JP2006049776A - Field effect type organic transistor - Google Patents

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Shinichi Nakamura
真一 中村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect organic transistor which is improved in on/off ratio and low of threshold voltage. <P>SOLUTION: The field effect organic transistor comprises a source electrode 15, drain electrode 14, gate electrode 12, gate insulating layer 13, and organic semiconductor layer 16. The organic semiconductor layer 16 contains an organic semiconductor compound and such compound as can bond with or include ion. The compound is crown ether compound, alumina compound, silicon compound, or titanium compound. The organic semiconductor compound is conjugated polymer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は電界効果型有機トランジスタに関して、特に表示デバイス、情報タグ、IC等のエレクトロ分野に有用な有機半導体層を有する電界効果型有機トランジスタに関するものである。   The present invention relates to a field effect organic transistor, and more particularly to a field effect organic transistor having an organic semiconductor layer useful in the electro field such as a display device, an information tag, and an IC.

有機半導体を利用した有機トランジスタは、シリコントランジスタでは困難とされるプラスチック基板上への製造や大画面化が可能である。特に可溶性有機半導体を利用したものは真空プロセスを必要としない為に低コスト化が可能であり、フレキシブルな電子ペーパー、情報タグ等の新しいデバイスへの適用が期待されている。   An organic transistor using an organic semiconductor can be manufactured on a plastic substrate and have a large screen, which is difficult for a silicon transistor. In particular, those using soluble organic semiconductors can be reduced in cost because they do not require a vacuum process, and are expected to be applied to new devices such as flexible electronic paper and information tags.

しかしながら、有機トランジスタは未だ実用レベルの特性が得られていない。例えば移動度が低い、オンオフ比が低い、閾値電圧が高い、経時的に劣化し易い等の多くの課題が未解決である。この様な特性を悪化させる原因の1つとして有機半導体の純度が低いことが指摘されている。そのために、特許文献1及び特許文献2には、有機半導体を精製することで不純物を取り除き、特性を改善できることが開示されている。
特開2004−63978 特開2004−83650
However, practical characteristics have not yet been obtained for organic transistors. For example, many problems such as low mobility, low on / off ratio, high threshold voltage, and easy deterioration over time have not been solved. It has been pointed out that the purity of the organic semiconductor is low as one of the causes for deteriorating such characteristics. Therefore, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose that impurities can be removed and characteristics can be improved by purifying an organic semiconductor.
JP 2004-63978 A JP 2004-83650 A

しかしながら、有機物はその合成工程において、原料、溶媒、触媒、副生成物、ガラス容器、環境等から混入する不純物を一般的手法により完全に取り除くことは不可能である。特に共役高分子化合物は低分子化合物で有効な精製法である昇華精製が適用できない為に高純度化が極めて困難である。また、精製工程を増やしたり、特殊な精製を行うことはコストの増加にもつながる。   However, it is impossible to completely remove impurities mixed from raw materials, solvents, catalysts, by-products, glass containers, environments and the like in the synthesis process by a general method. In particular, conjugated polymer compounds are extremely difficult to purify because they cannot be applied to sublimation purification, which is an effective purification method for low molecular compounds. In addition, increasing the number of purification steps or performing special purification leads to an increase in cost.

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、オンオフ比が改善され、閾値電圧が低い電界効果型有機トランジスタを提供するものである。
また、本発明は、有機半導体の高度な精製法を必要としない、低コストな電界効果型有機トランジスタを提供するものである。
The present invention has been made in view of such background art, and provides a field effect organic transistor having an improved on / off ratio and a low threshold voltage.
The present invention also provides a low-cost field-effect organic transistor that does not require an advanced method for purifying organic semiconductors.

すなわち本発明は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁層及び有機半導体層を有する電界効果型有機トランジスタであって、該有機半導体層が有機半導体化合物と、イオンと結合または包接可能な化合物とを含有することを特徴とする電界効果型有機トランジスタである。   That is, the present invention is a field effect organic transistor having a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a gate insulating layer, and an organic semiconductor layer, and the organic semiconductor layer can be combined with or include an organic semiconductor compound and ions. A field effect organic transistor comprising a compound.

好ましくは前記化合物が、クラウンエーテル化合物、アルミナ化合物、ケイ素化合物、チタン化合物である。更に好ましくは前記化合物が14−クラウン−4エーテル誘導体、15−クラウン−5エーテル誘導体、18−クラウン−6エーテル誘導体、21−クラウン−7エーテル誘導体、24−クラウン−8エーテル誘導体、4,10−ジアザ−12−クラウン−4エーテル誘導体、4,10−ジアザ−15−クラウン−5エーテル誘導体、1−アザ−15−クラウン−5エーテル誘導体、1−アザ−18−クラウン−6エーテル誘導体、4,13−ジアザ−18−クラウン−6エーテル誘導体、Al23 、SiO2 、TiO2 である。 Preferably, the compound is a crown ether compound, an alumina compound, a silicon compound, or a titanium compound. More preferably, the compound is a 14-crown-4 ether derivative, 15-crown-5 ether derivative, 18-crown-6 ether derivative, 21-crown-7 ether derivative, 24-crown-8 ether derivative, 4,10- Diaza-12-crown-4 ether derivatives, 4,10-diaza-15-crown-5 ether derivatives, 1-aza-15-crown-5 ether derivatives, 1-aza-18-crown-6 ether derivatives, 4, 13-diaza-18-crown-6 ether derivatives, Al 2 O 3, a SiO 2, TiO 2.

また、前記化合物の含有量は、有機半導体化合物に対して1.0質量%以下であるものが好ましく、更に好ましくは0.1質量%以下である。
前記有機半導体化合物は共役高分子化合物からなるものが好ましくは、更に好ましくはポリチオフェン誘導体である。また、前記共役高分子化合物の重量平均分子量は5,000〜100,000であるものが好ましい。また、前記共役高分子化合物は配向しているものが好ましい。
Moreover, what is 1.0 mass% or less with respect to an organic-semiconductor compound is preferable, and, as for content of the said compound, More preferably, it is 0.1 mass% or less.
The organic semiconductor compound is preferably a conjugated polymer compound, more preferably a polythiophene derivative. The conjugated polymer compound preferably has a weight average molecular weight of 5,000 to 100,000. The conjugated polymer compound is preferably oriented.

本発明によれば、オンオフ比が改善され、閾値電圧が低い電界効果型有機トランジスタを提供することができる。
また、有機半導体の高度な精製法を必要としない為に、低コストな電界効果型有機トランジスタを提供することができる。
According to the present invention, a field effect organic transistor having an improved on / off ratio and a low threshold voltage can be provided.
In addition, since an advanced purification method for an organic semiconductor is not required, a low-cost field effect organic transistor can be provided.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の電界効果型有機トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の3つの電極と、ゲート絶縁層及び有機半導体層とで構成された電界効果型有機トランジスタであって、該有機半導体層が有機半導体化合物と、イオンと結合または包接可能な化合物を含有することを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The field effect organic transistor of the present invention is a field effect organic transistor composed of three electrodes, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode, and a gate insulating layer and an organic semiconductor layer. It contains an organic semiconductor compound and a compound capable of binding or inclusion with ions.

本発明は、有機半導体層に含まれる不純物を取り除くのではなく、不純物を残したまま、それと相互作用をする化合物を加えることで、不純物を取り除いた時と同様にオンオフ比が改善できることを見出したものである。また、それだけでなく閾値電圧を低下させることができることを見出したものである。   The present invention has found that the on / off ratio can be improved in the same manner as when impurities are removed by adding a compound that interacts with impurities without removing impurities contained in the organic semiconductor layer. Is. In addition, the inventors have found that the threshold voltage can be lowered.

好ましくは前記化合物がクラウンエーテル化合物、アルミナ化合物、ケイ素化合物、チタン化合物である。更に好ましくは前記化合物が14−クラウン−4エーテル誘導体、15−クラウン−5エーテル誘導体、18−クラウン−6エーテル誘導体、21−クラウン−7エーテル誘導体、24−クラウン−8エーテル誘導体、4,10−ジアザ−12−クラウン−4エーテル誘導体、4,10−ジアザ−15−クラウン−5エーテル誘導体、1−アザ−15−クラウン−5エーテル誘導体、1−アザ−18−クラウン−6エーテル誘導体、4,13−ジアザ−18−クラウン−6エーテル誘導体、Al23 、SiO2 、TiO2 である。例えば以下に示す構造の化合物が挙げられる。 Preferably, the compound is a crown ether compound, an alumina compound, a silicon compound, or a titanium compound. More preferably, the compound is a 14-crown-4 ether derivative, 15-crown-5 ether derivative, 18-crown-6 ether derivative, 21-crown-7 ether derivative, 24-crown-8 ether derivative, 4,10- Diaza-12-crown-4 ether derivatives, 4,10-diaza-15-crown-5 ether derivatives, 1-aza-15-crown-5 ether derivatives, 1-aza-18-crown-6 ether derivatives, 4, 13-diaza-18-crown-6 ether derivatives, Al 2 O 3, a SiO 2, TiO 2. For example, the compound of the structure shown below is mentioned.

Figure 2006049776
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また、前記化合物の含有量は、本発明の効果を得ることができれば特に限定されないが、有機半導体化合物の本来の特性を阻害しないことを加味すると、有機半導体化合物に対して1.0質量%以下であるものが好ましく、更に好ましくは0.1質量%以下、特に0.01質量%〜0.1質量%である。また、前記化合物は1種だけでなく複数種含有することが好ましい。   In addition, the content of the compound is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained, but taking into account that the original characteristics of the organic semiconductor compound are not impaired, 1.0% by mass or less based on the organic semiconductor compound Is preferable, more preferably 0.1% by mass or less, particularly 0.01% by mass to 0.1% by mass. Moreover, it is preferable that the said compound contains not only 1 type but multiple types.

本発明で用いる有機半導体化合物は、例えば以下に示す化合物が好適である。(1)ポリアセチレン誘導体、チオフェン環を有するポリチオフェン誘導体、ポリ(3−アルキルチオフェン)誘導体、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)誘導体、ポリチエニレンビニレン誘導体、ベンゼン環を有するポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、窒素原子を有するポリピリジン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリキノリン誘導体等の共役高分子化合物、(2)ジメチルセクシチオフェン、クオータチオフェンに代表されるオリゴマー、(3)ペリレン、テトラセン、ペンタセンに代表されるアセン類、銅フタロシアニン誘導体に代表される堆積有機分子、(4)トリフェニレン誘導体に代表されるディスコチック液晶、フェニルナフタレン誘導体、ベンゾチアゾール誘導体に代表されるスメクチック液晶、(5)ポリ(9,9−ジアルキルフルオレン−ビチオフェン)共重合体に代表される液晶ポリマー等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。   As the organic semiconductor compound used in the present invention, for example, the following compounds are suitable. (1) Polyacetylene derivatives, polythiophene derivatives having a thiophene ring, poly (3-alkylthiophene) derivatives, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) derivatives, polythienylene vinylene derivatives, polyphenylene derivatives having a benzene ring, polyphenylene vinylene Derivatives, conjugated polymer compounds such as polypyridine derivatives having a nitrogen atom, polypyrrole derivatives, polyaniline derivatives, polyquinoline derivatives, (2) oligomers typified by dimethylsexithiophene and quarterthiophene, (3) typified by perylene, tetracene and pentacene Acenes, deposited organic molecules represented by copper phthalocyanine derivatives, (4) discotic liquid crystals represented by triphenylene derivatives, phenylnaphthalene derivatives, and benzothiazole derivatives. Is the smectic liquid crystal, (5) poly (9,9-dialkyl fluorene - bithiophene) is a liquid crystal polymer typified by copolymers thereof are not limited thereto.

また、好ましくは共役高分子化合物であり、ポリチオフェン誘導体が特に好ましい。例えば以下に示す構造の化合物が挙げられる。   Further, a conjugated polymer compound is preferable, and a polythiophene derivative is particularly preferable. For example, the compound of the structure shown below is mentioned.

Figure 2006049776
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Figure 2006049776
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(式中、R1 、R2 、R3 、R4 はH、Fまたは炭素原子数が1〜20のアルキル基またはアルコキシ基、パールルオロアルキル基を示す。nは正の整数を示す。)
これらの共役高分子化合物の分子量は特に限定はされないが、溶媒に対する可溶性、成膜性等を考慮すると重量平均分子量が5,000から100,000が好ましい。また、共役高分子化合物は配向していることが好ましい。配向方法としてはラビング法、温度勾配法、摩擦転写法、磁場あるいは電界印加による配向法等が挙げられる。
(In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 represent H, F, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group, or a pearl fluoroalkyl group, and n represents a positive integer.)
The molecular weight of these conjugated polymer compounds is not particularly limited, but the weight average molecular weight is preferably 5,000 to 100,000 in consideration of solubility in a solvent, film formability and the like. The conjugated polymer compound is preferably oriented. Examples of the alignment method include a rubbing method, a temperature gradient method, a friction transfer method, an alignment method by applying a magnetic field or an electric field, and the like.

本発明の電界効果型有機トランジスタの構造は、プレーナー型、スタガー型または逆スタガー型の何れにおいても有効であるが、プレーナー型を一例に図1を用いて本発明の電界効果型有機トランジスタの構造を説明する。   The structure of the field effect organic transistor of the present invention is effective in any of the planar type, staggered type, or inverted staggered type, but the structure of the field effect organic transistor of the present invention is shown in FIG. 1 using the planar type as an example. Will be explained.

図1は本発明の電界効果型有機トランジスタの一例を示す断面模式図である。同図において、本発明の電界効果型有機トランジスタは、絶縁性基板11上にゲート電極12を配置し、その上にゲート絶縁層13を配置し、更にその上にソース電極15およびドレイン電極14を配置し、その上に有機半導体層16そして最上部に保護膜17を配置してなるものである。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a field effect organic transistor of the present invention. In the figure, the field effect organic transistor of the present invention has a gate electrode 12 disposed on an insulating substrate 11, a gate insulating layer 13 disposed thereon, and a source electrode 15 and a drain electrode 14 disposed thereon. The organic semiconductor layer 16 is disposed thereon, and the protective film 17 is disposed on the top.

本発明で用いるゲート絶縁層は特に限定はされないがSiO2 、SiN、Al23 、Ta25 等の無機材料、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン等の有機材料および有機無機ハイブリッド材料を用いることができる。好ましくは、低コストにつながる液相プロセスを利用できるという観点から有機化合物が好ましい。 The gate insulating layer is particularly but not limited to SiO 2, SiN used in the present invention, Al 2 O 3, Ta 2 O 5 or the like of inorganic materials, polyimide, polyacrylonitrile, polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, polyvinyl phenol, polyethylene terephthalate Organic materials such as polyvinylidene fluoride and organic-inorganic hybrid materials can be used. Preferably, an organic compound is preferable from the viewpoint that a liquid phase process leading to low cost can be used.

絶縁性基板としては特に限定されないが、例えばガラス、石英等の無機材料のほかアクリル系、ビニル系、エステル系、イミド系、ウレタン系、ジアゾ系、シンナモイル系等の感光性高分子化合物、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン等の有機材料、有機無機ハイブリッド材料を用いることができる。また、これらの材料を2層以上積層させて用いることもでき、絶縁耐圧を上げる目的で効果がある。   The insulating substrate is not particularly limited. For example, in addition to inorganic materials such as glass and quartz, photosensitive polymer compounds such as acrylic, vinyl, ester, imide, urethane, diazo, and cinnamoyl, polyfluoride Organic materials such as vinylidene, polyethylene terephthalate, and polyethylene, and organic-inorganic hybrid materials can be used. In addition, two or more layers of these materials can be used, which is effective for increasing the withstand voltage.

さらに本発明で用いるゲート電極、ソース電極およびドレイン電極は導電体であれば特に限定はされないが、例えばAl、Cu、Ti、Au、Pt、Ag、Cr等の金属材料、ポリシリコン、シリサイド、ITO(Indium Tin Oxide)、SnO2 等の無機材料も好適であるが、ハイドープされたポリピリジン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンに代表される導電性高分子および炭素粒子、銀粒子等を分散した導電性インク等を用いることができる。特にフレキシブル電子ペーパー等に用いる場合、各電極は導電性高分子および炭素粒子、銀粒子等を分散した導電性インク等であるものが基板との熱膨張をそろえ易く好ましい。 Further, the gate electrode, the source electrode and the drain electrode used in the present invention are not particularly limited as long as they are conductors. For example, metal materials such as Al, Cu, Ti, Au, Pt, Ag, Cr, polysilicon, silicide, ITO (Indium Tin Oxide), SnO 2 and other inorganic materials are also suitable, but conductive polymers dispersed in highly doped polypyridine, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, carbon particles, silver particles, etc. are dispersed. Ink or the like can be used. In particular, when used for flexible electronic paper or the like, it is preferable that each electrode is made of a conductive polymer and a conductive ink in which carbon particles, silver particles, and the like are dispersed because the thermal expansion with the substrate can be easily achieved.

これら各電極、ゲート絶縁層の形成方法は特に限定はされないが有機材料の場合、電解重合法、キャスティング法、スピンコート法、浸漬コート法、スクリーン印刷法、マイクロモールド法、マイクロコンタクト法、ロール塗布法、インクジェット法、LB法等で形成することができる。また、用いる材料により真空蒸着法、CVD法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等も有効な形成方法である。また、これらはフォトリソグラフおよびエッチング処理により所望の形状にパターニングすることができる。その他、ソフトリソグラフ、インクジェット法も有効なパターニング方法である。また、必要に応じて各電極からの引出し電極や保護膜等を形成することができる。   The method for forming each of these electrodes and the gate insulating layer is not particularly limited. However, in the case of an organic material, an electrolytic polymerization method, a casting method, a spin coating method, a dip coating method, a screen printing method, a micromold method, a micro contact method, a roll coating method. It can be formed by a method, an inkjet method, an LB method, or the like. Depending on the material used, vacuum deposition, CVD, electron beam deposition, resistance heating deposition, sputtering, and the like are also effective formation methods. These can be patterned into a desired shape by photolithography and etching. In addition, soft lithography and inkjet methods are also effective patterning methods. Moreover, the extraction electrode from each electrode, a protective film, etc. can be formed as needed.

以下、実施例により本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1
図2は本発明の実施例に用いる電界効果型有機トランジスタを示す断面模式図である。ゲート電極21としてn型に高ドープされたシリコン基板、ゲート絶縁層22としてSiO2 、ソース電極24およびドレイン電極23として金、有機半導体層25を形成する有機半導体化合物としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)(重量平均分子量47,000)を用いる。以下に製造手順を示す。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
Example 1
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a field effect organic transistor used in an embodiment of the present invention. An n-type highly doped silicon substrate as the gate electrode 21, SiO 2 as the gate insulating layer 22, gold as the source electrode 24 and drain electrode 23, and poly (3-hexylthiophene) as the organic semiconductor compound forming the organic semiconductor layer 25 (Weight average molecular weight 47,000) is used. The manufacturing procedure is shown below.

シリコン基板上に熱酸化膜SiO2 (厚さ300nm)を形成する。その上にリフトオフ法によりチャネル長50μm、チャネル幅50mmのクロム(5nm)/金(100nm)ソースドレイン両電極を作製する。ポリ(3−ヘキシルチオフェン)1gに対してそれぞれ0.1質量%の割合で14−クラウン−4エーテルと15−クラウン−5エーテルと18−クラウン−6エーテルを加え、クロロホルム100gに溶解させる。この溶液をスピンコート法により塗布し、120℃で12時間乾燥し、有機半導体層を形成する。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に0.1mmφの金線を銀ペーストで配線し、電界効果型有機トランジスタ素子を作製する。 A thermal oxide film SiO 2 (thickness 300 nm) is formed on the silicon substrate. A chromium (5 nm) / gold (100 nm) source / drain electrode having a channel length of 50 μm and a channel width of 50 mm is formed thereon by a lift-off method. 14-crown-4 ether, 15-crown-5 ether and 18-crown-6 ether are added at a ratio of 0.1% by mass to 1 g of poly (3-hexylthiophene) and dissolved in 100 g of chloroform. This solution is applied by spin coating and dried at 120 ° C. for 12 hours to form an organic semiconductor layer. A gold wire of 0.1 mmφ is wired with a silver paste to each of the gate electrode, the drain electrode, and the source electrode to produce a field effect organic transistor element.

次にゲート電圧を0V〜−50V、ソース−ドレイン電極間の電圧0V〜−50Vでのドレイン電流を測定し、良好なIV特性が得られることが確認される。
次にドレイン電流の平方根とゲート電圧の関係からドレイン電流Id=0に外挿することにより閾値電圧Vthを求め、更に式(1)から移動度μを算出する。
Next, the drain current is measured at a gate voltage of 0 V to -50 V and a source-drain electrode voltage of 0 V to -50 V, and it is confirmed that good IV characteristics are obtained.
Next, the threshold voltage Vth is obtained by extrapolating the drain current Id = 0 from the relationship between the square root of the drain current and the gate voltage, and the mobility μ is further calculated from the equation (1).

Figure 2006049776
Figure 2006049776

(式中、μは移動度、Idはドレイン電流(A)、Wはチャネル幅(cm)、Lはチャネル長(cm)、Ciはゲート絶縁層の単位面積あたりの容量(F/cm2 )、Vgはゲート電圧(V)、Vthは閾値電圧(V))
また、ゲート電圧0V、ソース−ドレイン電極間−50Vのときのドレイン電流(オフ電流)とゲート電圧−50V、ソース−ドレイン電極間−50Vのときのドレイン電流(オン電流)の比からオンオフ比を算出する。
(Wherein μ is mobility, Id is drain current (A), W is channel width (cm), L is channel length (cm), and Ci is capacitance per unit area of the gate insulating layer (F / cm 2 ). , Vg is the gate voltage (V), Vth is the threshold voltage (V))
The on / off ratio is calculated from the ratio of the drain current (off current) when the gate voltage is 0 V and the source-drain electrode is -50 V and the drain current (on current) when the gate voltage is -50 V and the source-drain electrode is -50 V. calculate.

実施例2
実施例1で使用した14−クラウン−4エーテルと15−クラウン−5エーテルの代わりに、4,10−ジアザ−12−クラウン−4エーテル、4,10−ジアザ−15−クラウン−5エーテルを使用する以外は実施例1と同様の方法で電界効果型有機トランジスタ素子を作製する。
Example 2
Instead of the 14-crown-4 ether and 15-crown-5 ether used in Example 1, 4,10-diaza-12-crown-4 ether and 4,10-diaza-15-crown-5 ether were used. A field effect organic transistor element is produced by the same method as in Example 1 except that.

ゲート電圧を0V〜−50V、ソース−ドレイン電極間の電圧0V〜−50Vでのドレイン電流を測定し、良好なIV特性が得られることが確認される。実施例1と同様の方法で移動度、オンオフ比、閾値電圧を求めることができる。   It is confirmed that good IV characteristics can be obtained by measuring the drain current when the gate voltage is 0 V to -50 V and the voltage between the source and drain electrodes is 0 V to -50 V. The mobility, on / off ratio, and threshold voltage can be obtained by the same method as in the first embodiment.

実施例3
実施例1で使用した14−クラウン−4エーテルと15−クラウン−5エーテルと18−クラウン−6エーテルの代わりに、Al23 とSiO2 とTiO2 を使用する以外は実施例1と同様の方法で電界効果型有機トランジスタ素子を作製する。
Example 3
Similar to Example 1 except that Al 2 O 3 , SiO 2 and TiO 2 were used instead of 14-crown-4 ether, 15-crown-5 ether and 18-crown-6 ether used in Example 1. A field effect organic transistor element is produced by the method described above.

ゲート電圧を0V〜−50V、ソース−ドレイン電極間の電圧0V〜−50Vでのドレイン電流を測定し、良好なIV特性が得られることが確認される。実施例1と同様の方法で移動度、オンオフ比、閾値電圧を求めることができる。   It is confirmed that good IV characteristics can be obtained by measuring the drain current when the gate voltage is 0 V to -50 V and the voltage between the source and drain electrodes is 0 V to -50 V. The mobility, on / off ratio, and threshold voltage can be obtained by the same method as in the first embodiment.

比較例1
次に比較実験として有機半導体層としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)のみを使用する以外は実施例1と同様の方法により電界効果型有機トランジスタを作製し、実施例1と同様の手法で移動度、オンオフ比、閾値電圧を求める。その結果、実施例1〜3で作製される電界効果型有機トランジスタは比較例1で作製されるものに比べ、移動度は変化しないものの、何れもオンオフ比が2〜3桁改善され、閾値電圧が小さくなることが確認される。
Comparative Example 1
Next, as a comparative experiment, a field effect organic transistor was prepared by the same method as in Example 1 except that only poly (3-hexylthiophene) was used as the organic semiconductor layer, and the mobility, The on / off ratio and threshold voltage are obtained. As a result, the field-effect organic transistors produced in Examples 1 to 3 did not change in mobility compared to those produced in Comparative Example 1, but in all cases, the on / off ratio was improved by 2 to 3 digits and the threshold voltage was increased. Is confirmed to be small.

実施例4
図3は本発明の実施例に用いる電界効果型有機トランジスタを示す断面模式図である。ゲート電極31としてn型に高ドープされたシリコン基板、ゲート絶縁層32としてポリイミド、ソース電極34およびドレイン電極33として金、有機半導体層35を形成する有機半導体化合物としてポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−コ−ビチオフェン)(重量平均分子量28,000)を用いる。以下に製造手順を示す。
Example 4
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a field effect organic transistor used in an embodiment of the present invention. The gate electrode 31 is an n-type highly doped silicon substrate, the gate insulating layer 32 is polyimide, the source electrode 34 and the drain electrode 33 are gold, and the organic semiconductor compound forming the organic semiconductor layer 35 is poly (9,9-dioctylfluorene). -Co-bithiophene) (weight average molecular weight 28,000) is used. The manufacturing procedure is shown below.

シリコン基板上にポリアミック酸をスピンコート法で塗布し、200℃で焼成しポリイミド膜を形成する。その表面を布で擦りラビング処理を施す。ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−コ−ビチオフェン)1gに対してそれぞれ0.5質量%の14−クラウン−4エーテルと、0.3質量%の1−アザ−15−クラウン−5エーテル、0.2質量%の1−アザ−18−クラウン−6エーテル、0.1質量%の4,13−ジアザ−18−クラウン−6エーテルを加え、ジクロロベンゼン100gに溶解させる。その上に、この溶液をスピンコート法により塗布し、200℃で6時間、280℃で1時間乾燥し、有機半導体層を形成する。その上に金(50nm)を真空蒸着し、チャネル長50μm、チャネル幅10mmのソースドレイン両電極を作製する。この時、電流が流れる方向とラビング方向が平行になるようにソースドレイン両電極を配置する。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に0.1mmφの金線を銀ペーストで配線し、電界効果型有機トランジスタ素子を作製する。   A polyamic acid is applied on a silicon substrate by a spin coating method and baked at 200 ° C. to form a polyimide film. The surface is rubbed with a cloth and rubbed. 0.5% by weight of 14-crown-4 ether and 0.3% by weight of 1-aza-15-crown-5 ether, respectively, per 1 g of poly (9,9-dioctylfluorene-co-bithiophene), 0 Add 2% by weight of 1-aza-18-crown-6 ether and 0.1% by weight of 4,13-diaza-18-crown-6 ether and dissolve in 100 g of dichlorobenzene. On top of this, this solution is applied by spin coating, and dried at 200 ° C. for 6 hours and 280 ° C. for 1 hour to form an organic semiconductor layer. On top of this, gold (50 nm) is vacuum-deposited to produce both source and drain electrodes having a channel length of 50 μm and a channel width of 10 mm. At this time, both the source and drain electrodes are arranged so that the direction of current flow and the rubbing direction are parallel. A gold wire of 0.1 mmφ is wired with a silver paste to each of the gate electrode, the drain electrode, and the source electrode to produce a field effect organic transistor element.

次にゲート電圧を0V〜−50V、ソース−ドレイン電極間の電圧0V〜−50Vでのドレイン電流を測定し、良好なIV特性が得られることが確認される。実施例1と同様の方法で移動度、オンオフ比、閾値電圧を求めることができる。   Next, the drain current is measured at a gate voltage of 0 V to -50 V and a source-drain electrode voltage of 0 V to -50 V, and it is confirmed that good IV characteristics can be obtained. The mobility, on / off ratio, and threshold voltage can be obtained by the same method as in the first embodiment.

実施例5
実施例4で使用した14−クラウン−4エーテルと1−アザ−15−クラウン−5エーテルの代わりに、21−クラウン−7エーテルと24−クラウン−8エーテルを使用する以外は実施例4と同様の方法で電界効果型有機トランジスタ素子を作製する。
Example 5
Similar to Example 4 except that 21-crown-7 ether and 24-crown-8 ether were used instead of 14-crown-4 ether and 1-aza-15-crown-5 ether used in Example 4. A field effect organic transistor element is produced by the method described above.

ゲート電圧を0V〜−50V、ソース−ドレイン電極間の電圧0V〜−50Vでのドレイン電流を測定し、良好なIV特性が得られることが確認される。実施例1と同様の方法で移動度、オンオフ比、閾値電圧を求めることができる。   It is confirmed that good IV characteristics can be obtained by measuring the drain current when the gate voltage is 0 V to -50 V and the voltage between the source and drain electrodes is 0 V to -50 V. The mobility, on / off ratio, and threshold voltage can be obtained by the same method as in the first embodiment.

実施例6
実施例4で使用した14−クラウン−4エーテルと1−アザ−15−クラウン−5エーテルの代わりにAl23 とSiO2 を使用する以外は実施例4と同様の方法で電界効果型有機トランジスタ素子を作製する。
Example 6
Field effect organics were produced in the same manner as in Example 4 except that Al 2 O 3 and SiO 2 were used instead of 14-crown-4 ether and 1-aza-15-crown-5 ether used in Example 4. A transistor element is manufactured.

ゲート電圧を0V〜−50V、ソース−ドレイン電極間の電圧0V〜−50Vでのドレイン電流を測定し、良好なIV特性が得られることが確認される。実施例1と同様の方法で移動度、オンオフ比、閾値電圧を求めることができる。   It is confirmed that good IV characteristics can be obtained by measuring the drain current when the gate voltage is 0 V to -50 V and the voltage between the source and drain electrodes is 0 V to -50 V. The mobility, on / off ratio, and threshold voltage can be obtained by the same method as in the first embodiment.

比較例2
次に比較実験として有機半導体層としてポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−コ−ビチオフェン)のみを使用する以外は実施例4と同様の方法により電界効果型有機トランジスタを作製し、上記と同様の手法で移動度、オンオフ比、閾値電圧を求める。その結果、実施例4〜6で作製される電界効果型有機トランジスタは比較例2で作製されるものに比べ、移動度は変化しないものの、何れもオンオフ比が2〜3桁改善され、閾値電圧が小さくなることが確認される。
Comparative Example 2
Next, as a comparative experiment, a field effect organic transistor was prepared by the same method as in Example 4 except that only poly (9,9-dioctylfluorene-co-bithiophene) was used as the organic semiconductor layer, and the same method as above was used. To find the mobility, on / off ratio, and threshold voltage. As a result, the field effect organic transistors produced in Examples 4 to 6 did not change in mobility compared to those produced in Comparative Example 2, but in any case, the on / off ratio was improved by 2 to 3 digits and the threshold voltage was increased. Is confirmed to be small.

本発明の電界効果型有機トランジスタは、オンオフ比が改善され、閾値電圧が低いので、表示デバイス、情報タグ、IC等のエレクトロ分野における電界効果型有機トランジスタに利用することができる。また、有機半導体の高度な精製法を必要としない為に、低コストな電界効果型有機トランジスタである。   The field effect organic transistor of the present invention has an improved on-off ratio and a low threshold voltage, and thus can be used for a field effect organic transistor in the electro field such as a display device, an information tag, and an IC. In addition, it is a low-cost field-effect organic transistor because it does not require an advanced purification method for organic semiconductors.

本発明の電界効果型有機トランジスタの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the field effect type organic transistor of this invention. 実施例で用いる電界効果型有機トランジスタの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the field effect type organic transistor used in an Example. 実施例で用いる電界効果型有機トランジスタの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the field effect type organic transistor used in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

11 絶縁性基板
12、21、31 ゲート電極
13、22、32 ゲート絶縁層
14、23、33 ドレイン電極
15、24、34 ソース電極
16、25、35 有機半導体層
17 保護膜
11 Insulating substrate 12, 21, 31 Gate electrode 13, 22, 32 Gate insulating layer 14, 23, 33 Drain electrode 15, 24, 34 Source electrode 16, 25, 35 Organic semiconductor layer 17 Protective film

Claims (9)

ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁層及び有機半導体層を有する電界効果型有機トランジスタであって、該有機半導体層が有機半導体化合物と、イオンと結合または包接可能な化合物とを含有することを特徴とする電界効果型有機トランジスタ。   A field effect organic transistor having a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a gate insulating layer, and an organic semiconductor layer, wherein the organic semiconductor layer contains an organic semiconductor compound and a compound capable of binding or inclusion with ions A field effect organic transistor characterized by that. 前記化合物がクラウンエーテル化合物、アルミナ化合物、ケイ素化合物またはチタン化合物である請求項1記載の電界効果型有機トランジスタ。   2. The field effect organic transistor according to claim 1, wherein the compound is a crown ether compound, an alumina compound, a silicon compound or a titanium compound. 前記化合物が14−クラウン−4エーテル誘導体、15−クラウン−5エーテル誘導体、18−クラウン−6エーテル誘導体、21−クラウン−7エーテル誘導体、24−クラウン−8エーテル誘導体、4,10−ジアザ−12−クラウン−4エーテル誘導体、4,10−ジアザ−15−クラウン−5エーテル誘導体、1−アザ−15−クラウン−5エーテル誘導体、1−アザ−18−クラウン−6エーテル誘導体、4,13−ジアザ−18−クラウン−6エーテル誘導体、Al23 、SiO2 またはTiO2 である請求項1または2記載の電界効果型有機トランジスタ。 The compound is a 14-crown-4 ether derivative, 15-crown-5 ether derivative, 18-crown-6 ether derivative, 21-crown-7 ether derivative, 24-crown-8 ether derivative, 4,10-diaza-12. -Crown-4 ether derivatives, 4,10-diaza-15-crown-5 ether derivatives, 1-aza-15-crown-5 ether derivatives, 1-aza-18-crown-6 ether derivatives, 4,13-diaza 18-crown-6 ether derivatives, Al 2 O 3, SiO 2 or field effect type organic transistor according to claim 1 or 2, wherein the TiO 2. 前記化合物の含有量が有機半導体化合物に対して1.0質量%以下である請求項1乃至3のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。   The field effect organic transistor according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the compound is 1.0 mass% or less with respect to the organic semiconductor compound. 前記化合物の含有量が有機半導体化合物に対して0.1質量%以下である請求項1乃至3のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。   The field effect organic transistor according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the compound is 0.1% by mass or less based on the organic semiconductor compound. 前記有機半導体化合物が共役高分子化合物からなる請求項1乃至5のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。   The field effect organic transistor according to any one of claims 1 to 5, wherein the organic semiconductor compound comprises a conjugated polymer compound. 前記共役高分子化合物がポリチオフェン誘導体である請求項6記載の電界効果型有機トランジスタ。   The field effect organic transistor according to claim 6, wherein the conjugated polymer compound is a polythiophene derivative. 前記共役高分子化合物の重量平均分子量が5,000〜100,000である請求項6または7記載の電界効果型有機トランジスタ。   The field effect organic transistor according to claim 6 or 7, wherein the conjugated polymer compound has a weight average molecular weight of 5,000 to 100,000. 前記共役高分子化合物が配向している請求項6乃至8のいずれかの項に記載の電界効果型有機トランジスタ。   The field effect organic transistor according to any one of claims 6 to 8, wherein the conjugated polymer compound is oriented.
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