後、エネルギー線を照射し
て反応させると重合体となり、薄膜の安定性を向上させ
ることが出来る。
【0020】本発明においては、上述したフラーレン誘
導体を適当な溶媒に溶解させて基板上に薄膜を形成させ
ることが好ましい。また、このような絶縁性ポリマーの
他に、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルアントラセ
ン及びポリビニルピレン等の有機光導電性ポリマーを積
層して使用しても良い。使用する有機溶媒として、メタ
ノール、エタノール及びイソプロパノール等のアルコー
ル類;アセトン、メチルエチルケトン及びシクロヘキサ
ノン等のケトン類;N,N−ジメチルホルムアミド及び
N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチ
ルピロリドン等のピロリドン類;ジメチルスルホキシド
等のスルホキシド類;テトラヒドロフラン、ジオキサン
及びエチレングリコールモノメチルエーテル等のエーテ
ル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロルエタン、
ジクロルエチレン、四塩化炭素及びトリクロルエチレン
等の脂肪族ハロゲン化炭化水素化合物あるいはトルエ
ン、キシレン、モノクロルベンゼン及びジクロルベンゼ
ン等の芳香族化合物等を用いることができる。
【0021】塗工は、浸漬コーティング法、スプレーコ
ーティング法、スピナーコーティング法、ブレードコー
ティング法、マイヤーバーコーティング法、ローラーコ
ーティング法又はカーテンコーティング法等の方法を用
いて行うことができる。乾燥は、使用される溶媒の沸点
により室温又は加熱乾燥によって行うことができる。加
熱乾燥は30〜200℃の温度範囲で、所定の乾燥状態
に合わせて静止又は送風下で行うことができる。
【0022】使用される基板としては、例えば、アルミ
ニウム、アルミニウム合金、銅、亜鉛、ステンレス、バ
ナジウム、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、マ
グネシウム、インジウム、金、白金、銀又は鉄等の金属
あるいは合金が用いられる。また、こうした金属あるい
は合金を、真空蒸着法等によって皮膜形成された導電層
を有するプラスチック(例えば、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレー
ト、アクリル樹脂及びポリフッ化エチレン等)、これら
の複合体等が挙げられる。また、酸化スズを蒸着させた
NESA膜、酸化スズと酸化インジウムよりなるITO
膜を有するガラスやプラスチック等を使用することが出
来る。
【0023】また、図1に示すような半導体素子の有機
半導体材料として、絶縁層、電極を積層し、さらに本発
明のフラーレン誘導体を積層した構造体とすることで、
上記のような高配向性によってキャリア移動度の高い有
機半導体を得ることが出来る。
【0024】このような半導体素子のソース電極、ドレ
イン電極、ゲート電極の原料としては、アルミニウム、
アルミニウム合金、タンタル、銅、亜鉛、ステンレス、
バナジウム、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、
マグネシウム、インジウム、金、白金、銀、ITO等を
使用することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下に、製造例及び実施形態を挙
げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これ
らの実施形態に限定されるわけではない。
【0026】(実施形態1)下記式に示すスメクチック
液晶のマロン酸エステル誘導体とC60とを、トルエン
中でIと1,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕ウン
デク−7−エンの存在下、室温で一晩反応させることに
より付加体(A)を得た。
【0027】
【化4】
【0028】ガラス基板上に(A)の2wt%トルエン
溶液をスピナー塗布し乾燥してサンプルを作製した。こ
うして作製した積層体のX線回折測定を行った結果、C
60の回折ピークに相当する2θ=9、10、15.
5、18、19度付近に同様の回折ピークが観測され、
平面内の配向制御性が確認された。
【0029】(実施形態2)実施形態1においてC60
をC70に代えた以外は同様にして積層体を作製し、同
様にX線回折測定を行った結果、C70の回折ピークに
相当する2θ=9.5、10、10.5、16.5、1
8、19.5度付近に同様の回折ピークが観測され、平
面内の配向制御性が確認された。
【0030】(実施形態3)実施形態1で用いたスメク
チック液晶を下記式に示すディスコティック液晶に代え
た以外は、実施形態1と同様にして付加体(B)を得
た。実施形態1と同様にして
【0031】
【化5】
【0032】積層体の評価を行い、同様の配向制御性が
確認された。
【0033】(実施形態4)実施形態2においてスメク
チック液晶を実施形態3のディスコティック液晶に代え
た以外は同様にして積層体を作製し、同様に評価を行っ
た結果、同様の配向制御性が確認された。
【0034】
【発明の効果】本発明により、新規なフラーレン含有液
晶性誘導体を用いることで薄膜の配向制御性の向上、電
子的機能の向上を達成することができるフラーレン誘導
体を提供することが可能となり、電子デバイス、光導電
性素子等に応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】絶縁ゲート型電界効果トランジスタの基本構造
を説明する図である。
フロントページの続き Fターム(参考) 4H006 AA01 AB64 BJ50 BP10 KA31 4H027 BD12 DK02 DM02 5F110 AA01 AA30 CC03 CC05 CC07 DD01 DD02 EE02 EE03 EE04 EE06 EE07 GG05 GG41 GG60 HK02 HK03 HK04 HK06 HK07

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フラーレンと液晶性官能基とを結合した
    構造を有するフラーレン誘導体。
  2. 【請求項2】 基板上に請求項1記載のフラーレン誘導
    体を積層した構造体。
  3. 【請求項3】 絶縁層、電極を積層し、さらに請求項1
    記載のフラーレン誘導体を積層した請求項2記載の構造
    体。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079549A (ja) * 2003-09-03 2005-03-24 Victor Co Of Japan Ltd 有機薄膜トランジスタ
JP2005097329A (ja) * 2003-08-28 2005-04-14 Mitsubishi Chemicals Corp フラーレン誘導体を含有する組成物、並びに前記組成物を用いた塗膜及び粉体の製造方法
JP2006060169A (ja) * 2004-08-24 2006-03-02 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 電界効果型トランジスタ及びその製造方法
JP2007194360A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Sharp Corp 有機薄膜トランジスタおよびその製造方法
WO2008081845A1 (ja) 2006-12-27 2008-07-10 Frontier Carbon Corporation フラーレン誘導体を原料とするフラーレン膜およびフラーレン重合体ならびにそれらの製造方法

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