JP2005142526A - 大きな有機半導体結晶を有するデバイスおよび該デバイスを作製する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置を含んだデバイス、半導体装置を作製する方法、およびデバイスを作製する方法を提供する。
【解決手段】表面を含んだ誘電体層であって、前記表面の一部が露出した芳香族基を有する誘電体層と；前記表面の前記部分上に重なり、接触している有機半導体組成物を含んだ多結晶半導体層であって、前記有機半導体組成物が鎖状部分を含んだ化合物を含み、鎖状部分が共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状部分の両端にアルキル連鎖を含む多結晶半導体層とを含んだ半導体装置。
【選択図】図３

Description

米国政府は、本発明の支払済みのライセンス、および米国標準技術局により交付された、先端技術プログラム協力協定（Advanced Technology Program Cooperative Agreement）第７０ＮＡＮＢ２Ｈ３０３２の条件により規定された適切な条件に基づき、他者に認可することを本特許権者に要求する有限の状況における権利を有する。

本発明は有機半導体結晶を含んだデバイス、こうした結晶を含んだデバイスを備えた回路、およびそれらを作製する方法に関する。

有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、プラスチック回路構成のかぎとなる要素となることが期待される。ＴＦＴは同様に、シリコン回路構成などのその他のシステムへの適用性を有する。ＴＦＴを商業的に使用する場合の最も重要な挑戦の１つは、有機半導体の基板上への効果的な付着を、好ましくはシリコンをベースとする技術と比較して安価な方法で容易にすることである。適した電気的特性を示すためには、有機半導体は、規則正しい多結晶領域内で比較的大きな単一結晶を含んだ薄い均一な膜として付着されることが好ましく、それは困難な仕事である。たとえば、Ｃ．Ｃａｉ等、「Self Assembly in Ultrahigh Vacuum:Growth of Organic Thin Film with a Stable In-Plane Directional Order」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２０巻、８５６３頁（１９９８）を参照されたい。

有機半導体膜に必要な均一性および規則性を達成する単純な製造技法を開発するために多くの努力がなされてきた。たとえば、いくつかのグループは、チオフェン・オリゴマー膜のソリューション・キャスティングの実験を行い、その際基本的には有機半導体の溶液を基板上に滴下し、加熱により溶媒を蒸発させる。しかし、これらのキャスティング方法では、こうしたオリゴマーのチオフェン溶質により、通常比較的劣る均一性および被覆率がもたらされた。さらに重要なことには、結晶サイズが通常小さく、得られた移動度はたとえ小さな面積にわたってでも、気相技法によって形成された膜に比較してしばしばし許容できないほど低くまたは不均一であった。たとえば、Ａ．ＳｔａｂｅｌおよびＪ．Ｐ．Ｒａｂｅ、「Scanning tunneling microscopy of alkylated oligothiophenes at interfaces with graphite」、Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ、６７巻、４７頁、（１９９４）；Ｈ．Ｅ．Ｋａｔｚ等、「Synthesis,Solubility,and Field-Effect Mobility of Elongated and Oxa-substituted α,ω-Dialkyl Thiophene Oligomers.Extention of 「Polar Intermediate」Synthetic Strategy and Solution Deposition on Transistor Substrates」、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、１０巻、Ｎｏ．２、６３３〜６３８頁（１９９８）；Ｈ．Ａｋｉｍｉｃｈｉ等、「Field-effect transistors using alkyl substituted oligothiophenes」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、５８巻、Ｎｏ．１４、１５００頁（１９９１）；Ｍ．Ｍｕｓｈｒｕｓｈ等、「Easily Processable Phenylene-Thiophene-Based Organic Field-Effect Transistors and Solution-Fabricated Nonvolatile Transistor Memory Elements」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２５巻、９４１４〜９４２３頁（２００３）；およびＨｏｎｇ，Ｘ．Ｍ．等、「Thiophene-Phenylene and Thiophene-Thiazole Oligomeric Semiconductors with High Field-Effect Transistor On/Off Ratios」、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１３、４６８６〜４６９１頁（２００１）を参照されたい。

２００２年６月１１日に出願され、「Process For Fabricating Organic Semiconductor Device Involving Selective Patterning」という題のＫａｔｚの米国特許第６，４０３，３９７号に開示された、有機半導体膜を使用してデバイスを形成する１つの方法には、有機半導体または有機半導体溶液に対して、より大きな親和力およびより小さな親和力の領域を選択的に提供するために表面処理することが含まれる。有機半導体または半導体を含んだ溶液が処理された表面に付着する場合、有機半導体または有機半導体溶液のいずれかは、より小さい親和力の領域からディウェッティングされるか、または選択的除去が容易に行われるように、得られた膜は親和力がより小さい領域には弱くしか付着されない。たとえこうした除去が行われなくとも、より大きな親和力の領域に重なる有機半導体膜は、膜の他の部分に比べてより高い導電率およびより良好な膜の連続性を示す。有機半導体膜を利用してデバイスを形成する他の方法が、それぞれ２００１年７月２４日と２００３年４月２２日に出願され、共に「Process for Fabricating Organic Circuits」という題の、Ｋａｔｚ他の米国特許第６，２６５，２４３号および米国特許第６，５５１，７１７号に開示されている。

Ｃ．Ｃａｉ等、「Self Assembly in Ultrahigh Vacuum：Growth of Organic Thin Film with a Stable In-Plane Directional Order」、J.Am.Chem.Soc.、１２０巻、８５６３頁（１９９８） Ａ．ＳｔａｂｅｌおよびＪ．Ｐ．Ｒａｂｅ、「Scanning tunneling microscopy of alkylated oligothiophenes at interfaces with graphit」、Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ、６７巻、４７頁、（１９９４） Ｋａｔｚ，Ｈ．Ｅ．等、「Synthesis,Solubility,and Field-effect Mobility of Elongated and Oxa-substituted α,ω-Dialkyl Thiophene Oligomers.Extension of「Polar Intermediate」Synthetic Strategy and Solution Deposition on Transistor Substrates」、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１０巻、６３３〜６３８頁（１９９８） Ｈ．Ａｋｉｍｉｃｈｉ等、「Field-effect transistors using alkyl substituted oligothiophenes」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、５８巻、Ｎｏ．１４、１５００頁（１９９１） Ｍ．Ｍｕｓｈｒｕｓｈ等、「Easily Processable Phenylene-Thiophene-Based Organic Field-Effect Transistors and Solution-Fabricated Nonvolatile Transistor Memory Elements」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２５巻、９４１４〜９４２３頁（２００３） Ｈｏｎｇ，Ｘ．Ｍ．等、「Thiophene-Phenylene and Thiophene-Thiazole Oligomeric Semiconductors with High Field- Effect Transistor On/Off Ratios」、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１３、４６８６〜４６９１頁（２００１） ２００２年６月１１日に出願され、「Process For Fabricating Organic Semiconductor Device Involving Selective Patterning」という題のＫａｔｚの米国特許第６，４０３，３９７号 「Process for Fabricating Organic Circuits」という題の、Ｋａｔｚ他の米国特許第６，２６５，２４３号 「Process for Fabricating Organic Circuits」という題の、Ｋａｔｚ他の米国特許第６，５５１，７１７号 Ｌｉ，Ｗ．等、「Field-effect Transistors Based on Thiophene Hexamer Analogues with Diminished Electron Donor Strength」、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１１巻、４５８〜４６５頁（１９９９） Ｅｃｈａｖａｒｒｅｎ，Ａ．Ｍ．およびＳｔｉｌｌｅ，Ｊ．Ｋ．、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１０９、５４７８〜５４８６（１９８７）

より大きくかつより規則正しい多結晶半導体領域を形態し、したがって高いチャネル移動度を有する有機半導体を含んだ半導体デバイスの必要性が残されている。さらにこうした半導体デバイスを作製する方法が必要である。

本発明は、共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状化合物の端（複数）にアルキル鎖を含んだ鎖状化合物を含む有機半導体組成物を含んだ装置を提供する。半導体組成物は、半導体組成物中の結晶成長を助長させる芳香族誘電体層と接触している。本発明はさらに、こうした半導体装置を作製する方法を提供する。例示的な実施形態では、半導体化合物を適切な液体溶媒により溶解して溶液とし、溶媒蒸気の存在下で、溶液相から誘電体層上に結晶化させる。

一実施形態では、表面を含んだ誘電体層であって、前記表面の一部が露出した芳香族基を有する誘電体層と；前記表面の前記部分上に重なり、接触している有機半導体組成物を含んだ多結晶半導体層であって、前記有機半導体組成物が鎖状部分を含んだ化合物を含み、鎖状部分が共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状部分の両端にアルキル連鎖を含む多結晶半導体層とを含んだ半導体装置を提供する。他の実施形態では、さらにゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を含み、前記ソース電極およびドレイン電極が前記半導体層のチャネル部分と接触しており、前記ゲート電極が前記チャネル部分の導電率を制御するように配置されている、こうした半導体装置を提供する。

他の実施形態では、表面を含んだ誘電体層であって、前記表面の一部が露出した芳香族基を有する誘電体層を提供する工程と；前記表面の前記部分上に重なり、接触している有機半導体組成物を含んだ多結晶半導体層であって、前記有機半導体組成物が鎖状部分を含んだ化合物を含み、鎖状部分が共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状部分の両端にアルキル連鎖を含む多結晶半導体層を提供する工程とを含んだ半導体装置を作製する方法を提供する。他の実施形態では、多結晶半導体層を提供する工程が、前記有機半導体組成物の溶媒中の溶液を提供する工程と；前記有機半導体組成物に溶媒蒸気を含んだ雰囲気を提供する工程と；前記雰囲気の存在下で前記溶液を前記誘電体層に塗布する工程と；前記塗布した溶液から前記溶媒を蒸発させる工程とを含む。

他の実施形態では、こうした半導体装置を含んだ集積回路、およびこうした集積回路を
作製する方法を提供する。

以下の詳細な説明および付随する図面から、本発明、ならびに本発明の他の特徴および利点をより完全に理解することが明らかとなろう。

本明細書の図面は、尺度となるものではなく、単に概略の表示であり、したがって様々な諸実施形態の特定の一面を描くことを意図するものではない。

以下に諸実施形態を、添付の図面および説明を参照してさらに十分に記述する。しかし、本発明は様々な形態で具体化してもよく、本明細書に述べた実施形態に限定されるものと解釈するべきでない。

本発明は、共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状化合物の端（複数）にアルキル鎖を含んだ鎖状化合物を含んだ有機半導体組成物を含んだ装置を提供する。半導体組成物は、半導体組成物中の結晶成長を助長させる芳香族誘電体層と接触している。本発明はまた、こうした半導体装置を作製する方法を提供する。例示的な実施形態では、半導体組成物を適切な液体溶媒により溶液中に溶解し、溶媒の蒸気の存在下で溶液層から誘電体層上に結晶化させる。

図１は薄膜トランジスタ１００の例示的な実施形態を示す。薄膜トランジスタ１００は、支持基板１１０、ゲート電極１２０、誘電体層１３０、半導体層１４０、ソース電極１５０、およびドレイン電極１６０を備える。ゲート電極１２０は、実質上平面な材料であり、その１つの面は実質上平面の支持基板１１０により支持され、かつそれに隣接している。誘電体層１３０は、実質上平面の材料であり、その１つの面はゲート電極１２０の他方の面により支持され、かつそれに隣接している。半導体層１４０は、半導体組成物から形成された実質上平面な材料であり、その１つの面は誘電体層１３０の他方の面により支持され、かつそれに隣接している。ソース電極１５０およびドレイン電極１６０は、離間した関係で半導体層１４０の他方の面により支持され、かつそれに隣接している。例示的な薄膜トランジスタ１００の操作では、ゲート電極１２０に印加された電圧を、ソース電極１５０およびドレイン電極１６０の間の電荷キャリアの流れを制御することに使用することができる。電荷キャリアは、ソース電極１５０およびドレイン電極１６０の間で半導体層１４０中を移動する。ゲート電極１２０、ソース電極１５０、およびドレイン電極１６０は、たとえば集積回路などの外部の回路中、図示していないが、に接続し得る。

図２は薄膜トランジスタ２００の別の例示的な実施形態を示す。薄膜トランジスタ２００は、支持基板２１０、ゲート電極２２０、誘電体層２３０、ソース電極２４０、ドレイン電極２５０，および半導体層２６０を備えている。ゲート電極２２０は、実質上平面な材料であり、実質上平面な支持基板２１０の１つの面により支持され、かつそれに隣接している。誘電体層２３０は、実質上平面な材料であり、ゲート電極２２０の他方の面により支持され、かつそれに隣接している。半導体層２６０は、半導体組成物から形成された実質上平面な材料であり、誘電体層２３０の他方の面により支持され、かつそれに隣接している。ソース電極２４０およびドレイン電極２５０は、誘電体層２３０により離間した関係で支持され、誘電体層２３０と半導体層２６０の非チャネル部分の間に挿入されている。例示的な薄膜トランジスタ２００の操作では、ゲート電極２２０に印加された電圧を、ソース電極２４０およびドレイン電極２５０の間の電荷キャリアの流れを制御することに使用することができる。電荷キャリアは、ソース電極２４０およびドレイン電極２５０の間で半導体層２６０のチャネル部分の中を移動する。ゲート電極２２０、ソース電極２４０、およびドレイン電極２５０は、たとえば集積回路などの外部の回路中、図示していないが、に接続し得る。

半導体組成物は、共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状化合物の端（複数）にアルキル鎖を含んだ鎖状部分を含んだ半導体化合物を含んでいる。共役チオフェン基およびフェニル基は、縮合および／または橋かけ結合されていてもよい。チオフェン基およびフェニル基は、非置換か、あるいはアルキルまたはヘテロ置換基を含んでもよい。半導体化合物は単量体、またはオリゴマーまたは重合体の一部を形成してもよい。こうしたオリゴマーまたは重合体の場合は、半導体化合物が適切な溶媒中に可溶になるように、望ましくは共役が十分に防止されている。一実施形態では、約３〜約１０個の共役芳香族環を含んだこうした半導体化合物が提供される。こうした共役構造中のそれぞれの縮合環は、もしあれば、１つのこうした環として数える。平均して３個未満の共役芳香族環を有する半導体化合物分子は、電荷キャリア移動度が不十分な結果がもたらされ得る。他の実施形態では、こうした半導体化合物分子は約３〜約６個の共役芳香族環を含む。他の実施形態では、こうした半導体化合物分子は、その他の芳香族環で共役された少なくとも２個のチオフェン環を含む。他の実施形態では、こうした半導体化合物分子は、溶液から半導体が突然沈殿することを回避するために、５個以下の共役チオフェン環を含む。他の実施形態では、アルキル鎖は約３〜約１２個の間の炭素原子を含み得る。他の実施形態では、アルキル鎖は約６〜約８個の間の炭素原子を含み得る。アルキル鎖は、半導体層の形成中に半導体化合物分子の格子配列を向上させ得る。望ましくはアルキル鎖は飽和であるが、不飽和を含むこともできる。アルキル基は非分岐か、またはたとえばメチルまたはエチル分枝などの小さな分枝を含み得る。アルキル基は、アルキル鎖中に酸素、窒素および／または硫黄結合を含むことができる。アルキル基はさらに、たとえばハロゲンなどのヘテロ置換基を含むことができる。

半導体化合物の上記のクラス内で適した化合物の１つは、たとえば、５，５’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２，２’−ビチオフェンである。この化合物は６ＰＴＴＰ６と呼ぶことができ、ただし６は１−ヘキシル基を表わし、Ｐは１，４−フェニレン結合を表わし、Ｔは２，５−チエニレン結合を表わす。半導体化合物の上記のクラス内の他の適した化合物は、たとえば５，５’’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２，２’：５’，２’’−テル（ｔｅｒ）チオフェン（６ＰＴＴＴＰ６）である。半導体化合物の上記のクラス内でさらに適した化合物は、たとえば５，５’’’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−クアテル（ｑｕａｔｅｒ）チオフェン（６ＰＴＴＴＴＰ６）である。半導体化合物の上記のクラス内でさらに適した化合物は、たとえば１，４−ビス［５−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２−チエニル］ベンゼン（６ＰＴＰＴＰ６）である。半導体化合物の上記のクラス内で他の適した化合物は、たとえば２，５−ビス［４（４’−ｎ−ヘキシルフェニル）フェニル］チオフェン（６ＰＰＴＰＰ６）である。半導体化合物の上記のクラス内でさらに適した化合物は、たとえば、５，５’’’−ビス（４−ｎ−ヘキシル）２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−クアテルチオフェン（６ＴＴＴＴ６）である。半導体化合物の上記のクラス内で他の適した化合物は、たとえば、５，５’’’’−ビス（４−ｎ−ヘキシル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’：５’’’，２’’’’−ペンタチオフェン（６ＴＴＴＴＴ６）である。半導体化合物の上記のクラス内で他の適した化合物は、たとえば、１，４−ビス［（５−ｎ−ヘキシル）−２，２’−ビチエニル］ベンゼン（６ＴＴＰＴＴ６）である。半導体化合物の上記のクラス内でさらに適した化合物は、たとえば、２，６−ビス（５−ヘキシルチエン−２−イル）ナフタレンである。この化合物は６ＴＮＴ６で表わされ、ただしＮはナフタレン−２，６−ジイル部分を表わす。

誘電体層１３０および２３０は、半導体層１４０および２６０との適合性を与えるために、芳香族基を含んだ有機組成物から形成される。こうした有機組成物を作製するために使用される化合物中に含まれるべき適した芳香族基としては、たとえば、ナフタレン類、ベンゼン類、およびフェノール類がある。誘電体層１３０および２３０は、たとえばポリフェノール、ポリスチレン、ポリ（４−ビニルフェノール−ｃｏ−メタクリル酸２−ヒドロキシエチル）、またはポリ（メタクリル酸フェノキシエチル）を含んでもよい。ポリ（４−ビニルフェノール−ｃｏ−メタクリル酸２−ヒドロキシエチル）重合体は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、米国ミズーリ州セントルイスから、カタログ番号４７，４５８−４で市販されている。一実施形態では、以下に論じる半導体層の形成中に、溶液中の半導体により誘電体層のぬれが助長されるように、誘電体層は少なくともクロロベンゼンの分極性を有する。物質の分極性はその屈折率に比例する。クロロベンゼンの屈折率は約１．５２である。それゆえ、少なくとも約１．５２の屈折率を有する芳香族化合物が望ましく使用することができる。ｍ−クレゾールおよびメチルナフタレンの屈折率は、たとえばそれぞれ１．５４および１．６１である。望ましくは、半導体溶液のぬれおよび半導体層の接着を高めるために、誘電体層の表面張力は少なくともポリスチレン膜の表面張力とほぼ等価である。さらに望ましくは、誘電体層は、たとえば製造されたデバイスにおいて劣ったオン／オフ比をもたらす可能性のあるドーパントを含まない。

支持基板１１０および２１０は、二酸化ケイ素コーテングを有するシリコン・ウェハなどの適した誘電体材料から作製することができる。シリコン・ウェハは、トランジスタ１００および２００の構造上の支持体を提供する。代替実施形態では、適した支持基板はＭｙｌａｒ（登録商標）ポリエステルが使用されるなど他の材料からなるか、あるいは省略されて、対応するゲート電極１２０および２２０が自己支持型にされるか、さもなければトランジスタ１００および２００の操作では電気的に絶縁される。

ゲート電極１２０および２２０、ソース電極１５０および２４０、およびドレイン電極１６０および２５０は、たとえば、金属、高濃度にドーピングされた半導体、導電性セラミック、または導電性重合体などの導電性材料から製造することができる。適した金属としては、たとえばアルミニウム、金、銀、ガリウム、インジウム、白金、ニッケル、チタン、銅、および合金がある。たとえば電気メッキされ、蒸着され、キャスティングされ、無電解で析出されまたはスパッタされ得る任意の金属が使用できる。導電性セラミックスとしては、たとえば酸化インジウムスズがある。導電性重合体としては、たとえば、ポリアニリンおよびポリ（エチレンジオキシチオフェン）があり、後者はまた「ＰＥＤＯＴ」として知られている。

図１および図２は、上記に述べたように例示的で非限定的な諸実施形態に関する。たとえば、図１および図２に示された実施形態は、各々１個の薄膜トランジスタを示す。他の実施形態では、任意の所望の数の薄膜トランジスタを含むことができる。たとえば、薄膜トランジスタを集積回路中に組み込むことができる。薄膜トランジスタに対するその他の適切な設計も使用することができる。さらに、上記の諸実施形態では薄膜トランジスタに関連して述べてきたが、この教示はさらに誘電体層上に支持された有機半導体を必要とする、薄膜トランジスタ以外のデバイスにさらに拡張され得ることを理解されたい。たとえば、類似の方法でダイオードを作製することができる。製造することができるその他の例示的な半導体電子デバイスとしては、発光デバイス、光検出デバイス、光電池、光導電セル、光耐性セル、フォト・ダイオード、フォト・スイッチがある。

一実施形態では、適した半導体化合物が合成される。すべての合成手順は、通常のシュレンク管路技法を用いて窒素雰囲気下で実施される。試薬５，５’−ビス（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−２，２’−ビチオフェン、２，５−ビス（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−チオフェン、および５，５’−ジブロモ−２，２’−ビチオフェンを知られている手順に従って調製する。トリブチルスタンニル誘導体を調製する通常の手順は、化合物２−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−５−（４’−ｎ−ヘキシルフェニル）チオフェンおよび１−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−４−ｎ−ヘキシルベンゼンに対し、わずかな改変を使用する。試薬１，４−ビス（２−チエニル）ベンゼンは、２−臭化チエニルマグネシウムと１，４−ジヨードベンゼンとのグリニャール・カップリングにより調製される。あるいは、１，４−ビス（２−チエニル）ベンゼンは、塩化２−チエニル亜鉛と１，４−ジブロモベンゼンとの遷移金属を触媒とするカップリングにより合成することができる。知られている手順に従って、試薬１，４−ビス（５−ブロモ−２−チエニル）ベンゼンは、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）中で１，４−ビス（２−チエニル）ベンゼンをＮ−ブロモスクシンイミドでブロム化することにより合成され、また２，５−ビス（４−ブロモフェニル）−チオフェンは、２，５−ジブロモチオフェンと４−ブロモフェニルボロン酸とのＰｄ（０）を触媒とするカップリングにより合成される。その他の化学薬品および溶媒は商業的な供給源から入手する。背景情報のための、すべてが参照により本明細書に組み込まれている以下の参照文献を参照されたい。Ｍ．Ｍｕｓｈｒｕｓｈ等、「Easily Processable Phenylene-Thiophene-Based Organic Field-Effect Transistors and Solution-Fabricated Nonvolatile Transistor Memory Elements」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２５巻、９４１４〜９４２３頁（２００３）；Ｋａｔｚ，Ｈ．Ｅ．等、「Synthesis,Solubility,and Field-effect Mobility of Elongated and Oxa-substituted α,ω-Dialkyl Thiophene Oligomers.Extension of「Polar Intermediate」Synthetic Strategy and Solution Deposition on Transistor Substrates」、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１０巻、６３３〜６３８頁（１９９８）；Ｌｉ，Ｗ．等、「Field-effect Transistors Based on Thiophene Hexamer Analogues with Diminished Electron Donor Strength」、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１１巻、４５８〜４６５頁（１９９９）；およびＨｏｎｇ，Ｘ．Ｍ．等、「Thiophene-Phenylene and Thiophene-Thiazole Oligomeric Semiconductors with High Field-Effect Transistor On/Off Ratios」、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１３、４６８６〜４６９１頁（２００１）。

２−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−５−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）チオフェンおよび１−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−４−ｎ−ヘキシルベンゼンの調製を以下に検討する。−７８℃の浴中の５−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）チオフェン［１．５２グラム（ｇ）、６．２２ｍｍｏｌ（ｍｍｏｌ）］の無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）［３０ミリリットル（ｍＬ）］溶液に、ｎ−ブチルリチウム（ｎ−ＢｕＬｉ）（３．９ｍＬ、６．２ｍｍｏｌ）のヘキサン溶液を徐々に加える。この温度で１時間（ｈ）の攪拌後、塩化トリ−ｎ−ブチルスズ（２．０ｇ、６．２ｍｍｏｌ）を加え、反応混合物を室温に徐々に温め一晩攪拌する。次いでヘキサン（５０ｍＬ）を加える。反応混合物を５％ＮａＨＣＯ_３（２０ｍＬ）および水（２×２０ｍＬ）で洗浄し、ＭｇＳＯ_４で乾燥し、ろ過し、真空で濃縮して、透明な淡黄色液体（９７％）３．２ｇを得る。１−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−４−ｎ−ヘキシルベンゼンに対して同様の手順に従い、こうして合成した２個の化合物は、後の反応に粗製材料として使用する。

２−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）チオフェンの調製を以下に検討する。無水ＤＭＦ（９０ｍＬ）中の、４−ブロモ−ｎ−ヘキシルベンゼン（５．６８ｇ、２３．５ｍｍｏｌ）と、２−トリ−ｎ−ブチルスタンイルチオフェン（８．８４ｇ、２３．７ｍｍｏｌ）と、テトラキス（トリフェニルホスフィン）−パラジウム（０）（０．４ｇ、０．４ｍｍｏｌ）との混合物を９０℃で一晩窒素下で加熱する。反応物を室温冷却した後、水（２５０ｍＬ）およびヘキサン（１００ｍＬ）を加える。有機層を分離し、水性層をヘキサン（２×１００ｍＬ）で抽出する。有機層を混ぜ合わせ、水（２×１００ｍＬ）で洗浄し、ＭｇＳＯ_４で乾燥し、ろ過し、真空中で濃縮して透明な橙色液体を得る。シリカゲル（ヘキサン）のカラム・クロマトグラフィーで精製後、透明の無色液体として２−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）チオフェンを得る。

５，５’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２，２’−ビチオフェン（６ＰＴＴＰ６）の調製を以下に検討する。ＤＭＦ（３５ｍＬ）中の４−ブロモ−ｎ−ヘキシルベンゼン（１．２１ｇ、５．０２ｍｍｏｌ）と、５，５’−ビス（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−２，２’−ジチオフェン（１．６９ｇ、２．２７ｍｍｏｌ）と、Ｐｄ（ＰＰｈ_３）_４（０．０７ｇ、０．０６ｍｍｏｌ）との混合物を８０℃で一晩窒素下で加熱する。次いで暗黄色の沈殿を収集し、メタノール、ジエチルエーテル、およびヘキサンで数回洗浄し、減圧下で乾燥する（０．７５ｇ、６８％）。粗生成物をトルエン／ヘキサンから再結晶させて、分析的に純粋な黄橙色固体を得る。

５，５’’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン（６ＰＴＴＴＰ６）の調製を以下に検討する。ＤＭＦ（１５ｍＬ）中の２，５−ジブロモチオフェン（０．３９ｇ、１．６ｍｍｏｌ）と、２−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−５−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）チオフェン（３．９７ｍｍｏｌ）と、Ｐｄ（ＰＰｈ_３）_４（０．０７ｇ、０．０６ｍｍｏｌ）との混合物を９０℃で一晩窒素下で加熱する。次いで沈殿を収集し、メタノール、アセトン、ジエチルエーテル、およびヘキサンで数回洗浄し、減圧下で乾燥する（０．７０ｇ、７６％）。次いで粗生成物をトルエン／１，１，２−トリクロロエタンから再結晶させて、分析的に純粋な淡橙色固体を得る。

５，５’’’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−クアテルチオフェン（６ＰＴＴＴＴＰ６）の調製を以下に検討する。ＤＭＦ（３０ｍＬ）中の２−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−５−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）チオフェン（４．４９ｍｍｏｌ）と、５，５’−ジブロモ−２，２’−ビチオフェン（０．５８ｇ、１．７９ｍｍｏｌ）と、Ｐｄ（ＰＰｈ_３）_４（０．０８ｇ，０．０７ｍｍｏｌ）との混合物を９０℃で一晩窒素下で加熱する。次いで沈殿を収集し、メタノール、ジエチルエーテル、およびヘキサンで数回洗浄し、減圧下で乾燥する（０．８７ｇ、７５％）。次いで粗生成物をトルエン／１，１，２−トリクロロエタンから再結晶させて、分析的に純粋な暗橙色固体を得る。

１，４−ビス［５−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２−チエニル］ベンゼン（６ＰＴＰＴＰ６）の調製を以下に検討する。無水ＤＭＦ（２０ｍＬ）中の１−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−４−ｎ−ヘキシルベンゼン（２．６ｍｍｏｌ）と、１，４−ビス（５−ブロモ−２−チエニル）ベンゼン（０．４０ｇ、１．０ｍｍｏｌ）と、Ｐｄ（ＰＰｈ_３）_４（０．０６ｇ、０．０５ｍｍｏｌ）との混合物を９０℃で一晩窒素下で加熱する。次いで沈殿を収集し、メタノール、エーテル、およびヘキサンで数回洗浄して、黄褐色固体（０．４６ｇ、８２％）を得て、次いでこれをトルエン／１，１，２−トリクロロエタンから再結晶させる。

２，５−ビス［４（４’−ｎ−ヘキシルフェニル）フェニル］チオフェン（６ＰＰＴＰＰ６）の調製を以下に検討する。無水ＤＭＦ（３５ｍＬ）中の１−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−４−ｎ−ヘキシルベンゼン（５．１ｍｍｏｌ）と、２，５−ビス（４−ブロモフェニル）チオフェン（０．８０ｇ、２．０３ｍｍｏｌ）と、Ｐｄ（ＰＰｈ_３）_４（０．１ｇ、０．０８ｍｍｏｌ）との混合物を９０℃で一晩窒素下で加熱する。反応混合物を冷却した後、ろ過し、沈殿をメタノール、エーテル、およびヘキサンで洗浄して、黄褐色の固体（０．６９ｇ、６９％）を得て、それをトルエン／１，１，２−トリクロロエタンから再結晶させる。

２，６−ビス（５−ヘキシルチエン−２−イル）ナフタレン（６ＴＮＴ６）の調製を以下に検討する。この化合物は、２，６−ジヒドロキシナフタレンおよび２−トリブチルスタンニル−５−ヘキシルチオフェンを用いて合成することができる。化合物２−トリブチルスタニル−５−ヘキシルチオフェンは、市販されている２−ヘキシルチオフェンにより出発し、引き続きそれを１０％テトラヒドロフラン溶液としてブチルリチウムで−７０℃で１時間、次いで塩化トリブチルスタニルで−７０℃から室温で一晩処理することにより調製することができる。次いで得られた２−トリブチルスタニル−５−ヘキシルチオフェン溶液をヘキサンで希釈し、水性重炭酸ナトリウムで洗浄する。次いで回転蒸発によりヘキサンを除去する。Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社から市販されている化合物２，６−ジヒドロキシナフタレンを、対応するジトリフラートに変換する。ジトリフラートへの変換、および６ＴＮＴ６を形成する、ジトリフラートと２−トリブチルスタニル−５−ヘキシルチオフェンとのカップリングを、Ｅｃｈａｖａｒｒｅｎ，Ａ．Ｍ．およびＳｔｉｌｌｅ，Ｊ．Ｋ．、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１０９、５４７８〜５４８６（１９８７）中に同様の官能化された化合物に対して記載された通りに実施した。この全体は参照により本明細書に組み込まれている。

５，５’’’−ビス（４−ｎ−ヘキシル）−２，２’：５，２’’：５’’，２’’’−クアテルチオフェン（６ＴＴＴＴ６）の調製を以下に検討する。ビチオフェン６．２ｇと、ヘキサン酸無水物８．０ｇと、三フッ化ホウ素エテラート０．４ｇとの混合物を約１００℃に加熱して冷却させる。得られた混合物をトルエン中に溶解し、水性重炭酸ナトリウムで洗浄し（放置して二酸化炭素ガスを排気させる）、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過し、回転蒸発器で濃縮し、シリカゲル１６０グラムでヘキサン／塩化メチレン混合物で溶離するクロマトグラフィーにかける。生成物５’−ヘキサノイルビチオフェンが単離される。５’−ヘキサノイルビチオフェン（３．９ｇ試料）を、エチルエーテル３００ｍＬに懸濁させた塩化アルミニウム３．０ｇと水素化アルミニウムリチウム３．４ｇとの混合物に攪拌しながら加える。１時間後、酢酸エチル５０ｍＬおよび濃塩酸１５ｍＬを注意して加え、混合物をろ過し、濃縮し、ヘキサンでシリカゲル３０ｇを通して溶離させる。生成物５’−ヘキシルビチオフェンが単離される。この化合物２．４ｇを秤量しテトラヒドロフラン１５０ｍＬ中に溶解した。ブチルリチウム９．６ｍｍｏｌを秤量しヘキサン溶液として、攪拌しかつ−７８℃に冷却しながら加える。２０分後、塩化銅（ＩＩ）２．６ｇを加える。混合物を放置して室温に温める。１日後、希塩酸を加えて銅塩を溶解し、混合物をトルエン中に溶解し、濃塩酸および希アンモニア水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過し、濃縮し、ヘキサン、メタノール、および石油エーテルですりつぶす。

５，５’’’’−ビス（４−ｎ−ヘキシル）−２，２’：５；２’’：５’’，２’’’：５’’’，２’’’’−ペンタチオフェン（６ＴＴＴＴＴ６）の調製を以下に検討する。２−（トリ−ｎ−ブチルスタンニル）−５−（４−ｎヘキシルフェニル）チオフェンに対し説明した手順を用いて、２’−ヘキシルビチオフェンから化合物５’−ヘキシル−５−トリブチルスタンニルビチオフェンを調製する。秤量したこの化合物６．２５ｍｍｏｌ、２，５−ジブロモチオフェン２．５ｍｍｏｌ、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム１４５ｍｇ、およびトルエン３５ｍＬをちょうど還流より低い温度で３日間窒素下で加熱する。沈殿を希塩酸、水、およびアセトンで連続的に洗浄し、熱ろ過によりメシチレンから再結晶させる。

１，４−ビス［（５−ｎ−ヘキシル）−２，２’−ビチエニル］ベンゼン（６ＴＴＰＴＴ６）の調製を、１，４−ジブロモベンゼンを２，５−ジブロモチオフェンに置き換えたこと以外は、前記の実施例と同じ手順を用いて実施する。

他の実施形態では、図３に示した例示的な方法３００により、図１に示した４個の薄膜トランジスタ１００を製造した。

工程３１０では、支持基板１１０を供給するために適切なガラス・ウェハが提供された。ガラス・ウェハはトランジスタ１００のための構造上の支持体を提供し、かつ二酸化ケイ素を含んだ誘電体表面を有していた。

工程３２０では、ゲート電極１２０を支持基板１１０上に供給した。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の薄層を、支持基板１１０の各表面上に付着した。次いで、ＩＴＯ表面をセラトム、微細な研磨用粉末で約２０秒間こすることによりＩＴＯのピークを除去した。次いで、支持基板１１０を脱イオン水およびアセトンですすいだ。次にすすいだ支持基板１１０をオーブン中で１３０℃で数分間乾燥した。支持基板を、約５０℃〜約７０℃の間のアミノプロピルトリエトキシシランのトルエン溶液（１体積％）中に、約５分〜約１０分の間垂直の位置に置いた。この処理は親油性単層塗膜として働くＩＴＯ表面のトリメチルシリル官能化を提供した。代替実施形態では、アミノプロピルトリエトキシシランをヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）に置き換えることができる。支持基板１１０をアミノプロピルトリエトキシシランに暴露した後直ちに、トルエンですすぎ、しみのない乾燥表面をもたらす角度で乾燥した。

工程３３０では、ＩＴＯゲート電極１２０上および支持基板１１０上に、誘電体層１３０を供給した。誘電体層１３０のための組成物として、ＰＶＰＨ−ＨＥＭＡとも呼ばれる、ポリ（４−ビニルフェノール−ｃｏ−メタクリル酸２−ヒドロキシエチル）を選択した。２−ブトキシエタノール８０ｇ中に溶解したＰＶＰＨ−ＨＥＭＡ２０ｇの溶液を調製した。室温で数時間攪拌の後、ＰＶＰＨ−ＨＥＭＡは完全に溶解した。次いで０．２マイクロメートル（μ）フィルターを用いて溶液をろ過した。ＩＴＯゲート電極の各々の部分を一時的にスコッチテープで保護して、後で試験回路に接続するのを容易にした。次いで、４個の部分的に形成されたトランジスタに、ＰＶＰＨ−ＨＥＭＡを毎分１，０００回転（ｒｐｍ）で約３０〜約４５秒間スピンコートした。次いでスピンコートした部分的に形成されたトランジスタを１７５℃で約１５時間不溶性になるまでベークした。

工程３４０では、誘電体層１３０上に半導体層１４０を供給した。半導体の付着に備えて、約１センチメートル（ｃｍ）×２ｃｍの寸法を有する長方形の形態をした境界を形成して半導体を閉じ込めるために、誘電体層１３０上にフッ素化した化合物を塗装した。この目的のための１つの例示的な適切なフッ素化化合物は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｓｔａｎｆｏｒｄ、米国コネチカット州から市販されているＮｏｖｅｃ ＥＧＣ−１７００（登録商標）ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏａｔｉｎｇである。４個のトランジスタのすべての半導体として、化合物５，５’−ビス（４−ヘキシルフェニル）−２，２’−ビチオフェン（６ＰＴＴＰ６）を選択した。６ＰＴＴＰ６を使用前に真空昇華（代替として再結晶化が使用できる）により精製した。トランジスタＩ、ＩＩおよびＩＶの製造では、秤量した６ＰＴＴＰ６ ２ミリグラム（２ｍｇ）と、ｏ−キシレン、９８％高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）グレード５ｍｌとを混ぜ合わせ、室温で半時間攪拌し６ＰＴＴＰ６を溶解した。トランジスタＩＩＩの製造では、６ＰＴＴＰ６ ３ｍｇをｏ−キシレン５ｍｌ中に溶解することにより、ｏ−キシレン中の６ＰＴＴＰ６半導体の濃度を比較して５０％だけ増加させた。

半導体溶液の付着のためにキシレン蒸気環境を作り出した。高さおよび直径がより大きい大きなビーカーの内部に小さいビーカーを逆さに置き、大きなビーカーの底面からいくつかのガラスプレートにより間隔を空けて、小さなビーカーの内部に圧力の平衡の余地を残した。本明細書では使用しなかったが、代替技法には、小さなビーカー中に穴を設けて同じ平衡を容易にすることが含まれる。次いで、小さなビーカーの逆さの底面により構成される一段高い表面の下のレベルまで、大きなビーカーの一部にｏ−キシレンを充填した。次いで大きなビーカーを約１１５℃のホットプレート上に置き、数分間平衡にして小さなビーカーの逆さの底面により構成される一段高い表面で約７０℃の温度にさせた。半導体組成物の付着に先行して、一段高い表面上に部分的に形成されたトランジスタを置いた。大きなビーカーからのｏ−キシレンの蒸発を遅延させるために、大きなビーカーの頂部を覆うゆるい蓋を設けた。キシレン蒸気環境は、続いて付着する半導体溶液からのキシレン溶媒の蒸発速度を遅延させるために使用され、付着した半導体溶液中のキシレンとの平衡を作り出す。この平衡により付着した半導体組成物が飽和のキシレン蒸気中につけられて、半導体化合物分子を発生しようとしている半導体層中に再溶解を引き起こし、かつずれた結晶領域が、隣接している結晶領域のサイズを増大させる配向を持って再溶解および再形成される機会を作り出す。この再溶解および再形成は、より大きな結晶領域を有する多結晶層を生成した。

次いで、半導体組成物溶液を、この溶液でちょうど満たされた、フッ素化化合物により形成された箱内に付着させた。次いで半導体組成物中の溶媒を、このキシレン蒸気の環境中で数分間徐々に蒸発させた。トランジスタＩの製造では、６ＰＴＴＰ６の２つの層をこのように順次付着させ、第２層を塗布する前に第１層からｏ−キシレンを蒸発させておいた。トランジスタＩＩおよびＩＶの製造では、６ＰＴＴＰ６の４層をこのように順次付着させ、各々の最初の３層から次の層を塗布する前にｏ−キシレンを蒸発させておいた。トランジスタＩＩＩの製造では、６ＰＴＴＰ６の１層をこのように付着させ、次いでｏ−キシレンを蒸発させておいた。

工程３５０では、ソース電極１５０およびドレイン電極１６０を半導体層１４０上に設けた。直径６μｍのタングステン線を各々が部分的に形成されたトランジスタの半導体層１４０上にわたって置き、それは半導体層１４０に隣接して位置する半導体層表面の部分を封鎖するスコッチテープの１片上に置かれている。次いで各々部分的に形成されたトランジスタの上部に、マスクの隙間の長軸が導線の軸と垂直になるように細長い長方形のマスクを置いた。次いでマスクの開口部の位置に、毎秒１オングストローム（Å）および５×１０^−６Ｔｏｒｒの圧力で５０ナノメートル（ｎｍ）厚さの金層を蒸発させることにより、ソース接点およびドレイン接点を形成した。実際のソース電極１５０およびドレイン電極１６０の間のトランジスタ接点間距離は、タングステン線により生じた半導体表面のブロッケージにより形成された。接点間距離は、Ｌが約５μｍの場合、約３５の幅対長さ（Ｗ／Ｌ）比を有する。

先に論じたように、製造方法の変更形態を意図的に４個のトランジスタ間に導入した。
トランジスタＩの製造では、６ＰＴＴＰ６の２つの層を順次付着させ、第２層の塗布の前に第１層からｏ−キシレンを蒸発させておいた。トランジスタＩＩの製造では、６ＰＴＴＰ６の４層を順次付着させ、初めの３層の各々から次の層を塗布する前に、ｏ−キシレンを蒸発させておいた。トランジスタＩＩＩの製造では、ｏ−キシレン５ｍｌ中に６ＰＴＴＰ６ ３ｍｇを用いて、ｏ−キシレン中の６ＰＴＴＰ６半導体の濃度を５０％だけ相対的に増加し、６ＰＴＴＰ６を１層だけ塗布した。トランジスタＩＶは、トランジスタＩＩの製造に使用したのと同様に製造した。

次いで、このように製造された４個のトランジスタＩからＩＶの性能特徴を特徴づけた。
トランジスタＩに関しては、図５は、ドレイン／ソース電流（Ｉ_ｄｓ（Ａ））対ドレイン／ソース電圧（Ｖ_ｄｓ（Ｖ））をプロットしたグラフを示す。図６はまたトランジスタＩに関連した、ドレイン／ソース電流の平方根（ＳＱＲＴ（Ｉ_ｄ））対ゲート電圧（Ｖ_ｇ（Ｖ））をプロットしたグラフを示す。トランジスタＩＩに関しては、図７はＩ_ｄｓ（Ａ）対Ｖ_ｄｓ（Ｖ）をプロットしたグラフを示す。図８はまたトランジスタＩＩに関連したＳＱＲＴ（Ｉ_ｄ）対Ｖ_ｇ（Ｖ）をプロットしたグラフを示す。トランジスタＩＩＩに関しては、図９はＩ_ｄｓ（Ａ）対Ｖ_ｄｓ（Ｖ）をプロットしたグラフを示す。図１０はまたトランジスタＩＩＩに関連したＳＱＲＴ（Ｉ_ｄ）対Ｖ_ｇ（Ｖ）をプロットしたグラフを示す。トランジスタＩＶに関しては、図１１はＩ_ｄｓ（Ａ）対Ｖ_ｄｓ（Ｖ）をプロットしたグラフを示す。図１２はまたトランジスタＩＶに関連したＳＱＲＴ（Ｉ_ｄ）対Ｖ_ｇ（Ｖ）をプロットしたグラフを示す。

以下の表１は、トランジスタＩからＩＶに関して、図５から１２に報告した結果も含めた性能の測定結果の概要である。

表１ ０．１を越える移動度を有するトランジスタＩからＩＶの性能

正孔の移動が可能な例示的なｐ−型半導体に対しては、導電率は式σ＝ｅｎμ_ｄ（式中、μ_ｄはキャリア移動度、ｅはキャリアの電荷、およびｎは自由キャリア濃度）により概算される。したがって、導電率は移動度に比例する。移動度は容易に測定することができ、対応する導電率が概算できる。有機半導体を含んだデバイスの導電率は、結晶粒子のサイズおよび分離により決まる。結晶粒子のサイズ分布は、たとえばソースおよびドレインの間など起点から行先へ移動するために、電荷キャリアによりそれらのいかに多くが有効に移動されるかを決定する。結晶粒子の間の分離は、非結晶性領域の導電率への影響を決定する。たとえば、特定の半導体材料の粒子間トンネル距離の最大値より大きな距離だけ分離された結晶粒子は、電荷粒子のための非導電性の経路を構成し得る。有機半導体の結晶粒子内の導電率はまた、電荷キャリアのエネルギーレベルおよび結晶中の分子の重なりにより決まる。

導電率は１種の電荷キャリア型を有する物質に対しては移動度に比例し、かつ移動度は
直接測定することができるので、トランジスタの特性決定に対して、移動度が通常最も重要なパラメータとみなされる。オン／オフ比は通常第２の最も重要なパラメータとみなされる。トランジスタＩからＩＶの測定はすべて、ヒューレットパッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ）４１５５ Ａ半導体パラメータ分析器で行った。トランジスタＩからＩＶ中の誘電体層の静電容量は、ヒューレットパッカードインダクタンス／静電容量／抵抗計に付属するプローブにより印加された電流で直接測定した。Ｗ／Ｌ比は光学顕微鏡を用いて測定した。勾配範囲は、ＳＱＲＴ（Ｉ_ｄ）対Ｖ_Ｇ（Ｖ）をプロットした、図６、８、１０および１２に示されたグラフ中のカーブの選択された電圧範囲にわたる勾配の範囲である。これらの勾配範囲、および以下の式（１）で、トランジスタの移動度を決定することができる。
Ｉ_ｄｓ＝Ｗ／２Ｌ×Ｃ_ｉμ（Ｖ_Ｇ−Ｖ_Ｔ）^２ （１）

式（１）中、Ｉ_ｄｓはドレイン−ソース電流、Ｗは接点間距離の幅、Ｌは接点間距離の長さ、Ｃ_ｉはゲート−誘電体層の静電容量、μは移動度、Ｖ_Ｇはゲート電圧およびＶ_Ｔはしきい電圧である。−１００ボルトの印加されたドレイン−ソース電流をトランジスタの試験に使用した。

図６、８、１０および１２に示されたグラフは完全には直線ではないが、勾配の計算に使用するためには特定の電圧を選択しなければならない、これらのグラフの各々のその範囲にわたりプロットされたデータはほとんど直線を形成する。電圧範囲は可能な限り大きく選択した。

各トランジスタに得られた性能結果は、図５から１２に示すように、印加ゲート電圧の表示が異なるため異なっている。さらに、トランジスタＩＶはトランジスタＩＩに使用したのと同じ基板上に調製されているが、それは少し異なる形態学を示す。トランジスタＩからＩＶのすべては、０．１を超えるきわめて高い移動度を示した。

例示的なトランジスタ１００の製造を実施する際、使用する溶媒は、半導体層および誘電体層を製造するために使用する組成物（複数）の適合性があるように選択されることが望ましい。一実施形態では、溶媒は芳香族化合物である。他の実施形態では、溶媒は選択した半導体を溶解するその能力のために選択される。他の実施形態では、溶媒は選択した誘電体層組成物を溶解しない、さもなければ劣化させない、あるいはゲート層１２０から誘電体層１３０の層間剥離を引き起こすことがないように選択される。他の実施形態では、溶媒は塗布された半導体層からのその蒸発を容易にするために比較的低沸騰点のために選択される。一実施形態では、溶媒はｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン、または混合物である。選択した半導体組成物が５，５’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２，２’−ビチオフェンを含んだ実施形態では、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、クロロホルム、１，２，５−トリクロロベンゼン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、または１，２−ジクロロエタンの代わりに使用すると厚い付着の領域でむらのある半導体膜が生じ得る。

他の実施形態では、図２に示された薄膜トランジスタ２００は、図４示された例示的な方法４００により製造される。

工程４１０では、支持基板２１０として機能するために適したガラス・ウェハを供給する。ガラス・ウェハはトランジスタ２００のための構造上の支持体を提供し、かつ二酸化ケイ素を含んだ誘電体表面を有する。

工程４２０では、図３の工程３２０に関連して前述したのと同様に、支持基板２１０上にゲート電極２２０を設けた。

工程４３０では、図３の工程３３０に関連して前述したのと同様に、ゲート電極２２０上に誘電体層２３０を設けた。

工程４４０では、ソース電極２４０およびドレイン電極２５０を誘電体層２３０上に設けた。直径６μｍのタングステン線を誘電体層２３０上にわたって位置させ、それは誘電体層表面の部分を封鎖するスコッチテープの１片上に置かれている。次いで誘電体層２３０の上部に、マスクの隙間の長軸が導線の軸と垂直になるように細長い長方形のマスクを置いた。次いでマスクの開口部の位置に、２Å／ｓおよび５×１０^−６Ｔｏｒｒの圧力で５０ナノメートル（ｎｍ）厚さの金層を蒸発させることにより、ソース接点およびドレイン接点を形成した。実際のソース電極２４０およびドレイン電極２５０の間のトランジスタ接点間距離は、タングステン線により生じた誘電体表面のブロッケージにより形成された。接点間距離は、約４５のＷ／Ｌ比を有し、Ｌが約５μｍである。

工程４５０では、ソース電極２４０、ドレイン電極２５０、および誘電体層２３０上に半導体層２６０を設けた。半導体の付着に備えて、図３の工程３４０に関連して上記に述べたこと同様に、ソース電極２４０、ドレイン電極２５０、および誘電体層２３０上にフッ素化した化合物を塗装した。次いでソース電極２４０、ドレイン電極２５０、および誘電体層２３０上にわたって、他の点では図３の工程３４０に関連して上記に述べたことと同様に、半導体層２６０を設けた。

上記に論じた例示的なトランジスタ１からＩＶを製造するのに使用した、図３および図４に関連して論じた方法は、使用される方法の例示的でかつ非限定的な実施形態である。図１から２に示した例示的なデバイスを作製する他の適切な方法も使用することもできる。たとえば、例示的なゲート電極１２０、ソース電極１５０、およびドレイン電極１６０は、電子ビーム真空蒸着、電着、導電性重合体のプリント、またはスパッタリングなどの基板に選択した電極材料層を適用する他の適切な方法により製造することができる。誘電体層１３０は、表面開始成長、スピン・コーティング、浸漬コーティング、またはキャスティングなどの、基板に誘電体層を形成させるための選択された組成物の層を適用するその他の適切な方法により製造することができる。半導体層を作製するために、誘電体層１３０をたとえば選択された溶媒で飽和にすることができ、半導体溶液の液滴をインク・ジェットを用いて適用することができ、次いで誘電体層１３０を溶媒蒸気で飽和された制御された環境中に移して、半導体の結晶化を促進させることができる。あるいは、誘電体層１３０を水の凝縮を防止するために制御された環境で冷却することができ、半導体の液滴を適用することができ、次いで誘電体層を溶媒蒸気で飽和された制御された環境中に移すことができる。あるいは、半導体の液滴として適用したインク・ジェットの近傍に選択された溶媒のミストを供給し、次いで誘電体層を溶媒蒸気で飽和された制御された環境中に移すことができる。さらに、比較的高沸点の溶媒を選択することができ、半導体の液滴を適用でき、次いで誘電体層を溶媒蒸気で飽和の制御された環境中に移すことができる。一実施形態では、ソース電極１５０およびドレイン電極１６０の間の間隔を最小化して、こうした電極の間でチャネルにまたがる選択された半導体が単結晶を形成する可能性を最大にする。他の実施形態では、半導体溶液が誘電体基板１３０上に付着される温度を制御して、選択した溶媒の蒸気圧が少なくとも約０．２５気圧になるようにする。他の実施形態では、温度を制御して、蒸気圧が約０．２５〜約１．０気圧の間の範囲内にする。追加の実施形態では、温度を制御して、蒸気圧が約０．２５〜約０．５気圧の間の範囲ある。たとえば、ｏ−キシレンは約１４３℃の沸点を有し、最適な半導体付着温度は約１１０℃である。

一実施形態では、試験トランジスタを横切ってソースからドレインへ−１００Ｖの電圧をかけると、半導体のチャネル移動度は、室温で望ましくは少なくとも約０．０５平方センチメートル／ボルト・秒（ｃｍ^２／Ｖｓ）、好ましくは少なくとも約０．１ｃｍ^２／Ｖｓ、より好ましくは少なくとも約０．２ｃｍ^２／Ｖｓである。チャネル内の半導体は、望ましくは少なくとも約０．１マイクロメートル、より好ましくは少なくとも約１マイクロメートルの平均結晶粒子サイズを有する。他の実施形態では、本明細書で説明した通りに作製したトランジスタのオン／オフ・ドレイン電流比は、少なくとも約１００、より好ましくは少なくとも約１，０００、さらに好ましくは少なくとも約１０，０００である。他の実施形態では、オン抵抗は１×１０^８オーム／□(square)未満である。追加の実施形態では、オン電流は５０マイクロアンペアを超える。

本発明を現在のところ好ましい諸実施形態の様々な態様との関連で開示してきたが、
本発明はそれが従う特許請求の範囲と矛盾することなく他の環境に適切に適用されることを理解されたい。

薄膜トランジスタの例示的な実施形態を示す図である。 薄膜トランジスタの他の例示的な実施形態をさらに示す図である。 図１に示された薄膜トランジスタを作製する方法を示す図である。 図２に示された薄膜トランジスタを作製する方法を示す図である。 本発明により製造されたトランジスタＩに対する、ドレイン−ソース電流対ドレイン−ソース電圧をプロットしたグラフである。 本発明により製造されたトランジスタＩに対する、ドレイン−ソース電流の平方根対ゲート電圧をプロットしたグラフである。 本発明により製造されたトランジスタＩＩに対する、ドレイン−ソース電流対ドレイン−ソース電圧をプロットしたグラフである。 本発明により製造されたトランジスタＩＩに対する、ドレイン−ソース電流の平方根対ゲート電圧をプロットしたグラフである。 本発明により製造されたトランジスタＩＩＩに対する、ドレイン−ソース電流対ドレイン−ソース電圧をプロットしたグラフである。 本発明により製造されたトランジスタＩＩＩに対する、ドレイン−ソース電流の平方根対ゲート電圧をプロットしたグラフである。 本発明により製造されたトランジスタＩＶに対する、ドレイン−ソース電流対ドレイン−ソース電圧をプロットしたグラフである。 本発明により製造されたトランジスタＩＶに対する、ドレイン−ソース電流の平方根対ゲート電圧をプロットしたグラフである。

Claims (10)

1. 表面を含んだ誘電体層であって、前記表面の一部が露出した芳香族基を有する誘電体層と、
   前記表面の前記部分上に重なり、接触している有機半導体組成物を含んだ多結晶半導体層であって、前記有機半導体組成物が鎖状部分を含んだ化合物を含み、鎖状部分が共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状部分の両端にアルキル連鎖を含む多結晶半導体層と
   を含んだ半導体装置。
2. 前記部分のそれぞれが、平均して少なくとも約３個の共役芳香族環を含んだ、請求項１に記載の半導体装置。
3. アルキル鎖が平均して約３〜約１２個の間の炭素原子を含んだ、請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記誘電体層が前駆物質組成物から形成されており、前記前駆物質組成物が少なくとも約１．５２の屈折率を有する、請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記多結晶半導体層が、少なくとも約０．１cm^２／ボルト・秒の移動度を有する、請求項１に記載の半導体装置。
6. さらに
   ゲート電極と、
   ソース電極と、
   ドレイン電極とを含み、
   前記ソース電極およびドレイン電極が離間して前記半導体層のチャネル部分と導電的に接触しており、前記ゲート電極が前記チャネル部分の導電率を制御するように配置されている、請求項１に記載の半導体装置。
7. 半導体組成物が、５，５’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２，２’−ビチオフェン；５，５’’−ビス（４−ｎヘキシルフェニル）−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン；５，５’’’−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−クアテルチオフェン；１，４−ビス［５−（４−ｎ−ヘキシルフェニル）−２−チエニル］ベンゼン；２，５−ビス［４（４’−ヘキシルフェニル）フェニル］チオフェン；５，５’’’−ビス（４−ｎ−ヘキシル）−２，２’：５’，２’’：５’’；２’’’−クアテルチオフェン；５，５’’’’ビス（４−ｎ−ヘキシル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’：５’’’，２’’’’−ペンタチオフェン；１，４−ビス［（５−ｎ−ヘキシル）−２，２’ビチエニル］ベンゼン；２，６−ビス（５−ヘキシルチエン−２−イル）ナフタレン；および混合物からなる群から選択されるメンバーを含む、請求項２に記載の半導体装置。
8. 表面を含んだ誘電体層であって、前記表面の一部が露出した芳香族基を有する誘電体層を提供する工程と、
   前記表面の前記部分上に重なり、接触している有機半導体組成物を含んだ多結晶半導体層であって、前記有機半導体組成物が鎖状部分を含んだ化合物を含み、鎖状部分が共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状部分の両端にアルキル連鎖を含む多結晶半導体層を提供する工程と
   を含んだ半導体装置を作製する方法。
9. 多結晶半導体層を設ける前記工程が、
   前記有機半導体組成物の溶媒中の溶液を提供する工程と、
   前記有機半導体組成物のための溶媒蒸気を含んだ雰囲気を提供する工程と、
   前記雰囲気の存在下で前記溶液を前記誘電体層の前記部分に塗布する工程と、
   前記塗布した溶液から前記溶媒を蒸発させる工程と
   を含む請求項８に記載の方法。
10. 表面を含んだ誘電体層であって、前記表面の一部が露出した芳香族基を有する誘電体層と、
    前記表面の前記部分上に重なり、接触している有機半導体組成物を含んだ多結晶半導体層であって、前記有機半導体組成物が鎖状部分を含んだ化合物を含み、鎖状部分が共役チオフェン基またはフェニル基を含み、かつ鎖状部分の両端にアルキル連鎖を含む多結晶半導体層と、
    ゲート電極と、
    ソース電極と、
    ドレイン電極とを含み、
    前記ソース電極およびドレイン電極が離間して前記半導体層のチャネル部分と導電的に接触しており、前記ゲート電極が前記チャネル部分の導電率を制御するように配置されている集積回路。
    

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