JP2006041220A - Organic compound crystal and field effect type transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つのπ電子共役系分子が接続されて成る接続分子から構成された有機化合物結晶、及び、係る有機化合物結晶からチャネル形成領域が構成された電界効果型トランジスタに関する。 The present invention relates to an organic compound crystal composed of connecting molecules formed by connecting two π-electron conjugated molecules, and a field effect transistor in which a channel formation region is composed of such organic compound crystals.
近年、有機トランジスタに関する研究が盛んに行われてきており、その性能も実用化レベルまであと一歩というところまで到達している。 In recent years, research on organic transistors has been actively conducted, and the performance has reached the level of practical use.
分子間の相互作用は、分子の骨格を形成するσ結合とは垂直な方向に延びるπ電子系によって担われ、また、分子内で自由に荷電キャリアが動けるためには、このπ電子系が共役して、分子間全体に拡がっていることが必要とされる。即ち、有機半導体結晶におけるキャリヤは、分子面に対して垂直方向に広がるπ電子軌道を経由して結晶中を移動している。従って、有機半導体結晶において高移動度を実現するためには、隣接する分子の分子面同士が平行に重なり合うように配置された結晶構造を取ることが望ましい。 The interaction between molecules is carried by a π-electron system that extends in a direction perpendicular to the σ bond that forms the skeleton of the molecule. In addition, in order for charge carriers to move freely within the molecule, this π-electron system is conjugated. Thus, it is necessary to spread all over the molecule. That is, carriers in the organic semiconductor crystal move in the crystal via π electron orbits extending in a direction perpendicular to the molecular plane. Therefore, in order to achieve high mobility in an organic semiconductor crystal, it is desirable to adopt a crystal structure in which molecular surfaces of adjacent molecules are arranged so as to overlap in parallel.
しかしながら、現在知られている高移動度の有機半導体結晶は、図7に概念図を示すような所謂ヘリングボーン構造をとるものが多い。現在、有機トランジスタのチャネル形成領域を構成する材料(分子)として、縮合芳香族化合物である2,3,6,7−ジベンゾアントラセン(ペンタセンとも呼ばれる)が最良の性能を示すことが報告されているが(例えば、H. Klauk et al., J. Appl. Phys. 92, 5259 (2002) 参照)、ペンタセン分子は、結晶中では、ヘリングボーン構造を有する2次元レイヤーが積層した構造となっている(例えば、R.B. Champbell et al., Acta Cryst. 14, 705 (1961); D. Homes et al., J. Eur. Chem. 5, 3399 (1999) 参照)。そして、ペンタセンの電子状態については、第一原理計算によるバンド解析が行われており(例えば、M. L. Tiago et al., Phys. Rev. B67, 115212 (2003) 参照)、この2次元レイヤー内に2次元的な伝導パスが形成されることが、バンド解析の結果によって裏付けされている。 However, many organic semiconductor crystals with high mobility that are currently known have a so-called herringbone structure as shown in a conceptual diagram in FIG. Currently, 2,3,6,7-dibenzoanthracene (also called pentacene), which is a condensed aromatic compound, has been reported to exhibit the best performance as a material (molecule) constituting the channel formation region of an organic transistor. (See, for example, H. Klauk et al., J. Appl. Phys. 92, 5259 (2002)), pentacene molecules have a structure in which a two-dimensional layer having a herringbone structure is laminated in a crystal. (See, for example, RB Champbell et al., Acta Cryst. 14, 705 (1961); D. Homes et al., J. Eur. Chem. 5, 3399 (1999)). As for the electronic state of pentacene, band analysis based on first-principles calculation is performed (see, for example, ML Tiago et al., Phys. Rev. B67, 115212 (2003)). The formation of a dimensional conduction path is supported by the results of band analysis.
しかしながら、ヘリングボーン構造にあっては、隣接分子の分子面は非平行であり、一見、乱雑に配置した構造となるため、隣接分子のπ電子軌道同士の交わりが小さく、隣接分子のπ電子軌道の交わりという観点からは、最適とは云えない構造である。従って、ヘリングボーン構造を形成する材料(分子)から有機トランジスタのチャネル形成領域を構成したのでは、移動度に限界がある。 However, in the herringbone structure, the molecular surfaces of adjacent molecules are non-parallel, and at first glance the structure is messy, so the crossing of π electron orbits of adjacent molecules is small, and the π electron orbits of adjacent molecules are small. From the point of view of crossing, the structure is not optimal. Therefore, if the channel formation region of the organic transistor is formed from the material (molecule) forming the herringbone structure, the mobility is limited.
一方、BMDT−TTF等の、隣接する分子面が互いに平行にスタックするような(平行に重なりを持つ)結晶構造を有する材料(分子)も存在する。図8に、BMDT−TTF分子の結晶構造の概念図を示す。このような材料においては、隣接分子の分子面が平行にスタックしている。そして、図9にBMDT−TTFのエネルギーバンド構造を示すように、スタックしている方向(a*軸方向)に比較的広いエネルギーバンドが形成されており、キャリヤ移動に関して、有利な構造となっている。 On the other hand, there are materials (molecules) having a crystal structure such that BMDT-TTF or the like in which adjacent molecular planes are stacked in parallel with each other (with parallel overlap). FIG. 8 shows a conceptual diagram of the crystal structure of the BMDT-TTF molecule. In such a material, the molecular surfaces of adjacent molecules are stacked in parallel. As shown in the energy band structure of BMDT-TTF in FIG. 9, a relatively wide energy band is formed in the stacking direction (a * axis direction), which is an advantageous structure with respect to carrier movement. Yes.
しかしながら、このような平面構造を有する分子においては、平面分子が平行にスタックしているという性格上、そのスタック軸方向(図8における紙面上下の方向)以外の方向におけるキャリヤ移動が困難となる。言い換えれば、1次元伝導バンド構造が形成され、伝導パスは異方的(1次元的)である。それ故、このような分子から電界効果型トランジスタのチャネル形成領域を形成する場合、伝導パスの異方性を考慮しなければならず、チャネル形成領域を構成する上で不利である。また、1次元伝導バンド構造であるが故に、荷電キャリア同士の相関(例えば、荷電キャリア間におけるクーロン斥力)が大きく、荷電キャリアの運動が妨げられるといった問題がある。 However, in a molecule having such a planar structure, it is difficult to move the carrier in directions other than the stack axis direction (up and down direction in FIG. 8) due to the property that the planar molecules are stacked in parallel. In other words, a one-dimensional conduction band structure is formed, and the conduction path is anisotropic (one-dimensional). Therefore, when the channel formation region of the field effect transistor is formed from such molecules, the anisotropy of the conduction path must be taken into consideration, which is disadvantageous in configuring the channel formation region. In addition, because of the one-dimensional conduction band structure, there is a problem in that the correlation between charge carriers (for example, Coulomb repulsion between charge carriers) is large and the movement of charge carriers is hindered.
1990年3月に開催の日本化学会春季年会における予稿集 2F345 「スピロ結合による直交したパイ電子系をもつ、新しい有機ドナーの設計と合成」には、1分子内に直交したパイ電子系をもち、2つの等価なパイ電子系をスピロ結合で接続した、D2dの対称性を有する化合物が開示されているが、この文献には、具体的な有機化合物結晶への言及はなされていない。 Proceedings of the Spring Annual Meeting of the Chemical Society of Japan held in March 1990 2F345 “Design and Synthesis of New Organic Donor with Orthogonal Pi Electron System by Spiro Coupling” In addition, a compound having a D 2d symmetry in which two equivalent pi-electron systems are connected by a spiro bond is disclosed, but this document does not mention a specific organic compound crystal.
従って、本発明の目的は、内部における伝導パスが異方的(1次元的)ではなく、より等方的な(2次元的な)伝導パスを有する有機化合物結晶、及び、係る有機化合物結晶からチャネル形成領域が構成された電界効果型トランジスタを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic compound crystal having a more isotropic (two-dimensional) conduction path than an anisotropic (one-dimensional) conduction path inside, and the organic compound crystal. An object of the present invention is to provide a field effect transistor having a channel formation region.
上記の目的を達成するための本発明の有機化合物結晶は、
第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とがスピロ結合に基づき接続されて成る接続分子が、複数、積層された有機化合物結晶であって、
各接続分子において、
(A)第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とは、略直交しており、
(B)第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とが同一平面内にあると仮定したとき、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第1のπ電子共役系分子と、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第2のπ電子共役系分子とは、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子との接続点を中心に180度回転させたとき、重なり合い、
有機化合物結晶において、
(C)隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子と第1のπ電子共役系分子とは、積層状態にあり、
(D)隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とは、積層状態にあることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the organic compound crystal of the present invention comprises:
A plurality of connecting molecules formed by connecting a first π-electron conjugated molecule and a second π-electron conjugated molecule based on a spiro bond are stacked organic compound crystals,
In each connecting molecule,
(A) The molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are substantially orthogonal,
(B) When it is assumed that the molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are in the same plane, if the functional group has a functional group, the functional group is The first π-electron conjugated molecule when it is replaced with an atom, and the second π-electron conjugated molecule when the functional group is replaced with a hydrogen atom when it has a functional group, are the first When rotated 180 degrees around the connection point between the π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule, they overlap,
In organic compound crystals,
(C) The first π-electron conjugated molecule and the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state,
(D) The second π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state.
上記の目的を達成するための本発明の電界効果型トランジスタは、
有機化合物結晶から成るチャネル形成領域を備えた電界効果型トランジスタであって、
該有機化合物結晶は、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とがスピロ結合に基づき接続されて成る接続分子が、複数、積層されており、
各接続分子において、
(A)第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とは、略直交しており、
(B)第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とが同一平面内にあると仮定したとき、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第1のπ電子共役系分子と、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第2のπ電子共役系分子とは、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子との接続点を中心に180度回転させたとき、重なり合い、
有機化合物結晶において、
(C)隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子と第1のπ電子共役系分子とは、積層状態にあり、
(D)隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とは、積層状態にあることを特徴とする。
The field effect transistor of the present invention for achieving the above object is
A field effect transistor having a channel formation region made of an organic compound crystal,
In the organic compound crystal, a plurality of connecting molecules formed by connecting the first π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule based on a spiro bond are stacked,
In each connecting molecule,
(A) The molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are substantially orthogonal,
(B) When it is assumed that the molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are in the same plane, if the functional group has a functional group, the functional group is The first π-electron conjugated molecule when it is replaced with an atom, and the second π-electron conjugated molecule when the functional group is replaced with a hydrogen atom when it has a functional group, are the first When rotated 180 degrees around the connection point between the π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule, they overlap,
In organic compound crystals,
(C) The first π-electron conjugated molecule and the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state,
(D) The second π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state.
本発明の有機化合物結晶あるいは本発明の電界効果型トランジスタ(以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある)においては、図1に示すように、第1のπ電子共役系分子の分子面(例えば、芳香環面)及び第2のπ電子共役系分子の分子面(例えば、芳香環面)が、互いに、sp3軌道をとる炭素、あるいは、ケイ素やゲルマニウムといった原子を経由して略直交している。ここで、「略直交している」とは、第1のπ電子共役系分子の分子面(例えば、芳香環面)と第2のπ電子共役系分子の分子面(例えば、芳香環面)との成す角度が90度±10度であることを意味する。 In the organic compound crystal of the present invention or the field effect transistor of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to simply as the present invention), as shown in FIG. The molecular plane of the molecule (for example, the aromatic ring plane) and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule (for example, the aromatic ring plane) pass through sp 3 orbital atoms or atoms such as silicon or germanium. And substantially orthogonal. Here, “substantially orthogonal” means the molecular plane of the first π-electron conjugated molecule (for example, the aromatic ring plane) and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule (for example, the aromatic ring plane). It means that the angle formed by is 90 degrees ± 10 degrees.
本発明においては、
第1のπ電子共役系分子及び第2のπ電子共役系分子は、カルコゲン原子を構成要素として含み、
隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子間の距離が短く、
隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子間の距離が短く、
隣接する接続分子における第1のπ電子共役系分子同士が相互に連結され、隣接する接続分子における第2のπ電子共役系分子同士が相互に連結された3次元的周期構造を有する構成とすることが好ましい。
In the present invention,
The first π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule contain a chalcogen atom as a constituent element,
The distance between chalcogen atoms in the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule is short,
The distance between chalcogen atoms in the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule is short,
A structure having a three-dimensional periodic structure in which first π-electron conjugated molecules in adjacent connecting molecules are connected to each other and second π-electron conjugated molecules in adjacent connecting molecules are connected to each other. It is preferable.
そして、この場合、接続分子を構成する第1若しくは第2のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子のファンデルワールス半径をr1とし、該接続分子に隣接する接続分子を構成する第1若しくは第2のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子のファンデルワールス半径をr2としたとき、接続分子を構成する第1若しくは第2のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子(Xi)と、該接続分子に隣接する接続分子を構成する第1若しくは第2のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子(Xj)とにおいて、少なくとも1組のカルコゲン原子(Xi,Xj)の間の距離Rijは、
Rij≦(r1+r2)×1.1
を満足することが望ましい。
In this case, the van der Waals radius of the chalcogen atom in the first or second π-electron conjugated molecule constituting the connecting molecule is r 1, and the first or second constituting the connecting molecule adjacent to the connecting molecule is used. When the van der Waals radius of the chalcogen atom in the π-electron conjugated molecule is r 2 , the chalcogen atom (X i ) in the first or second π-electron conjugated molecule constituting the connecting molecule, and the connecting molecule in the first or second π-electron conjugated chalcogen atoms in molecules constituting the connecting molecules adjacent (X j), the distance R ij between at least one pair of chalcogen atoms (X i, X j) is
R ij ≦ (r 1 + r 2 ) × 1.1
It is desirable to satisfy
また、本発明にあっては、1つのπ電子共役系分子中に含まれるカルコゲン原子の数が多い程、π電子共役系分子間における相互作用は強くなることが期待できるため、π電子共役系分子の分子量に対する総カルコゲン原子質量の割合は、例えば40%以上であることが好ましい。 In the present invention, it can be expected that the interaction between π-electron conjugated molecules increases as the number of chalcogen atoms contained in one π-electron conjugated molecule increases. The ratio of the total chalcogen atom mass to the molecular weight of the molecule is preferably 40% or more, for example.
一般に、カルコゲン原子とは、O(酸素)、S(硫黄)、Se(セレン)、Te(テルル)、Po(ポロニウム)を指すが、本明細書においては、カルコゲン原子とは、O(酸素)、S(硫黄)、Se(セレン)及びTe(テルル)から成る群から選択された1種類の原子を指す。 In general, a chalcogen atom refers to O (oxygen), S (sulfur), Se (selenium), Te (tellurium), or Po (polonium). In this specification, a chalcogen atom refers to O (oxygen). , S (sulfur), Se (selenium) and Te (tellurium).
本発明において、第1若しくは第2のπ電子共役系分子それ自体は、第1若しくは第2のπ電子共役系分子と第1若しくは第2のπ電子共役系分子とを積層したとき、分子間力により、互いのπ電子軌道同士が交わる性質を有し、その結晶構造から1次元的エネルギーバンド構造を形成するものであることが好ましい。具体的には、本発明において、接続分子として、下記の構造式(1)[但し、R1、R2、R3及びR4は、水素原子、若しくは、炭素数が10以下のアルキル基のいずれかを表す]を有するものを例示することができる。尚、アルキル基には飽和アルキル基及び不飽和アルキル基が包含される。ここで、第1若しくは第2のπ電子共役系分子のそれぞれは、基本的には、メチレンジチオ−テトラチアフルバレン(MDT−TTF)系分子から構成されている。 In the present invention, when the first or second π-electron conjugated molecule itself is laminated between the first or second π-electron conjugated molecule and the first or second π-electron conjugated molecule, It is preferable that the π-electron orbitals intersect each other by force and that a one-dimensional energy band structure is formed from the crystal structure. Specifically, in the present invention, as a connecting molecule, the following structural formula (1) [wherein R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are a hydrogen atom or an alkyl group having 10 or less carbon atoms] Can be exemplified. The alkyl group includes a saturated alkyl group and an unsaturated alkyl group. Here, each of the first or second π electron conjugated molecule is basically composed of a methylenedithio-tetrathiafulvalene (MDT-TTF) molecule.
本発明の電界効果型トランジスタの構造として、具体的には、以下の4種類の構造を例示することができる。尚、本発明の電界効果型トランジスタにおいて、チャネル形成領域の延在部をチャネル形成領域延在部と呼ぶ場合がある。 Specific examples of the structure of the field effect transistor according to the present invention include the following four types of structures. In the field effect transistor of the present invention, the extended portion of the channel formation region may be referred to as a channel formation region extension.
即ち、第1の構造を有する電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート/トップコンタクト型であり、
(a)支持体上に形成されたゲート電極、
(b)ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層、
(c)ゲート絶縁層上に形成されたチャネル形成領域及びチャネル形成領域延在部、並びに、
(d)チャネル形成領域延在部上に形成されたソース/ドレイン電極、
を備えている。
That is, the field effect transistor having the first structure is a so-called bottom gate / top contact type,
(A) a gate electrode formed on a support;
(B) a gate insulating layer formed on the gate electrode and the support;
(C) a channel formation region formed on the gate insulating layer, a channel formation region extension, and
(D) source / drain electrodes formed on the channel forming region extension part,
It has.
また、第2の構造を有する電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート/ボトムコンタクト型であり、
(a)支持体上に形成されたゲート電極、
(b)ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層、
(c)ゲート絶縁層上に形成されたソース/ドレイン電極、並びに、
(d)ソース/ドレイン電極の間のゲート絶縁層の部分の上に形成されたチャネル形成領域、
を備えている。
The field effect transistor having the second structure is a so-called bottom gate / bottom contact type,
(A) a gate electrode formed on a support;
(B) a gate insulating layer formed on the gate electrode and the support;
(C) source / drain electrodes formed on the gate insulating layer, and
(D) a channel formation region formed on the portion of the gate insulating layer between the source / drain electrodes;
It has.
更には、第3の構造を有する電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート/トップコンタクト型であり、
(a)支持体上に形成されたチャネル形成領域及びチャネル形成領域延在部、
(b)チャネル形成領域延在部上に形成されたソース/ドレイン電極、
(c)ソース/ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
(d)ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
Furthermore, the field effect transistor having the third structure is a so-called top gate / top contact type,
(A) a channel formation region formed on the support and a channel formation region extension,
(B) source / drain electrodes formed on the channel forming region extension part;
(C) a gate insulating layer formed on the source / drain electrodes and the channel formation region, and
(D) a gate electrode formed on the gate insulating layer;
It has.
また、第4の構造を有する電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート/ボトムコンタクト型であり、
(a)支持体上に形成されたソース/ドレイン電極、
(b)ソース/ドレイン電極の間の支持体の部分の上に形成されたチャネル形成領域、
(c)チャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
(d)ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
The field effect transistor having the fourth structure is a so-called top gate / bottom contact type,
(A) source / drain electrodes formed on a support;
(B) a channel forming region formed on the portion of the support between the source / drain electrodes;
(C) a gate insulating layer formed on the channel formation region, and
(D) a gate electrode formed on the gate insulating layer;
It has.
本発明の電界効果型トランジスタにおいて有機化合物結晶から成るチャネル形成領域を形成する方法として、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法(PVD法);各種の化学的気相成長法(CVD法);スピンコート法;スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法といった各種印刷法;エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法;及びスプレー法の内のいずれかを挙げることができる。 In the field effect transistor of the present invention, as a method for forming a channel formation region made of an organic compound crystal, physical vapor deposition (PVD method) exemplified by vacuum deposition and sputtering; various chemical vapor deposition (CVD method); spin coating method; various printing methods such as screen printing method, ink jet printing method, offset printing method, gravure printing method; air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife coater method, squeeze coater method , Reverse roll coater method, transfer roll coater method, gravure coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calendar coater method, and any of the spray methods In That.
また、本発明の電界効果型トランジスタにおいて、ゲート絶縁層を構成する材料として、酸化ケイ素系材料、窒化ケイ素(SiNY)、Al2O3、金属酸化物高誘電絶縁膜にて例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート(PMMA)やポリビニルフェノール(PVP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリカーボネート(PC)、ポリイミドにて例示される有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。尚、酸化ケイ素系材料として、二酸化シリコン(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、低誘電率SiO2系材料(例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機SOG)を例示することができる。 Further, in the field effect transistor of the present invention, as a material constituting the gate insulating layer, a silicon oxide material, silicon nitride (SiN Y ), Al 2 O 3 , an inorganic exemplified by a metal oxide high dielectric insulating film Not only poly-insulating materials but also polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylphenol (PVP), polyethylene terephthalate (PET), polyoxymethylene (POM), polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polysulfone, polycarbonate (PC), polyimide Examples thereof include organic insulating materials, and combinations thereof can also be used. As silicon oxide materials, silicon dioxide (SiO x ), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, silicon oxynitride (SiON), SOG (spin on glass), low dielectric constant SiO 2 materials (for example, polyaryl) And ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, and organic SOG).
ゲート絶縁層の形成方法として、上述の各種PVD法;各種CVD法;スピンコート法;上述した各種印刷法;上述した各種コーティング法;浸漬法;キャスティング法;及び、スプレー法の内のいずれかを挙げることができる。あるいは又、ゲート絶縁層は、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化することによって形成することができるし、ゲート電極の表面に酸化膜や窒化膜を成膜することで得ることもできる。ゲート電極の表面を酸化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、熱酸化法、O2プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。また、ゲート電極の表面を窒化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、N2プラズマを用いた窒化法を例示することができる。あるいは又、例えば、金(Au)からゲート電極を構成する場合、一端をメルカプト基で修飾された直鎖状炭化水素のように、ゲート電極と化学的に結合を形成し得る官能基を有する絶縁性分子によって、浸漬法等の方法で自己組織的にゲート電極表面を被覆することで、ゲート電極の表面にゲート絶縁層を形成することもできる。 As a method of forming the gate insulating layer, any one of the above-described various PVD methods; various CVD methods; spin coating methods; various printing methods described above; various coating methods described above; dipping methods; casting methods; Can be mentioned. Alternatively, the gate insulating layer can be formed by oxidizing or nitriding the surface of the gate electrode, or can be obtained by forming an oxide film or a nitride film on the surface of the gate electrode. Examples of a method for oxidizing the surface of the gate electrode include a thermal oxidation method, an oxidation method using O 2 plasma, and an anodic oxidation method, although depending on the material constituting the gate electrode. Further, as a method of nitriding the surface of the gate electrode, although it depends on the material constituting the gate electrode, a nitriding method using N 2 plasma can be exemplified. Alternatively, for example, when a gate electrode is made of gold (Au), an insulating material having a functional group capable of forming a chemical bond with the gate electrode, such as a linear hydrocarbon modified at one end with a mercapto group. The gate insulating layer can also be formed on the surface of the gate electrode by covering the surface of the gate electrode with a sex molecule in a self-organizing manner by a method such as immersion.
更には、本発明の電界効果型トランジスタにおいて、ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、ネオジム(Nd)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、銅(Cu)、ルビジウム(Rb)、ロジウム(Rh)、チタン(Ti)、インジウム(In)、錫(Sn)等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物(ITO)を挙げることができるし、これらの元素を含む層の積層構造とすることもできる。更には、ゲート電極やソース/ドレイン電極を構成する材料として、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]といった有機材料を挙げることもできる。 Furthermore, in the field effect transistor of the present invention, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel as materials constituting the gate electrode, the source / drain electrode, and various wirings. (Ni), molybdenum (Mo), niobium (Nb), neodymium (Nd), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), rubidium (Rb), rhodium (Rh), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), etc., or alloys containing these metal elements, conductive particles made of these metals, and conductivity of alloys containing these metals Particle, polysilicon, amorphous silicon, tin oxide, indium oxide, indium-tin oxide (ITO) and include these elements It may be a laminated structure. Furthermore, an organic material such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid [PEDOT / PSS] can also be used as a material constituting the gate electrode and the source / drain electrode.
ソース/ドレイン電極やゲート電極の形成方法として、これらを構成する材料にも依るが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるPVD法;MOCVD法を含む各種のCVD法;スピンコート法;各種導電性ペーストや各種導電性高分子溶液を用いた上述の各種印刷法;上述した各種コーティング法;リフトオフ法;シャドウマスク法;電解メッキ法や無電解メッキ法あるいはこれらの組合せといったメッキ法;及び、スプレー法の内のいずれか、あるいは、更には必要に応じてパターニング技術との組合せを挙げることができる。尚、PVD法として、(a)電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着等の各種真空蒸着法、(b)プラズマ蒸着法、(c)2極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、バイアススパッタリング法等の各種スパッタリング法、(d)DC(direct current)法、RF法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法を挙げることができる。 Although the source / drain electrode and gate electrode are formed depending on the materials constituting them, PVD method exemplified by vacuum deposition method and sputtering method; various CVD methods including MOCVD method; spin coating method; Various printing methods using conductive paste and various conductive polymer solutions; various coating methods described above; lift-off method; shadow mask method; plating method such as electrolytic plating method, electroless plating method or a combination thereof; and spraying Any of the methods, or a combination with a patterning technique can be mentioned if necessary. In addition, as the PVD method, (a) various vacuum deposition methods such as electron beam heating method, resistance heating method, flash deposition, (b) plasma deposition method, (c) bipolar sputtering method, direct current sputtering method, direct current magnetron sputtering method Various sputtering methods such as high-frequency sputtering method, magnetron sputtering method, ion beam sputtering method, bias sputtering method, (d) DC (direct current) method, RF method, multi-cathode method, activation reaction method, electric field evaporation method, high-frequency method Various ion plating methods such as an ion plating method and a reactive ion plating method can be given.
本発明の電界効果型トランジスタにおいて、支持体として、各種のガラス基板や、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を挙げることができる。更には、支持体として、ポリエーテルスルホン(PES)やポリイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(ポリメタクリル酸メチル,PMMA)やポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)に例示される高分子材料から構成されたプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板を挙げることができ、このような可撓性を有する高分子材料から構成された支持体を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への電界効果型トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。支持体として、その他、導電性基板(金等の金属、高配向性グラファイトから成る基板)を挙げることができる。また、本発明において、半導体装置の構成、構造によっては、半導体装置が支持部材上に設けられているが、この支持部材も上述した材料から構成することができる。電子装置や半導体装置を樹脂にて封止してもよい。 In the field effect transistor of the present invention, as a support, various glass substrates, various glass substrates with an insulating layer formed on the surface, a quartz substrate, a quartz substrate with an insulating layer formed on the surface, and an insulating layer on the surface A silicon substrate formed can be mentioned. Furthermore, as a support, polyethersulfone (PES), polyimide, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (polymethyl methacrylate, PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylphenol (PVP) And a plastic film, a plastic sheet, and a plastic substrate made of a polymer material exemplified in the above. If a support made of such a flexible polymer material is used, for example, A field effect transistor can be incorporated or integrated into a display device or electronic device having a curved surface. Other examples of the support include a conductive substrate (a substrate made of a metal such as gold or highly oriented graphite). In the present invention, depending on the configuration and structure of the semiconductor device, the semiconductor device is provided on the support member, but this support member can also be made of the above-described materials. An electronic device or a semiconductor device may be sealed with resin.
本発明の電界効果型トランジスタを、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体に多数の電界効果型トランジスタを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各電界効果型トランジスタを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。また、電界効果型トランジスタを樹脂にて封止してもよい。 When the field effect transistor of the present invention is applied to and used in a display device or various electronic devices, it may be a monolithic integrated circuit in which a number of field effect transistors are integrated on a support, or each field effect transistor may be cut. It may be individualized and used as a discrete part. Further, the field effect transistor may be sealed with resin.
本発明においては、π電子共役系分子を構成単位として、共有結合のような分子間力に比べ遥かに強い力で、互いに略直交するように、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とが接続(固定)されることによって、隣接する接続分子間における第1のπ電子共役系分子同士が分子面が平行に揃うように積層状態となり、且つ、隣接する接続分子間における第2のπ電子共役系分子同士が分子面が平行に揃うように積層状態となる。それ故、有機化合物結晶において2次元的エネルギーバンド構造が形成される結果、電界効果型トランジスタのチャネル形成領域を構成する材料として適した材料となり、高移動度を実現することが可能となる。即ち、本発明にあっては、有機化合物結晶の2つのスタック軸を含む面内でエネルギーバンド構造が等方的となることから、従来の1次元的エネルギーバンド構造を有する材料から構成されたチャネル形成領域よりも、チャネル形成領域における有機化合物結晶の配向の自由度が高く、扱いが容易であり、しかも、移動度の向上を図ることができる。 In the present invention, the first π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule are made substantially perpendicular to each other with a force much stronger than an intermolecular force such as a covalent bond. When the π-electron conjugated molecules are connected (fixed), the first π-electron conjugated molecules between adjacent connecting molecules are in a stacked state so that the molecular planes are aligned in parallel, and adjacent connecting molecules The second π-electron conjugated molecules between them are stacked so that the molecular planes are aligned in parallel. Therefore, as a result of the formation of a two-dimensional energy band structure in the organic compound crystal, it becomes a material suitable as a material constituting the channel formation region of the field effect transistor, and high mobility can be realized. That is, in the present invention, since the energy band structure is isotropic within the plane including the two stack axes of the organic compound crystal, the channel is made of a material having a conventional one-dimensional energy band structure. The degree of freedom of orientation of the organic compound crystal in the channel formation region is higher than that in the formation region, the handling is easy, and the mobility can be improved.
しかも、本発明において、大きな原子軌道を有するカルコゲン原子をπ電子共役系分子内に多数導入すれば、例えば、炭素原子と水素原子とから成るアセン系炭化水素に比べて、π電子共役系分子間の相互作用が強くなる。即ち、カルコゲン原子の軌道の重なりによりバンド幅が拡大し、異方性が緩和され、電界効果型トランジスタのチャネル形成領域における荷電キャリアの輸送性能の向上を図ることができる。更には、カルコゲン原子を、分子骨格が形成するπ電子共役系に参画できるような位置とし、加えて、カルコゲン原子が出来るだけ分子外周に位置するような構造とすれば、即ち、π電子共役系分子の外周に配置すれば、分子間で分子面の横方向のπ電子共役系分子間の相互作用も可能となる。そして、これによって、2次元的な伝導パスを有し、且つ、伝導バンド幅の増大を図ることができる。その結果、高移動度を有する有機能動素子を構成する材料として用いることができる。即ち、カルコゲン原子を導入した有機化合物結晶をチャネル形成領域を構成する材料として用いれば、電界効果型トランジスタとしての有機トランジスタの性能を一層向上させることができる。 Moreover, in the present invention, if a large number of chalcogen atoms having large atomic orbitals are introduced into the π-electron conjugated molecule, for example, compared to an acene hydrocarbon composed of a carbon atom and a hydrogen atom, the π-electron conjugated intermolecular molecule The interaction becomes stronger. That is, the band width is expanded by the overlap of the chalcogen atom orbits, the anisotropy is relaxed, and the charge carrier transport performance in the channel formation region of the field effect transistor can be improved. Furthermore, if the chalcogen atom is positioned so that it can participate in the π-electron conjugated system formed by the molecular skeleton, and the chalcogen atom is positioned as much as possible on the outer periphery of the molecule, that is, the π-electron conjugated system. When arranged on the outer periphery of the molecule, interaction between π-electron conjugated molecules in the lateral direction of the molecular plane between the molecules is also possible. As a result, a two-dimensional conduction path is provided and the conduction bandwidth can be increased. As a result, it can be used as a material constituting an organic active element having high mobility. That is, if an organic compound crystal into which chalcogen atoms are introduced is used as a material constituting the channel formation region, the performance of the organic transistor as a field effect transistor can be further improved.
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
実施例1は、本発明の有機化合物結晶、及び、電界効果型トランジスタに関する。 Example 1 relates to an organic compound crystal and a field effect transistor of the present invention.
実施例1の有機化合物結晶は、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とがスピロ結合に基づき接続されて成る接続分子が、複数、積層された有機化合物結晶である。そして、各接続分子において、第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とは、図1に示すように、略直交(実施例1においては、直交)している。また、第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とが同一平面内にあると仮定したとき、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第1のπ電子共役系分子と、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第2のπ電子共役系分子とは、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子との接続点を中心に180度回転させたとき、重なり合っている。 The organic compound crystal of Example 1 is an organic compound crystal in which a plurality of connecting molecules formed by connecting a first π-electron conjugated molecule and a second π-electron conjugated molecule based on a spiro bond are stacked. . In each connecting molecule, the molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are substantially orthogonal as shown in FIG. 1 (in Example 1, orthogonal) )is doing. In addition, when it is assumed that the molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are in the same plane, when the functional group has a functional group, The first π-electron conjugated system molecule when it is replaced with and the second π-electron conjugated system molecule when the functional group is replaced with a hydrogen atom when it has a functional group are the first π When rotated 180 degrees around the connection point between the electron conjugated molecule and the second π electron conjugated molecule, they overlap.
ここで、第1のπ電子共役系分子及び第2のπ電子共役系分子は、構造式(2)及び構造式(2’)に示すメチレンジチオ−テトラチアフルバレン(MDT−TTF)系分子から成り、接続分子は、構造式(1)に示す構造を有する。但し、R1、R2、R3及びR4は、実施例1にあっては、水素原子である。以下、構造式(1)に示す接続分子を、スピロMDT−TTFと呼ぶ。スピロMDT−TTFは、D2dの対称性を有する。また、一般に、本発明の有機化合物結晶を構成する接続分子は、略D2dの対称性を有するといえる。 Here, the first π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule are derived from a methylenedithio-tetrathiafulvalene (MDT-TTF) molecule represented by the structural formula (2) and the structural formula (2 ′). The connecting molecule has a structure represented by the structural formula (1). However, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms in Example 1. Hereinafter, the connecting molecule represented by the structural formula (1) is referred to as spiro MDT-TTF. Spiro MDT-TTF has D 2d symmetry. In general, it can be said that the connecting molecule constituting the organic compound crystal of the present invention has approximately D 2d symmetry.
スピロMDT−TTFについて、計算シミュレーションにより、直交バンド構造の実現可能性について調べた。尚、バンド解析には、第一原理電子状態計算プログラムVASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)(G. Kresse and J. Furthmuller, Vienna Ab-initio Simulation Package, see at the website, http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/vasp.html 参照)を用い、一般化勾配近似(GGA)に基づく密度汎関数法(DFT)により計算した。 About spiro MDT-TTF, the feasibility of the orthogonal band structure was investigated by calculation simulation. For band analysis, the first principle electronic state calculation program VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) (G. Kresse and J. Furthmuller, Vienna Ab-initio Simulation Package, see at the website, http: // cms. mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/vasp.html), and the density functional method (DFT) based on generalized gradient approximation (GGA) was used.
図2に、適切な初期構造から電子状態計算により構造緩和を行って得られた有機化合物結晶の結晶構造を示す。即ち、この有機化合物結晶においては、隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子と第1のπ電子共役系分子とは、積層状態にあり(互いに平行に配置されており)、隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とは、積層状態にある(互いに平行に配置されている)。 FIG. 2 shows a crystal structure of an organic compound crystal obtained by performing structure relaxation by electronic state calculation from an appropriate initial structure. That is, in this organic compound crystal, the first π-electron conjugated molecule and the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state (arranged in parallel to each other), The second π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state (arranged in parallel to each other).
図3に、このときの、各々のスタック軸方向に沿ったエネルギーバンド構造を示す。BMDT−TTFの場合(図9参照)と異なり、スピロMDT−TTFにあっては、等方的なエネルギーバンド構造が形成されることを確認できた。 FIG. 3 shows the energy band structure along each stack axis direction at this time. Unlike in the case of BMDT-TTF (see FIG. 9), it was confirmed that an isotropic energy band structure was formed in spiro MDT-TTF.
尚、第1のπ電子共役系分子及び第2のπ電子共役系分子は、カルコゲン原子(硫黄原子,S)を構成要素として含み、隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子間の距離が短く、隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子間の距離が短く、隣接する接続分子における第1のπ電子共役系分子同士が相互に連結され、有機化合物結晶にあっては、隣接する接続分子における第2のπ電子共役系分子同士が相互に連結された3次元的周期構造を有する。即ち、スピロMDT−TTFを構成するMDT−TTFにおけるカルコゲン原子(硫黄原子)のファンデルワールス半径をr1,r2としたとき、スピロMDT−TTFを構成する第1のπ電子共役系分子(若しくは第2のπ電子共役系分子)に相当するMDT−TTFにおけるカルコゲン原子(Xi)と、このスピロMDT−TTFに隣接するスピロMDT−TTFを構成する第1のπ電子共役系分子(若しくは第2のπ電子共役系分子)に相当するMDT−TTFにおけるカルコゲン原子(Xj)とにおいて、少なくとも1組のカルコゲン原子(Xi,Xj)の間の距離Rijは、
Rij≦(r1+r2)×1.1=3.96Å
を満足している。具体的には、Rijの値として、3.96Å、3.95Å等を挙げることができる。また、カルコゲン原子であるS(硫黄)はπ電子共役系に含まれ、あるいは、π電子共役系と共役しており、あるいは、π電子共役系に参画しており、あるいは、π電子共役系に取り込まれている。更には、各π電子共役系分子において、カルコゲン原子であるS(硫黄)は、π電子共役系分子の外周に配置されている。π電子共役系分子(MDT−TTF)の分子量(C7S6H4:280.47)に対する総カルコゲン原子質量の割合は40%以上(具体的には、68.6%)である。
The first π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule include a chalcogen atom (sulfur atom, S) as a constituent element, and the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule. The distance between the chalcogen atoms in the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule is short, and the first π-electron conjugated molecule in the adjacent connecting molecule is mutually connected. The connected organic compound crystal has a three-dimensional periodic structure in which second π-electron conjugated molecules in adjacent connecting molecules are connected to each other. That is, when the van der Waals radii of chalcogen atoms (sulfur atoms) in the MDT-TTF constituting the spiro MDT-TTF are r 1 and r 2 , the first π-electron conjugated molecule constituting the spiro MDT-TTF Alternatively, the chalcogen atom (X i ) in MDT-TTF corresponding to the second π-electron conjugated molecule and the first π-electron conjugated molecule (or the spir MDT-TTF adjacent to the spiro MDT-TTF) (or in chalcogen atom and (X j) in MDT-TTF corresponding to the second π-electron conjugated molecules), the distance R ij between at least one pair of chalcogen atoms (X i, X j) is
R ij ≦ (r 1 + r 2 ) × 1.1 = 3.96Å
Is satisfied. Specifically, examples of the value of R ij include 3.96Å, 3.95Å, and the like. Further, S (sulfur) which is a chalcogen atom is included in the π-electron conjugated system, is conjugated with the π-electron conjugated system, participates in the π-electron conjugated system, or is added to the π-electron conjugated system. It has been captured. Furthermore, in each π-electron conjugated molecule, S (sulfur) that is a chalcogen atom is arranged on the outer periphery of the π-electron conjugated molecule. The ratio of the total chalcogen atom mass to the molecular weight (C 7 S 6 H 4 : 280.47) of the π-electron conjugated molecule (MDT-TTF) is 40% or more (specifically, 68.6%).
実施例1の電界効果型トランジスタ(FET)は、上述した有機化合物結晶から成るチャネル形成領域を備えている。実施例1の電界効果型トランジスタは、第1の構造を有する、所謂ボトムゲート/トップコンタクト型の薄膜トランジスタ(TFT)であり、図4の(A)に模式的な一部断面図を示すように、
(a)支持体11上に形成されたゲート電極12、
(b)ゲート電極12及び支持体11上に形成されたゲート絶縁層13、
(c)ゲート絶縁層13上に形成されたチャネル形成領域15及びチャネル形成領域延在部15A、並びに、
(d)チャネル形成領域延在部15A上に形成されたソース/ドレイン電極14、
を備えている。
The field effect transistor (FET) of Example 1 includes a channel formation region made of the organic compound crystal described above. The field effect transistor of Example 1 is a so-called bottom gate / top contact type thin film transistor (TFT) having the first structure, and a schematic partial sectional view is shown in FIG. ,
(A) a
(B) a
(C) a
(D) source /
It has.
更には、全面に絶縁層(図示せず)が形成され、ソース/ドレイン電極14に接続された配線(図示せず)が絶縁層上に形成されている。
Furthermore, an insulating layer (not shown) is formed on the entire surface, and wiring (not shown) connected to the source /
以下、実施例1のボトムゲート/トップコンタクト型のTFTの製造方法の概要を説明する。 The outline of the method for manufacturing the bottom gate / top contact type TFT of Example 1 will be described below.
[工程−100]
先ず、スピロMDT−TTFから成る有機化合物結晶を作製する。具体的には、文献 Y. Misaki et al., Chem. Lett. 729 (1993) を参考にして、図6に示すように、化合物1、化合物2の合成を行う。次いで、化合物2と、テトラヨードメタンを反応させることによって、化合物3で示すスピロMDT−TTFから成る有機化合物結晶を得ることができる。
[Step-100]
First, an organic compound crystal made of spiro MDT-TTF is prepared. Specifically, referring to the literature Y. Misaki et al., Chem. Lett. 729 (1993), compounds 1 and 2 are synthesized as shown in FIG. Next, by reacting
[工程−110]
一方、表面にSiO2層(図示せず)が形成されたガラス基板から成る支持体11上にゲート電極12を形成する。具体的には、支持体11上に、ゲート電極12を形成すべき部分が除去されたレジスト層(図示せず)を、リソグラフィ技術に基づき形成する。その後、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ゲート電極12としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフトオフ法に基づき、ゲート電極12を得ることができる。
[Step-110]
On the other hand, a
[工程−120]
次に、ゲート電極12を含む支持体11上にゲート絶縁層13を形成する。具体的には、SiO2から成るゲート絶縁層13を、スパッタリング法に基づきゲート電極12及び支持体11上に形成する。ゲート絶縁層13の成膜を行う際、ゲート電極12の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極12の取出部(図示せず)をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-120]
Next, the
[工程−130]
次に、ゲート絶縁層13上に、チャネル形成領域15及びチャネル形成領域延在部15Aを形成する。具体的には、先に説明した有機化合物結晶から成るチャネル形成領域を形成する方法(例えば、真空蒸着法)に基づき、チャネル形成領域15及びチャネル形成領域延在部15Aをゲート絶縁層13上に形成することができる。
[Step-130]
Next, a
[工程−140]
その後、チャネル形成領域延在部15Aの上に、チャネル形成領域15を挟むようにソース/ドレイン電極14を形成する(図4の(A)参照)。具体的には、全面に、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。ソース/ドレイン電極14の成膜を行う際、チャネル形成領域延在部15Aの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-140]
Thereafter, the source /
[工程−150]
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層(図示せず)を形成し、ソース/ドレイン電極14の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース/ドレイン電極14に接続された配線(図示せず)が絶縁層上に形成された実施例1の半導体装置を完成させることができる。
[Step-150]
Finally, an insulating layer (not shown) as a passivation film is formed on the entire surface, an opening is formed in the insulating layer above the source /
実施例2は、実施例1の変形である。実施例2におけるTFTは、所謂ボトムゲート/ボトムコンタクト型であり、図4の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(a)支持体11上に形成されたゲート電極12、
(b)ゲート電極12及び支持体11上に形成されたゲート絶縁層13、
(c)ゲート絶縁層13上に形成されたソース/ドレイン電極14、並びに、
(d)ソース/ドレイン電極14の間のゲート絶縁層13の部分の上に形成されたチャネル形成領域15、
を備えている。
The second embodiment is a modification of the first embodiment. The TFT in Example 2 is a so-called bottom gate / bottom contact type, and a schematic partial cross-sectional view is shown in FIG.
(A) a
(B) a
(C) a source /
(D) a
It has.
以下、実施例2のボトムゲート/ボトムコンタクト型のTFTの製造方法の概要を説明する。 Hereinafter, an outline of a manufacturing method of the bottom gate / bottom contact type TFT of Example 2 will be described.
[工程−200]
先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、スピロMDT−TTFを得ておく。また、実施例1の[工程−110]と同様にして、支持体11上にゲート電極12を形成した後、実施例1の[工程−120]と同様にして、ゲート電極12及び支持体11上にゲート絶縁層13を形成する。
[Step-200]
First, a spiro MDT-TTF is obtained in the same manner as in [Step-100] of Example 1. Further, after forming the
[工程−210]
次に、ゲート絶縁層13の上に金(Au)層から成るソース/ドレイン電極14を形成する。具体的には、ゲート絶縁層13上に、ソース/ドレイン電極14を形成すべき部分が除去されたレジスト層をリソグラフィ技術に基づき形成する。そして、[工程−110]と同様にして、レジスト層及びゲート絶縁層13上に、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフトオフ法に基づき、ソース/ドレイン電極14を得ることができる。
[Step-210]
Next, a source /
[工程−220]
その後、[工程−100]において得られたスピロMDT−TTFに基づき、実施例1の[工程−130]と同様の方法に基づき、ソース/ドレイン電極14の間のゲート絶縁層13の部分の上にチャネル形成領域15を形成する。
[Step-220]
Thereafter, based on the spiro MDT-TTF obtained in [Step-100], on the part of the
[工程−230]
最後に、実施例1の[工程−150]と同様の工程を実行することで、実施例2の半導体装置を完成させる。
[Step-230]
Finally, the same process as [Step-150] of the first embodiment is performed to complete the semiconductor device of the second embodiment.
実施例3も、実施例1の変形である。実施例3におけるTFTは、所謂トップゲート/トップコンタクト型であり、図5の(A)に模式的な一部断面図を示すように、
(a)支持体11上に形成されたチャネル形成領域15及びチャネル形成領域延在部15A、
(b)チャネル形成領域延在部15A上に形成されたソース/ドレイン電極14、
(c)ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に形成されたゲート絶縁層13、並びに、
(d)ゲート絶縁層13上に形成されたゲート電極12、
を備えている。
The third embodiment is also a modification of the first embodiment. The TFT in Example 3 is a so-called top gate / top contact type, and as shown in a schematic partial sectional view in FIG.
(A) a
(B) source /
(C) a
(D) a
It has.
以下、実施例3のトップゲート/トップコンタクト型のTFTの製造方法の概要を説明する。 The outline of the method for manufacturing the top gate / top contact type TFT of Example 3 will be described below.
[工程−300]
先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、スピロMDT−TTFを得ておく。
[Step-300]
First, a spiro MDT-TTF is obtained in the same manner as in [Step-100] of Example 1.
[工程−310]
一方、表面にSiO2層(図示せず)が形成されたガラス基板から成る支持体11上に、実施例1の[工程−130]と同様の方法に基づき、チャネル形成領域15及びチャネル形成領域延在部15Aを形成する。
[Step-310]
On the other hand, a
[工程−320]
次いで、チャネル形成領域延在部15A上に、チャネル形成領域15を挟むようにソース/ドレイン電極14を形成する。具体的には、全面に、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。ソース/ドレイン電極14の成膜を行う際、チャネル形成領域延在部15Aの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-320]
Next, the source /
[工程−330]
次いで、ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に、ゲート絶縁層13を形成する。具体的には、PVAをスピンコーティング法にて全面に成膜することで、ゲート絶縁層13を得ることができる。
[Step-330]
Next, the
[工程−340]
その後、ゲート絶縁層13上にゲート電極12を形成する。具体的には、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ゲート電極12としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜する。ゲート電極12の成膜を行う際、ゲート絶縁層13の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極12をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。こうして、図5の(A)に示す構造を得ることができる。
[Step-340]
Thereafter, the
[工程−350]
最後に、実施例1の[工程−150]と同様の工程を実行することで、実施例3の半導体装置を完成させる。
[Step-350]
Finally, the same process as [Step-150] in Example 1 is performed to complete the semiconductor device in Example 3.
実施例4も、実施例1の変形である。実施例4におけるTFTは、所謂トップゲート/ボトムコンタクト型であり、図5の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(a)支持体11上に形成されたソース/ドレイン電極14、
(b)ソース/ドレイン電極14の間の支持体11の部分の上に形成されたチャネル形成領域15、
(c)チャネル形成領域15上に形成されたゲート絶縁層13、並びに、
(d)ゲート絶縁層13上に形成されたゲート電極12、
を備えている。
The fourth embodiment is also a modification of the first embodiment. The TFT in Example 4 is a so-called top gate / bottom contact type, and a schematic partial sectional view is shown in FIG.
(A) source /
(B) a
(C) the
(D) a
It has.
以下、実施例4のトップゲート/ボトムコンタクト型のTFTの製造方法の概要を説明する。 The outline of the method for manufacturing the top gate / bottom contact type TFT of Example 4 will be described below.
[工程−400]
先ず、実施例2の[工程−100]と同様にして、スピロMDT−TTFを得ておく。
[Step-400]
First, the spiro MDT-TTF is obtained in the same manner as in [Step-100] of Example 2.
[工程−410]
一方、表面にSiO2層(図示せず)が形成されたガラス基板から成る支持体11上に、ソース/ドレイン電極を形成する。具体的には、支持体11上に、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を真空蒸着法に基づき形成する。ソース/ドレイン電極14の成膜を行う際、支持体11の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-410]
On the other hand, source / drain electrodes are formed on a support 11 made of a glass substrate having a SiO 2 layer (not shown) formed on the surface. Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a source /
[工程−420]
その後、ソース/ドレイン電極14の間の支持体11上に、実施例1の[工程−130]と同様の方法に基づき、チャネル形成領域15を形成する。実施例4においては、実際には、ソース/ドレイン電極14の上にチャネル形成領域延在部15Aが形成される。
[Step-420]
Thereafter, a
[工程−430]
次に、ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に(実際には、チャネル形成領域15及びチャネル形成領域延在部15A上に)、実施例3の[工程−330]と同様にして、ゲート絶縁層13を形成する。
[Step-430]
Next, on the source /
[工程−440]
その後、実施例3の[工程−340]と同様にして、ゲート絶縁層13上にゲート電極12を形成する。こうして、図5の(B)に示す構造を得ることができる。
[Step-440]
Thereafter, the
[工程−450]
最後に、実施例1の[工程−150]と同様の工程を実行することで、実施例4の半導体装置を完成させる。
[Step-450]
Finally, the same process as [Step-150] of the first embodiment is performed to complete the semiconductor device of the fourth embodiment.
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。半導体装置の構造や構成、製造条件は例示であり、適宜変更することができる。本発明によって得られた電界効果型トランジスタ(TFT)を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体や支持部材に多数のTFTを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各TFTを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The structure, configuration, and manufacturing conditions of the semiconductor device are examples, and can be changed as appropriate. When the field effect transistor (TFT) obtained by the present invention is applied to and used in a display device or various electronic devices, a monolithic integrated circuit in which a large number of TFTs are integrated on a support or a support member may be used. The TFT may be cut and individualized and used as a discrete component.
11・・・支持体、12・・・ゲート電極、13・・・ゲート絶縁層、14・・・ソース/ドレイン電極、15・・・チャネル形成領域、15A・・・チャネル形成領域延在部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Support body, 12 ... Gate electrode, 13 ... Gate insulating layer, 14 ... Source / drain electrode, 15 ... Channel formation region, 15A ... Channel formation region extension part
Claims (8)
各接続分子において、
(A)第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とは、略直交しており、
(B)第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とが同一平面内にあると仮定したとき、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第1のπ電子共役系分子と、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第2のπ電子共役系分子とは、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子との接続点を中心に180度回転させたとき、重なり合い、
有機化合物結晶において、
(C)隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子と第1のπ電子共役系分子とは、積層状態にあり、
(D)隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とは、積層状態にあることを特徴とする有機化合物結晶。 A plurality of connecting molecules formed by connecting a first π-electron conjugated molecule and a second π-electron conjugated molecule based on a spiro bond are stacked organic compound crystals,
In each connecting molecule,
(A) The molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are substantially orthogonal,
(B) When it is assumed that the molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are in the same plane, if the functional group has a functional group, the functional group is The first π-electron conjugated molecule when it is replaced with an atom, and the second π-electron conjugated molecule when the functional group is replaced with a hydrogen atom when it has a functional group are the first When rotated 180 degrees around the connection point between the π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule, they overlap,
In organic compound crystals,
(C) The first π-electron conjugated molecule and the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state,
(D) An organic compound crystal, wherein the second π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state.
隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子間の距離が短く、
隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子間の距離が短く、
隣接する接続分子における第1のπ電子共役系分子同士が相互に連結され、隣接する接続分子における第2のπ電子共役系分子同士が相互に連結された3次元的周期構造を有することを特徴とする請求項1に記載の有機化合物結晶。 The first π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule contain a chalcogen atom as a constituent element,
The distance between chalcogen atoms in the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule is short,
The distance between chalcogen atoms in the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule is short,
It has a three-dimensional periodic structure in which the first π-electron conjugated molecules in adjacent connecting molecules are connected to each other, and the second π-electron conjugated molecules in adjacent connecting molecules are connected to each other. The organic compound crystal according to claim 1.
Rij≦(r1+r2)×1.1
を満足することを特徴とする請求項2に記載の有機化合物結晶。 The van der Waals radius of the chalcogen atom in the first or second π electron conjugated system molecule constituting the connecting molecule is r 1, and the first or second π electron conjugated system constituting the connecting molecule adjacent to the connecting molecule. When the van der Waals radius of the chalcogen atom in the molecule is r 2 , the chalcogen atom (X i ) in the first or second π-electron conjugated molecule constituting the connecting molecule and the connecting molecule adjacent to the connecting molecule are The distance R ij between at least one set of chalcogen atoms (X i , X j ) with the chalcogen atom (X j ) in the first or second π-electron conjugated molecule constituting
R ij ≦ (r 1 + r 2 ) × 1.1
The organic compound crystal according to claim 2, wherein:
The connecting molecule has the following structural formula (1) [wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent either a hydrogen atom or an alkyl group having 10 or less carbon atoms]. The organic compound crystal according to claim 1.
該有機化合物結晶は、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とがスピロ結合に基づき接続されて成る接続分子が、複数、積層されており、
各接続分子において、
(A)第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とは、略直交しており、
(B)第1のπ電子共役系分子の分子面と第2のπ電子共役系分子の分子面とが同一平面内にあると仮定したとき、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第1のπ電子共役系分子と、官能基を有する場合には該官能基を水素原子で置き換えたとしたときの第2のπ電子共役系分子とは、第1のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子との接続点を中心に180度回転させたとき、重なり合い、
有機化合物結晶において、
(C)隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子と第1のπ電子共役系分子とは、積層状態にあり、
(D)隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子と第2のπ電子共役系分子とは、積層状態にあることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 A field effect transistor having a channel formation region made of an organic compound crystal,
In the organic compound crystal, a plurality of connecting molecules formed by connecting the first π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule based on a spiro bond are stacked,
In each connecting molecule,
(A) The molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are substantially orthogonal,
(B) When it is assumed that the molecular plane of the first π-electron conjugated molecule and the molecular plane of the second π-electron conjugated molecule are in the same plane, if the functional group has a functional group, the functional group is The first π-electron conjugated molecule when it is replaced with an atom, and the second π-electron conjugated molecule when the functional group is replaced with a hydrogen atom when it has a functional group, are the first When rotated 180 degrees around the connection point between the π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule, they overlap,
In organic compound crystals,
(C) The first π-electron conjugated molecule and the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state,
(D) A field effect transistor characterized in that the second π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule are in a stacked state.
隣接する接続分子を構成する第1のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子間の距離が短く、
隣接する接続分子を構成する第2のπ電子共役系分子におけるカルコゲン原子間の距離が短く、
隣接する接続分子における第1のπ電子共役系分子同士が相互に連結され、隣接する接続分子における第2のπ電子共役系分子同士が相互に連結された3次元的周期構造を有することを特徴とする請求項5に記載の電界効果型トランジスタ。 The first π-electron conjugated molecule and the second π-electron conjugated molecule contain a chalcogen atom as a constituent element,
The distance between chalcogen atoms in the first π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule is short,
The distance between chalcogen atoms in the second π-electron conjugated molecule constituting the adjacent connecting molecule is short,
It has a three-dimensional periodic structure in which the first π-electron conjugated molecules in adjacent connecting molecules are connected to each other, and the second π-electron conjugated molecules in adjacent connecting molecules are connected to each other. The field effect transistor according to claim 5.
Rij≦(r1+r2)×1.1
を満足することを特徴とする請求項6に記載の電界効果型トランジスタ。 The van der Waals radius of the chalcogen atom in the first or second π electron conjugated system molecule constituting the connecting molecule is r 1, and the first or second π electron conjugated system constituting the connecting molecule adjacent to the connecting molecule. When the van der Waals radius of the chalcogen atom in the molecule is r 2 , the chalcogen atom (X i ) in the first or second π-electron conjugated molecule constituting the connecting molecule and the connecting molecule adjacent to the connecting molecule are The distance R ij between at least one set of chalcogen atoms (X i , X j ) with the chalcogen atom (X j ) in the first or second π-electron conjugated molecule constituting
R ij ≦ (r 1 + r 2 ) × 1.1
The field effect transistor according to claim 6, wherein:
The connecting molecule has the following structural formula (1) [wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent either a hydrogen atom or an alkyl group having 10 or less carbon atoms]. 6. The field effect transistor according to claim 5, wherein
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102596566A (en) * | 2009-08-28 | 2012-07-18 | 旭硝子株式会社 | Support, glass substrate laminate, support-equipped display device panel, and method for manufacturing a display device panel |
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-
2004
- 2004-07-28 JP JP2004219648A patent/JP2006041220A/en active Pending
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