JP2003301116A - 有機半導体材料、これを用いた電界効果トランジスタ、スイッチング素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特殊な配向技術を要せず、簡単な方法でキャ
リア移動度が高い有機電荷輸送性材料薄膜を得ることに
あり、該有機電荷輸送性材料薄膜を用いて、フラットパ
ネルディスプレイ等に適用可能な、製造の容易な電界効
果トランジスタ又はスイッチング素子を提供することに
ある。 【解決手段】 共役高分子と有機金属錯体の混合物であ
ることを特徴とする有機半導体材料及び該有機半導体材
料を含んでなる電界効果トランジスタ、該電界効果トラ
ンジスタを用いたことを特徴とするスイッチング素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、簡単なプロセスで
形成が可能な、有機半導体材料及び、該有機半導体材料
の薄膜を用いた電界効果トランジスタ、スイッチング素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報端末の普及に伴い、コンピュータ用
のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対
するニーズが高まっている。またさらに情報化の進展に
伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて
提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが
可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるい
はデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。

【０００３】一般に平板型のディスプレイ装置において
は液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用い
て表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では
画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するた
めに、駆動素子としてアクティブ駆動素子（ＴＦＴ素
子）を用いる技術が主流になっている。例えば通常のコ
ンピュータディスプレイではガラス基板上にこれらＴＦ
Ｔ素子を形成し、液晶、有機ＥＬ素子等が封止されてい
る。

【０００４】ここでＴＦＴ素子には主にａ−Ｓｉ（アモ
ルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの
半導体を用いることができ、これらのＳｉ半導体（必要
に応じて金属膜も）を多層化し、ソース、ドレイン、ゲ
ート電極を基板上に順次形成していくことでＴＦＴ素子
が製造される。こうしたＴＦＴ素子の製造には通常、ス
パッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要と
される。

【０００５】しかしながら、このようなＴＦＴ素子の製
造では真空チャンバーを含む真空系の製造プロセスを何
度も繰り返して各層を形成せざるを得ず、装置コスト、
ランニングコストが非常に膨大なものとなっていた。例
えばＴＦＴ素子では通常、それぞれの層の形成のため
に、真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工
程を何度も繰り返す必要があり、何十もの工程を経て素
子を基板上に形成している。スイッチング動作の要とな
る半導体部分に関してもｐ型、ｎ型等、複数種類の半導
体層を積層している。

【０００６】こうした従来のＳｉ半導体による製造方法
ではディスプレイ画面の大型化のニーズに対し、真空チ
ャンバー等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされる
など、設備の変更が容易ではない。

【０００７】一方、近年有機半導体の研究とともに有機
物をＳｉ材料に代えてこうした回路に組み込むことも考
えられている。しかしながら、有機半導体はキャリア移
動度が充分でなく、又、導電性に異方性を示すものが多
く、基板上に有機分子を配向させる必要があったり、
又、材料の配向連続性が確保されないと不連続な部分に
おいて電荷輸送に大きな障壁が生じるため電荷輸送性が
大きく阻害される。従って、配向や材料としての均一性
を保つために特殊な配向技術や、真空系の製造プロセス
を繰り返すなど製造プロセス上の問題は依然解消されて
いない。製造プロセス上の問題点を解消するべく、近年
ポリチオフェンやポリ−ｐ−チエニレンビニレンといっ
たポリマー材料を活性層に用いたＴＦＴ素子も研究され
ているが、キャリア移動度は低分子化合物の蒸着膜を用
いたＴＦＴ素子に比べて低いレベルにとどまっている。
これは比較的高い効率で電荷移動を行うことができる分
子内の電荷移動過程に対して、分子間電荷移動過程が非
効率なために移動度が低くなっているものと考えられ、
ポリマー単独で構成された材料によって分子間電荷移動
過程を効率化しようとする場合、やはりポリマーを任意
の方向に配向させるといった工程を付加しなければなら
ず、したがって製造プロセスの複雑化を避けることがで
きない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、特殊な配向技術を要せず、簡単な方法でキャリア移
動度が高い有機電荷輸送性材料薄膜を得ることにあり、
該有機電荷輸送性材料薄膜を用いて、フラットパネルデ
ィスプレイ等に適用可能な、製造の容易な電界効果トラ
ンジスタ又はスイッチング素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は以下
の手段により達成された。

【００１０】１．共役高分子と有機金属錯体の混合物で
あることを特徴とする有機半導体材料。

【００１１】２．有機金属錯体が遷移金属原子と有機化
合物配位子によって形成されていることを特徴とする前
記１に記載の有機半導体材料。

【００１２】３．共役高分子とメタロセン類の混合物で
あることを特徴とする前記１または２に記載の有機半導
体材料。

【００１３】４．有機金属錯体を形成する有機化合物配
位子が８員環以上の大環状多座配位子であることを特徴
とする前記１又は２に記載の有機半導体材料。

【００１４】５．前記１〜４のいずれか１項に記載の有
機半導体材料を含んでなることを特徴とする有機トラン
ジスタ。

【００１５】６．有機電荷輸送性材料と、該有機電荷輸
送性材料に直接或いは間接に接するゲート電極から構成
され、該ゲート電極及び有機電荷輸送性材料間に電界を
印加することで、有機電荷輸送性材料中の電流を制御す
る電界効果トランジスタにおいて、該有機電荷輸送性材
料が前記１〜４のいずれか１項に記載の有機半導体材料
であることを特徴とする電界効果トランジスタ。

【００１６】７．前記５もしくは６に記載の電界効果ト
ランジスタを用いたことを特徴とするスイッチング素
子。

【００１７】以下、本発明に係わる有機半導体材料の具
体的挙動、これを用いた独自の電界効果トランジスタ及
びスイッチング素子等について説明する。

【００１８】先ず、本発明に係わる有機半導体材料につ
いて説明する。本発明に係わる有機半導体材料は、共役
高分子と有機金属錯体の混合物として構成される。ここ
で共役高分子とは、高分子主鎖を構成する個々の繰り返
し単位の内部および繰り返し単位間のいずれにおいても
結合が共役している高分子のことを云い、その例として
は、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、
ポリアニリン、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリ−ｐ−フェ
ニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリフルオ
レン、ポリビニルカルバゾールなどの一般的に知られた
π共役高分子、ポリシラン類などのσ共役高分子のほ
か、これらの構造単位をもつ共役コポリマーあるいは共
役ブロックポリマーが挙げられる。これらの高分子を構
成する繰り返し単位はそれぞれ置換基を有していても無
置換であってもよく、置換基を有している場合、主鎖と
の間で結合が共役していてもしていなくてもよい。

【００１９】本発明に係わる有機金属錯体は共役高分子
と混合されるものであって、したがって高分子との間に
化学結合を形成しているものではない。これらの有機金
属錯体を構成する金属原子に格別の制限はないが、好ま
しくは遷移金属原子であり、とくに好ましいものとして
はニッケル、銅、パラジウム、ジルコニウム、ルテニウ
ム、ロジウム、レニウム、オスミウム、インジウム、イ
リジウム、白金、金、銀を挙げることができる。また本
発明に係わる有機金属錯体はその構造中に複数の金属原
子を有する、いわゆる複核錯体であってもよく、その場
合には複数の金属原子が同じであっても異なっていても
よい。

【００２０】本発明に係わる有機金属錯体を構成する配
位子としては、金属原子に対する配位能をもつものであ
れば格別の制限はなく、配位子を構成する原子の非共有
原子対によって配位するものであっても、配位子のπ電
子によって配位する配位子であってもよい。また配位結
合のみならず共有結合性の高い結合が炭素−金属原子間
に存在する、いわゆるオルト金属錯体であってもよい。
好ましい配位子の例としてはピリジン、ピリミジン、キ
ノリン、イミダゾールなどの含窒素複素芳香族化合物、
エチレンジアミンやエチレンジアミン４酢酸（ＥＤＴ
Ａ）、１，８−ナフタレンジアミンなどのアミン系化合
物、クラウンエーテルやチアクラウン、アザクラウンな
どのクラウン環配位子、ポルフィリン類、フタロシアニ
ン類、シクロペンタジエン類が挙げられ、とくに好まし
くは配位部分の隣接位に芳香環や共役２重結合などのπ
電子系が結合した配位子、もしくは配位部分が他の原子
とともにπ電子系を構成している配位子である。金属原
子にシクロペンタジエン類が２分子配位した有機金属化
合物は一般にメタロセン類と呼ばれるが、本発明に関わ
るメタロセン類の中心金属として好ましい金属元素の例
には鉄、チタン、バナジウム、ニッケル、ジルコニウ
ム、ハフニウム、コバルト、ルテニウム、オスミウム、
マンガンなどが挙げられる。また本発明に係わる大環状
配位子の例としてはクラウンエーテル類、アザクラウン
類、チアクラウン類、ポルフィリン類、フタロシアニン
類、カリックスアレーン類、およびこれらの配位子の部
分構造が結合して形成された大環状構造が挙げられる
が、これら以外の構造であってもよい。好ましくはクラ
ウンエーテル類、チアクラウン類、ポルフィリン類、フ
タロシアニン類である。

【００２１】本発明に係わる有機金属錯体は、既知の合
成法によって容易に調製可能な化合物である。以下にそ
うした化合物の例を挙げるが、本発明に係わる有機金属
錯体がこれらに限定されるものではない。

【００２２】

【化１】

【００２３】

【化２】

【００２４】

【化３】

【００２５】本発明に係わる有機半導体材料は、溶媒と
して例えばテトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルエ
チルケトン、Ｎ−メチルピロリドン等の溶剤に溶解して
塗布することもできるし、さらに適切な添加剤を加えた
水性もしくは油性インクを調製してスクリーン印刷、イ
ンクジェット法などにより印刷を行うこともできる。さ
らには該有機半導体材料を塗布した基板と適切な光熱変
換材料を用いて、アブレーション法により電気素子を形
成したい基板に転写を行ってもよい。また、本発明に係
わる有機半導体材料を構成する共役高分子と有機金属錯
体を別個に溶液もしくはインクとして調製して、それら
を順次塗布、印刷もしくは転写してもよいし、インクジ
ェット法においては同時に別個の印刷ヘッドから共役高
分子を含むインクと有機金属錯体を含むインクを基板上
の同じ個所に向けて吐出することで、基板上にて共役高
分子と有機金属錯体を混合させることにより本発明に係
わる有機半導体材料を形成させてもよい。共役高分子と
有機金属錯体をあらかじめ混合することなく基板上にて
混合させる場合には、混合を進めるためにアニーリング
を行うことにより、例えば共役高分子と有機金属錯体の
インクを順次基板上へ吐出した後の乾燥時において２０
０℃を越えない温度で処理することで、混合を進ませて
導電性を向上させることが出来る。

【００２６】又、本発明に係わる有機半導体材料には、
ルイス酸（塩化鉄、塩化アルミニウム、臭化アンチモン
等）やハロゲン（ヨウ素や臭素など）、スルホン酸塩
（ポリスチレンスルホン酸のナトリウム塩（ＰＳＳ）、
ｐ−トルエンスルホン酸カリウム等）などをドープして
もよく、ドーピングにより導電性を調整することも出来
る。

【００２７】これらの方法によって得られる有機半導体
材料からなる有機薄膜は、各種導電性材料や薄膜の電界
効果トランジスタ、スイッチング素子等各種デバイスの
製造に有利に用いることができ、特にスイッチング素子
材料として用いると、良好にスイッチング駆動する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる有機半導体
材料を含有する有機薄膜を用いた電界効果トランジス
タ、スイッチング素子について具体的に説明する。

【００２９】図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係わる有
機半導体材料からなる有機薄膜を用いた電界効果トラン
ジスタの構成例を示す模式図である。

【００３０】図１（ａ）は、支持体６上にパターニング
形成されたソース及びドレイン電極（それぞれ２，３で
表す）及び、該ソース、ドレイン電極間に形成された有
機半導体層１、更に、該有機半導体層及びソース、ドレ
イン電極上に、ゲート絶縁層５を介してゲート電極４が
有機半導体層と対向するように付設された電界効果トラ
ンジスタの構成を示している。

【００３１】支持体６は後述する様にガラス、或いは、
例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフ
レキシブルな樹脂製シートで構成され、ゲート電極４
は、後述するが、白金、金、銀、ニッケル等の導電性材
料で、蒸着やスパッタリング等により上記を原料として
導電性薄膜を形成した後、公知のフォトリソグラフ法や
リフトオフ法を用いてパターニングしたり、又、導電性
微粒子分散液等を印刷法、又インクジェット法等により
印刷・パターニングするなどの方法で形成される。

【００３２】ゲート絶縁層５は、比誘電率の高い金属酸
化物皮膜、特に、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミ
ニウム等の皮膜を前記ゲート電極パターンの上に真空蒸
着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法
などのいわゆる気相堆積法といわれるドライプロセス
や、いわゆるゾルゲル法を用いるスピンコート法、ブレ
ードコート法、デイップコート法、ダイコート法などの
塗布或いは印刷、インクジェットなどにより形成され
る。連続的に処理可能で、均一な絶縁膜が形成可能なと
ころから大気圧プラズマ法により形成するのが特に好ま
しい。

【００３３】またゲート絶縁層に用いる絶縁膜として、
ポリイミド、ポリアミド等、又、光硬化性樹脂等の有機
化合物皮膜を用いることもできる。有機化合物皮膜の場
合には、塗布等のウェットプロセスでの形成が好まし
い。無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用す
ることができる。

【００３４】ソース、ドレイン電極の電極材料として
は、有機半導体層１との接触面において電気抵抗が少な
いもの、詳しくは後述するが、導電性ポリマーの溶液ま
たは分散液、或いは金属微粒子（例えば金、銀、銅、プ
ラチナなどの数ｎｍから数十μｍの粒子）の分散液やペ
ーストを用い、インクジェット法、スクリーン印刷法な
どのパターニング法で形成することができる。又、膜形
成した後、公知のフォトリソグラフ、リフトオフ法など
でパターニングしてもよい。

【００３５】有機半導体層１として、本発明において
は、前述した本発明の共役高分子と有機金属錯体の混合
物からなる有機半導体材料を用いるが、真空蒸着法、Ｃ
ＶＤ法、スパッタリング法等の気相堆積法やプラズマ重
合法、電解重合法、化学重合法、或いはスプレーコート
法、スピンコート法等の塗布法やＬＢ法等により形成さ
れる。ただし、この中で生産性の点で、溶液をもちいて
簡単かつ精密に有機半導体薄膜が形成できる塗布法が好
ましい。これら有機半導体薄膜の膜厚としては、特に制
限はないが、得られたトランジスタの特性が、有機半導
体からなる活性層の膜厚に大きく左右される場合が多
く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、本発明に
おいては１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲が、ソース電極、ドレ
イン電極間のチャネル長を充分短くでき、ＯＮ／ＯＦＦ
比の大きい薄膜トランジスタを得る上で好ましい。

【００３６】図１に電界効果トランジスタの幾つかの構
成例について模式図を示す。図１（ａ）は有機半導体層
（有機半導体チャネル）１がパターニングによりソー
ス、ドレイン電極（それぞれ２，３で表す）間に形成さ
れたものであるが、図１（ｂ）、（ｃ）は有機半導体層
１がソース、ドレイン電極が付設された支持体上に全面
に形成された形態を示している。有機半導体層上にゲー
ト絶縁層５を形成し、ゲート電極４が付設される。図１
（ｃ）は支持体６上に均一に有機半導体層１を形成した
後、これにソース、ドレイン電極を付設して、ゲート絶
縁層５、ゲート電極４を形成したものである。これらの
場合には有機半導体層をパターニングする必要がない。

【００３７】以上はトップゲート型の電界効果トランジ
スタの例を示したが、図１（ｄ）〜（ｆ）にボトムゲー
ト型の例を示す。図１（ｄ）の例では支持体６上にゲー
ト電極４を形成した後ゲート絶縁層５を、更にソース、
ドレイン電極（それぞれ２，３）、及び、ソース、ドレ
イン電極間に有機半導体層１をチャネルとしてパターニ
ング形成するものである。

【００３８】図１（ｅ）はそれぞれ有機半導体層１をゲ
ート絶縁層上に形成したソース、ドレイン電極（２，
３）のパターン上に、均一に形成したものであり、又、
（ｆ）は逆にゲート絶縁層５上に均一に有機半導体層１
を形成し、有機半導体層上に、ソース、ドレイン電極
（２，３）をパターニング形成するものである。いずれ
も有機半導体層のパターニングが必要がなく生産効率的
には良好である。

【００３９】次いで、本発明の有機薄膜トランジスタに
用いられる各構成材料について詳しく説明する。

【００４０】本発明の電界効果トランジスタに用いられ
る支持体は、ガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構
成され、例えばプラスチックフィルムをシートとして用
いることができる。前記プラスチックフィルムとして
は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポ
リエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスル
ホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレ
ート、ポリイミド、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルロ
ーストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテート
プロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げ
られる。このように、プラスチックフィルムを用いるこ
とで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図るこ
とができ、可搬性を高めることができるとともに、可撓
性を有し、衝撃に対する耐性を向上できる。

【００４１】更にこれらのプラスチックフィルムには、
トリオクチルホスフェートやジブチルフタレート等の可
塑剤を添加してもよく、ベンゾトリアゾール系やベンゾ
フェノン系等の公知の紫外線吸収剤を添加してもよい。
また、テトラエトキシシラン等の無機高分子の原料を添
加し、化学触媒や熱、光等のエネルギーを付与すること
により高分子量化する、いわゆる有機−無機ポリマーハ
イブリッド法を適用して作製した樹脂を原料として用い
ることもできる。

【００４２】本発明に係わる電界効果トランジスタ中
の、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極における電
極材料としては、導電性材料であれば特に限定されず、
白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチ
モン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、
レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲ
ルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・ア
ンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ド
ープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシー
カーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウ
ム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウ
ム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジ
ルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウ
ム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニ
ウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合
物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム
／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム
混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられる
が、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウ
ム、ＩＴＯおよび炭素が好ましい。

【００４３】あるいはドーピング等で導電率を向上させ
た公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、
導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチ
レンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯
体なども好適に用いられる。

【００４４】ソース電極、ドレイン電極は、上に挙げた
導電性材料の中でも半導体層との接触面において電気抵
抗が少ないものが好ましい。

【００４５】電極の形成方法としては、上記を原料とし
て蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電
性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を
用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属
箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形
成しエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの
溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液等を直接イン
クジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜
からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形
成してもよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を
含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、
スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も
用いることができる。

【００４６】有機半導体層との障壁を低減し接触抵抗を
下げるため、電極として特に好ましいのは、導電性ポリ
マーあるいは金や白金などの貴金属類である。貴金属を
用いた場合には、特開２０００−２３９８５３、特開２
００１−２５４１８５、特開平１１−０８０６４７号に
記載された金属の超微粒子分散物をインクジェットなど
で電極パターン状に形成した後、溶媒を乾燥させ、さら
に１００℃〜３００℃の範囲で熱処理することにより、
金属微粒子を熱融着させることで電極形成するのが好ま
しい。

【００４７】本発明においては、電界効果トランジスタ
の構成について説明しているが、これらを用いたＴＦＴ
シートの場合、ＴＦＴシート全体として構成したときの
信号線、走査線、表示電極の材料、形成方法などについ
ても上記と同様にして形成することができる。

【００４８】本発明において、ゲート絶縁層等に用いる
絶縁膜としては、種々の絶縁膜を用いることができる
が、特に、比誘電率の高い金属酸化物皮膜が好ましい。
金属酸化物としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ア
ルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸
化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジル
コニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸
鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チ
タン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン
酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタ
ル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビス
マス、ペントオキサイドタンタル、ジオキサイドチタ
ン、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。そ
れらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸
化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。

【００４９】金属酸化物皮膜の形成方法としては、真空
蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタ
ービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレ
ーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プ
ラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、
スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート
法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイ
コート法などの塗布による方法、印刷やインクジェット
などのパターニングによる方法などのウェットプロセス
が挙げられ、材料に応じて使用できる。ウェットプロセ
スは、金属酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは
水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて
分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例
えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆる
ゾルゲル法が用いられる。これらのうち好ましいのは、
大気圧プラズマ法とゾルゲル法である。

【００５０】大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁
膜の形成方法については以下にように説明される。

【００５１】上記大気圧下でのプラズマ製膜処理とは、
大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガス
をプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理を指
し、その方法については特開平１１−１３３２０５号、
特開２０００−１８５３６２号、特開平１１−６１４０
６号、特開２０００−１４７２０９号、同２０００−１
２１８０４号等に記載されている（以下、大気圧プラズ
マ法とも称する）。これによって高機能性の薄膜を、生
産効率の高い方法で形成することができる。

【００５２】また絶縁層に用いる有機化合物皮膜も用い
ることができ、これらの例としては、ポリイミド、ポリ
アミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル
重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはア
クリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフ
ェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、お
よびシアノエチルプルラン等がある。有機化合物皮膜の
形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。

【００５３】又、金属酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積
層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚
としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは、１０
０ｎｍ〜１μｍである。

【００５４】各層の組成物の塗布方法としては、ディッ
ピング、スピンコート、ナイフコート、バーコート、ブ
レードコート、スクイズコート、リバースロールコー
ト、グラビアロールコート、カーテンコート、スプレイ
コート、ダイコート等の公知の塗布方法を用いることが
出来、連続塗布または薄膜塗布が可能な塗布方法が好ま
しく用いられる。

【００５５】この様にして構成した薄膜電界効果トラン
ジスタはスイッチング素子として、液晶表示パネル等の
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）として用いることができ、
特に、有機電荷輸送性材料として、本発明に係わる有機
半導体材料を用いたとき、配向等の複雑なプロセスを必
要とせず有機半導体薄膜が得られ、又、その形成に高温
を必要とせず、ガラス基板等耐熱性の基板がいらないの
で、各種のプラスチックフィルム等の絶縁性支持体上に
有機半導体膜を形成することができ、これを用いたスイ
ッチング素子、薄膜トランジスタ等がフレキシブルな基
板上に形成でき、各種表示パネルに用いる各画素単位で
表示材料を駆動するための駆動素子となるＴＦＴをフレ
キシブルなものとできる。

【００５６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれにより限定されるものではない。

【００５７】実施例１ （有機半導体材料の作製例）特開平１−７９２１７号公
報の実施例６に開示されている方法を用いて、ポリ
（２，５−ジブチルオキシ−ｐ−フェニレンビニレン）
を合成した。ゲル泳動クロマトグラフィーによる測定に
基づいて数平均分子量を計算したところ、得られたポリ
マーの数平均分子量は４２，０００（ポリスチレン換
算）であった。

【００５８】得られたポリマー１０ｇをＮ−メチルピロ
リドンに溶解し、これをポリエチレンテレフタレートフ
ィルム上に、アプリケータ（厚み１２０μｍ）にて塗布
し自然乾燥してポリマー膜を形成してこれをサンプルＡ
とした。

【００５９】同じポリマー１０ｇに化合物例１の金属錯
体２ｇを加えたものをＮ−メチルピロリドンに溶解して
同様に膜を形成し、これをサンプルＢとした。

【００６０】サンプルＡおよびＢそれぞれを２モル／Ｌ
濃度の塩酸水溶液に２０℃で１２時間浸漬して、４０℃
にて真空乾燥した後、それぞれのサンプルの導電性を測
定したところ、サンプルＡを１００としたサンプルＢの
導電性の相対値は１７３であり、ポリ（２，５−ジブチ
ルオキシ−ｐ−フェニレンビニレン）と有機金属錯体化
合物例１の混合物はポリ（２，５−ジブチルオキシ−ｐ
−フェニレンビニレン）単体の膜に比べ導電性が向上し
ていることが確認できた。またサンプルＡおよびＢにつ
いて、塗布方向および塗布方向に直行する方向、塗布方
向と４５度の角度をなす方向について導電性をそれぞれ
測定したが、サンプルＡおよびＢいずれについても明確
な異方性は観測されなかった。

【００６１】実施例２ 図１（ｆ）に示されるような構成で有機電界効果トラン
ジスタを作製した。

【００６２】即ち、１５０μｍ厚のポリイミドフィルム
上に、２００Å（２０ｎｍ）のＡｕ薄膜を蒸着しフォト
リソ法によりそれぞれゲート電極４を形成した。

【００６３】さらに特開２０００−８０１８２に記載の
大気圧プラズマ放電処理装置を用い、反応性ガスとし
て、アルゴン（９８．２体積％）、テトラメトキシシラ
ン（０．３体積％）、水素ガス（１．５体積％）からな
る混合ガスを用いて、ゲート電極を形成したポリイミド
フィルム上に厚さ５００ｎｍの酸化珪素膜を形成しゲー
ト絶縁層５とした。

【００６４】次いで、作製したゲートを構成する金電極
及び酸化珪素膜を有するポリイミドフィルム上に、実施
例１で用いたポリ（２，５−ジブチルオキシ−ｐ−フェ
ニレンビニレン）ポリマー１０ｇに化合物例１の金属錯
体２ｇを加えたものをＮ−メチルピロリドンに溶解して
塗布し自然乾燥してポリマー膜を形成して有機半導体層
１とした。その後、更に図１（ｆ）に示すようにＢａｙ
ｔｒｏｎ（バイエル製）を用いて有機半導体層１の端部
に導電性ポリマーからなるソース、ドレイン電極（２，
３）をそれぞれ形成した。

【００６５】そのままでは、ソース、ドレイン電極間に
電位をかけても電流は観察されなかったが、ソース、ゲ
ート間に電位を印加することで電流の大幅な増加が観察
され、エンハンスメント形の電界効果トランジスタとし
ての、基本的なスイッチング動作が観察された。

【００６６】

【発明の効果】新規な有機半導体材料が得られ、該有機
半導体材料の薄膜を用いた、スイッチング素子として優
れた特性を有する電界効果トランジスタが構成出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】電界効果トランジスタの幾つかの構成例につい
て示した模式図である。

【符号の説明】

１ 有機半導体層 ２ ソース電極 ３ ドレイン電極 ４ ゲート電極 ５ ゲート絶縁層 ６ 支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 BM001 CE001 CP011 EZ006 GQ02 5F110 AA01 AA16 BB01 CC01 CC03 CC05 CC07 DD01 DD02 EE01 EE02 EE03 EE04 EE06 EE07 EE08 EE41 EE43 EE44 FF01 FF02 FF03 FF09 FF21 FF27 FF28 FF29 FF30 GG05 GG25 GG41 GG42 GG43 GG44 HK01 HK02 HK03 HK04 HK06 HK07 HK10 HK31 HK32 HK33 QQ06 QQ14

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共役高分子と有機金属錯体の混合物であ
   ることを特徴とする有機半導体材料。
2. 【請求項２】 有機金属錯体が遷移金属原子と有機化合
   物配位子によって形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の有機半導体材料。
3. 【請求項３】 共役高分子とメタロセン類の混合物であ
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の有機半導
   体材料。
4. 【請求項４】 有機金属錯体を形成する有機化合物配位
   子が８員環以上の大環状多座配位子であることを特徴と
   する請求項１又は２に記載の有機半導体材料。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の有
   機半導体材料を含んでなることを特徴とする有機トラン
   ジスタ。
6. 【請求項６】 有機電荷輸送性材料と、該有機電荷輸送
   性材料に直接或いは間接に接するゲート電極から構成さ
   れ、該ゲート電極及び有機電荷輸送性材料間に電界を印
   加することで、有機電荷輸送性材料中の電流を制御する
   電界効果トランジスタにおいて、該有機電荷輸送性材料
   が請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機半導体材料
   であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の電界効果トランジスタ
   を用いたことを特徴とするスイッチング素子。