JP2007287961A - Organic thin film transistor, and its method for manufacturing - Google Patents
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- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Description
本発明は有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an organic thin film transistor and a method for manufacturing the same.
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。またさらに情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。 With the widespread use of information terminals, there is an increasing need for flat panel displays as computer displays. In addition, with the progress of computerization, the information provided by paper media has increased the opportunity to be provided electronically, and as a mobile display medium that is thin, light and easy to carry, electronic paper or digital The need for paper is also increasing.
一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機エレクトロルミネッセンス素子(以後、有機ELともいう。)、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT)により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になりつつある。 In general, in a flat display device, a display medium is formed using an element utilizing liquid crystal, an organic electroluminescence element (hereinafter also referred to as organic EL), electrophoresis, or the like. In such a display medium, a technique using an active drive element composed of a thin film transistor (TFT) as an image drive element is becoming mainstream in order to ensure uniformity of screen brightness, screen rewrite speed, and the like.
ここでTFT素子は、通常、ガラス基板上に、主にa−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(ポリシリコン)などの半導体薄膜や、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。このTFTを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、CVD、スパッタリング等の真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフ工程が必要であり、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きく、更に、近年のディスプレイの大画面化のニーズに伴い、それらのコストは非常に膨大なものとなっている。 Here, the TFT element is usually made of a semiconductor thin film such as a-Si (amorphous silicon) or p-Si (polysilicon) or a metal thin film such as a source electrode, a drain electrode, or a gate electrode on a glass substrate. Manufactured by sequentially forming on top. In general, the manufacture of flat panel displays using TFTs requires high-precision photolithographic processes in addition to vacuum systems such as CVD and sputtering and thin film forming processes that require high-temperature processing processes. The load is very large, and furthermore, with the recent needs for a large display screen, their costs are extremely large.
近年、従来のTFT素子のデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機TFT素子の研究開発が盛んに進められている(例えば、特許文献1、2及び非特許文献1等参照。)。
In recent years, research and development of organic TFT elements using organic semiconductor materials has been actively promoted as a technique for compensating for the disadvantages of conventional TFT elements (see, for example,
上記文献に記載の有機TFT素子は低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている(例えば、非特許文献2参照。)。 Since the organic TFT element described in the above document can be manufactured by a low temperature process, it is said that a light and hard-to-break resin substrate can be used, and that a flexible display using a resin film as a support can be realized. (For example, see Non-Patent Document 2).
大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できる有機半導体材料を用いることで、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できる。また、有機半導体による種々の有機薄膜トランジスタが提案されており、印刷やインクジェット法により簡便な方法で作製できることが記載されている(例えば、特許文献1参照。)。 By using an organic semiconductor material that can be manufactured by a wet process such as printing or coating under atmospheric pressure, a display with excellent productivity and a very low cost can be realized. In addition, various organic thin film transistors using organic semiconductors have been proposed, and it is described that they can be produced by a simple method by printing or an ink jet method (see, for example, Patent Document 1).
有機トランジスタや電界効果トランジスタの特性としては、ゲート電極に電圧を印加したときの電流(以下オン電流という。)が大きく、且つ、オン電流とゲート電極に電圧を印加しないときの電流(以下オフ電流という。)との比(オン/オフ比)が大きいことが要求される。 As characteristics of organic transistors and field effect transistors, a current when a voltage is applied to a gate electrode (hereinafter referred to as an on-current) is large, and an on-current and a current when a voltage is not applied to the gate electrode (hereinafter referred to as an off-current). It is required that the ratio (on / off ratio) is large.
特許文献3では、α−nTで表される、構造が限定された一部のチオフェンオリゴマー(有機半導体材料)に関して、前記有機半導体材料中に含まれるハロゲン化物がオン/オフ比に悪影響を及ぼすことについて記載されている。
In
しかし、特許文献3は、限られた構造の有機半導体材料についてのみの記載しかなく、製膜を蒸着プロセスで行うことが困難であるような有機半導体材料を、前述したウェットプロセスに適用した場合などの検討については、全く記載されていない。昇華精製に準ずる工程が含まれる蒸着プロセスとは異なり、有機半導体材料中に含まれる不純物等が直接影響を及ぼすようなウェットプロセスで作製した有機半導体層からなる薄膜トランジスタの場合の、ハロゲン化物がトランジスタ特性へ及ぼす影響についての詳細は明らかになっていないのが現状である。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便なウェットプロセスで製造でき、トランジスタ特性に優れ、大気中あるいは高湿度下においても経時安定性に優れた有機薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an organic thin film transistor that can be manufactured by a simple wet process, has excellent transistor characteristics, and has excellent temporal stability even in air or at high humidity. The manufacturing method is provided.
本発明の上記課題は以下の手段により解決される。 The above-described problems of the present invention are solved by the following means.
1.基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、前記有機半導体層を形成する有機半導体材料が、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環のうちのいずれか一方又は両方が少なくとも2環以上縮合した縮合環を構造の一部に有する化合物とハロゲン元素を0.05〜1000ppm含有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 1. In an organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate, the organic semiconductor material forming the organic semiconductor layer is an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic ring. An organic thin film transistor comprising 0.05 to 1000 ppm of a compound having a condensed ring in which one or both of them are condensed at least two or more in a part of the structure and a halogen element.
2.前記有機半導体材料が、ハロゲン元素を0.1〜100ppm含有することを特徴とする前記1に記載の有機薄膜トランジスタ。 2. 2. The organic thin film transistor according to 1 above, wherein the organic semiconductor material contains 0.1 to 100 ppm of a halogen element.
3.前記有機半導体材料が、ハロゲン元素を0.1〜10ppm含有することを特徴とする前記1または2に記載の有機薄膜トランジスタ。 3. 3. The organic thin film transistor according to 1 or 2 above, wherein the organic semiconductor material contains 0.1 to 10 ppm of a halogen element.
4.前記ハロゲン元素はヨウ素、臭素、塩素及びフッ素から選ばれる少なくとも1種のハロゲン元素であることを特徴とする前記1〜3のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。 4). 4. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 3, wherein the halogen element is at least one halogen element selected from iodine, bromine, chlorine and fluorine.
5.前記ハロゲン元素は、前記有機半導体層を形成する有機半導体材料から誘導されるハロゲン化物あるいは、前記有機半導体材料を合成する際に使用した原料、試薬又は触媒に由来することを特徴とする前記1〜4のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。 5. The halogen element derived from an organic semiconductor material forming the organic semiconductor layer or a raw material, reagent, or catalyst used when synthesizing the organic semiconductor material, 5. The organic thin film transistor according to any one of 4 above.
6.前記有機半導体材料から誘導されるハロゲン化物は、前記有機半導体材料の合成中間体あるいは副生成物であることを特徴とする前記5に記載の有機薄膜トランジスタ。 6). 6. The organic thin film transistor as described in 5 above, wherein the halide derived from the organic semiconductor material is a synthetic intermediate or byproduct of the organic semiconductor material.
7.前記有機半導体材料が少なくとも一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする前記1〜6のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。 7). The organic thin film transistor according to any one of 1 to 6, wherein the organic semiconductor material contains at least a compound represented by the general formula (1).
(式中、R1〜R6は水素原子又は置換基を表し、Z1又はZ2は置換又は無置換の芳香族炭化水素環、あるいは置換又は無置換の芳香族複素環を表し、n1又はn2は0〜3の整数を表す。)
8.前記有機半導体材料が少なくとも一般式(2)で表される化合物を含有することを特徴とする前記1〜7のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
Wherein R 1 to R 6 represent a hydrogen atom or a substituent, Z 1 or Z 2 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring, or a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring, and n1 or n2 represents an integer of 0 to 3.)
8). 8. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 7, wherein the organic semiconductor material contains at least a compound represented by the general formula (2).
(式中、R7又はR8は水素原子又は置換基を表し、Z1又はZ2は置換又は無置換の芳香族炭化水素環、あるいは置換又は無置換の芳香族複素環を表し、n1又はn2は0〜3の整数を表す。)
9.前記一般式(2)における置換基R7−及びR8−が一般式(3)で表されることを特徴とする前記8に記載の有機薄膜トランジスタ。
(Wherein R 7 or R 8 represents a hydrogen atom or a substituent, Z 1 or Z 2 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring, or a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring, n1 or n2 represents an integer of 0 to 3.)
9. 9. The organic thin film transistor according to 8 above, wherein the substituents R 7 — and R 8 — in the general formula (2) are represented by the general formula (3).
(式中、R9〜R11は置換基を表し、Xはケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)又はスズ(Sn)を表す。)
10.前記有機半導体層が有機溶媒を用いた溶液プロセスにより形成された層であることを特徴とする前記1〜9のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
(Wherein R 9 to R 11 represent a substituent, and X represents silicon (Si), germanium (Ge), or tin (Sn)).
10. 10. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 9, wherein the organic semiconductor layer is a layer formed by a solution process using an organic solvent.
11.基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、前記1〜10のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを製造することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 11. A method for producing an organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate, wherein the organic thin film transistor according to any one of 1 to 10 is produced. A method for producing an organic thin film transistor.
本発明の上記構成により、簡便なウェットプロセスで製造でき、トランジスタ特性に優れ、大気中あるいは高湿度下においても経時安定性に優れた有機薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することができる。 With the above structure of the present invention, it is possible to provide an organic thin film transistor that can be manufactured by a simple wet process, has excellent transistor characteristics, and has excellent temporal stability even in the air or at high humidity, and a method for manufacturing the same.
本発明の有機薄膜トランジスタは、基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、前記有機半導体層を形成する有機半導体材料が、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環のうちのいずれか一方又は両方が少なくとも2環以上縮合した縮合環を構造の一部に有する化合物とハロゲン元素を0.05〜1000ppm含有することを特徴とする。 The organic thin film transistor of the present invention is an organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate, wherein the organic semiconductor material forming the organic semiconductor layer is an aromatic hydrocarbon ring and It is characterized by containing 0.05 to 1000 ppm of a halogen element and a compound having a condensed ring in which one or both of aromatic heterocyclic rings are condensed in at least two or more rings.
以下、本発明とその構成要素等について詳細な説明をする。 Hereinafter, the present invention and its components will be described in detail.
《有機薄膜トランジスタ》
有機薄膜トランジスタは、基板(「支持体」ともいう。)上に有機半導体チャネル(活性層)で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、基板上に先ずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。本発明の有機薄膜トランジスタはこれらトップゲート型またボトムゲート型のいずれでもよく、またその形態を問わない。
《Organic thin film transistor》
An organic thin film transistor has a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel (active layer) on a substrate (also referred to as a “support”), and a top having a gate electrode on the gate electrode through the gate insulating layer. A gate type and a bottom gate type having first a gate electrode on a substrate and having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel through a gate insulating layer. The organic thin film transistor of the present invention may be either a top gate type or a bottom gate type, and the form thereof is not limited.
(有機半導体材料)
本発明に係る有機半導体層を形成する有機半導体材料、即ち、上記有機半導体チャネルを構成する有機半導体材料は、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環のうちのいずれか一方又は両方が少なくとも2環以上縮合した縮合環を構造の一部に有する化合物を含有することを特徴とする。
(Organic semiconductor materials)
The organic semiconductor material that forms the organic semiconductor layer according to the present invention, that is, the organic semiconductor material that constitutes the organic semiconductor channel includes at least two rings of either an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic ring. It contains a compound having a condensed ring condensed as a part of its structure.
具体的には、例えば、ピレン、コロネン、オバレン等やその誘導体、アントラセン、ペンタセン等やその誘導体(アセン類)、ルブレンやその誘導体等に代表される縮合多環式炭化水素類、ベンゾジチオフェン、アントラジチオフェン等やその誘導体等に代表されるヘテロ原子を含む縮合多環式芳香族化合物類だけではなく、特開2005−76030号等に記載のチエノチオフェンユニットからなるオリゴマーやポリマー類等も挙げることができる。
その中でも、有機半導体材料として、低分子量化合物を用いた場合に本発明の効果がより発揮され、特に数平均分子量が5000以下の低分子量有機半導体材料を用いると、高移動度で駆動する有機薄膜トランジスタを得る上でより好ましい。
ペンタセン類の例としては、WO03/16599号、WO03/28125号、USP6,690,029号、特開2004−107216号等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、US2003−136964号等に記載のペンタセンプレカーサ、JACS.vol127.No14.4986等に記載のアセン類及びその誘導体等が挙げられる。
Specifically, for example, pyrene, coronene, ovalen etc. and derivatives thereof, anthracene, pentacene etc. and derivatives thereof (acenes), condensed polycyclic hydrocarbons represented by rubrene and derivatives thereof, benzodithiophene, In addition to condensed polycyclic aromatic compounds containing heteroatoms such as anthradithiophene and derivatives thereof, oligomers and polymers composed of thienothiophene units described in JP-A-2005-76030 are also exemplified. be able to.
Among these, when a low molecular weight compound is used as the organic semiconductor material, the effect of the present invention is more exerted. In particular, when a low molecular weight organic semiconductor material having a number average molecular weight of 5000 or less is used, the organic thin film transistor is driven with high mobility. It is more preferable in obtaining.
Examples of pentacenes include pentacene derivatives having substituents described in WO03 / 16599, WO03 / 28125, USP6,690,029, JP-A-2004-107216, and the like described in US2003-136964 Pentacene precursor, JACS. vol127. Examples include acenes and derivatives thereof described in No. 14.4986 and the like.
有機半導体材料としては、前記一般式(1)で表される化合物が好ましい。 The organic semiconductor material is preferably a compound represented by the general formula (1).
一般式(1)において、R1〜R6は水素原子または置換基を表し、Z1、Z2は置換または無置換の芳香族炭化水素環、あるいは置換または無置換の芳香族複素環を表し、n1、n2は0〜3の整数を表す。 In the general formula (1), R 1 to R 6 each represent a hydrogen atom or a substituent, and Z 1 and Z 2 each represent a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring, or a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring. , N1 and n2 represent an integer of 0 to 3.
R1〜R6で表される置換基としては、例えば、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、トリエチルシリルエチニル基、トリイソプロピルシリルエチニル基、プロパルギル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等)、芳香族複素環基(例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジル基、ピリミジル基、ピラジル基、トリアジル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、キナゾリル基、フタラジル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシル基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシル基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基、ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基(例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)等が挙げられる。 Examples of the substituent represented by R 1 to R 6 include an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, Tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group etc.), cycloalkyl group (eg cyclopentyl group, cyclohexyl group etc.), alkenyl group (eg vinyl group, allyl group etc.), alkynyl group (eg ethynyl group, triethylsilylethynyl group) , Triisopropylsilylethynyl group, propargyl group, etc.), aryl group (for example, phenyl group, p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl) Group, indenyl group, pyrenyl group, Enrylyl group, etc.), aromatic heterocyclic group (for example, furyl group, thienyl group, pyridyl group, pyridazyl group, pyrimidyl group, pyrazyl group, triazyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, benzoimidazolyl group, benzooxazolyl group) Group, quinazolyl group, phthalazyl group, etc.), heterocyclic group (eg, pyrrolidyl group, imidazolidyl group, morpholyl group, oxazolidyl group, etc.), alkoxyl group (eg, methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, pentyloxy group, hexyl) Oxy group, octyloxy group, dodecyloxy group, etc.), cycloalkoxyl group (eg, cyclopentyloxy group, cyclohexyloxy group, etc.), aryloxy group (eg, phenoxy group, naphthyloxy group, etc.), alkylthio group (eg, methylthio group) Group, ethyl O group, propylthio group, pentylthio group, hexylthio group, octylthio group, dodecylthio group, etc.), cycloalkylthio group (eg, cyclopentylthio group, cyclohexylthio group, etc.), arylthio group (eg, phenylthio group, naphthylthio group, etc.), alkoxy Carbonyl group (for example, methyloxycarbonyl group, ethyloxycarbonyl group, butyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group, dodecyloxycarbonyl group, etc.), aryloxycarbonyl group (for example, phenyloxycarbonyl group, naphthyloxycarbonyl group, etc.) Sulfamoyl group (for example, aminosulfonyl group, methylaminosulfonyl group, dimethylaminosulfonyl group, butylaminosulfonyl group, hexylaminosulfonyl group, cyclohexylamino group) Sulfonyl group, octylaminosulfonyl group, dodecylaminosulfonyl group, phenylaminosulfonyl group, naphthylaminosulfonyl group, 2-pyridylaminosulfonyl group, etc.), acyl group (for example, acetyl group, ethylcarbonyl group, propylcarbonyl group, pentylcarbonyl group) Cyclohexylcarbonyl group, octylcarbonyl group, 2-ethylhexylcarbonyl group, dodecylcarbonyl group, phenylcarbonyl group, naphthylcarbonyl group, pyridylcarbonyl group, etc.), acyloxy group (for example, acetyloxy group, ethylcarbonyloxy group, butylcarbonyloxy) Group, octylcarbonyloxy group, dodecylcarbonyloxy group, phenylcarbonyloxy group, etc.), amide group (for example, methylcarbonylamino group, ethyl group) Bonylamino group, dimethylcarbonylamino group, propylcarbonylamino group, pentylcarbonylamino group, cyclohexylcarbonylamino group, 2-ethylhexylcarbonylamino group, octylcarbonylamino group, dodecylcarbonylamino group, phenylcarbonylamino group, naphthylcarbonylamino group, etc. ), Carbamoyl group (for example, aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group, 2-ethylhexylaminocarbonyl group, dodecylamino) Carbonyl group, phenylaminocarbonyl group, naphthylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc.), urea Id group (for example, methylureido group, ethylureido group, pentylureido group, cyclohexylureido group, octylureido group, dodecylureido group, phenylureido group, naphthylureido group, 2-pyridylaminoureido group, etc.), sulfinyl group (for example, Methylsulfinyl group, ethylsulfinyl group, butylsulfinyl group, cyclohexylsulfinyl group, 2-ethylhexylsulfinyl group, dodecylsulfinyl group, phenylsulfinyl group, naphthylsulfinyl group, 2-pyridylsulfinyl group, etc.), alkylsulfonyl group (for example, methylsulfonyl Group, ethylsulfonyl group, butylsulfonyl group, cyclohexylsulfonyl group, 2-ethylhexylsulfonyl group, dodecylsulfonyl group, etc.), arylsulfonyl group For example, phenylsulfonyl group, naphthylsulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group, etc.), amino group (for example, amino group, ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, cyclopentylamino group, 2-ethylhexylamino group, dodecylamino group) Group, anilino group, naphthylamino group, 2-pyridylamino group, etc.), halogen atom (eg, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom etc.), fluorinated hydrocarbon group (eg, fluoromethyl group, trifluoromethyl group, penta) Fluoroethyl group, pentafluorophenyl group, etc.), cyano group, silyl group (for example, trimethylsilyl group, triethylsilyl group, triisopropylsilyl group, triphenylsilyl group, phenyldiethylsilyl group, etc.).
これらの置換基は上記の置換基によってさらに置換されていても、複数が互いに結合して環を形成していてもよい。 These substituents may be further substituted with the above substituents, or a plurality thereof may be bonded to each other to form a ring.
Z1、Z2で表される置換または無置換の芳香族炭化水素環としては、例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等が挙げられる。 Examples of the substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring represented by Z 1 and Z 2 include a phenyl group, a p-chlorophenyl group, a mesityl group, a tolyl group, a xylyl group, a naphthyl group, an anthryl group, an azulenyl group, Examples include acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group and the like.
Z1、Z2で表される置換または無置換の芳香族複素環としては、例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジル基、ピリミジル基、ピラジル基、トリアジル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、キナゾリル基、フタラジル基等が挙げられる。 Examples of the substituted or unsubstituted aromatic heterocycle represented by Z 1 and Z 2 include a furyl group, a thienyl group, a pyridyl group, a pyridazyl group, a pyrimidyl group, a pyrazyl group, a triazyl group, an imidazolyl group, a pyrazolyl group, A thiazolyl group, a benzimidazolyl group, a benzoxazolyl group, a quinazolyl group, a phthalazyl group, and the like can be given.
また、有機半導体材料としては、前記一般式(2)で表される化合物が好ましい。 Moreover, as an organic-semiconductor material, the compound represented by the said General formula (2) is preferable.
一般式(2)において、R7、R8は水素原子または置換基を表し、Z1、Z2は置換または無置換の芳香族炭化水素環、あるいは置換または無置換の芳香族複素環を表し、n1、n2は0〜3の整数を表す。 In the general formula (2), R 7 and R 8 represent a hydrogen atom or a substituent, and Z 1 and Z 2 represent a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring, or a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring. , N1 and n2 represent an integer of 0 to 3.
R7、R8で表される置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R6で表される置換基と同義である。 As the substituent represented by R 7, R 8, is synonymous with the substituent represented by R 1 to R 6 in the general formula (1).
Z1、Z2で表される置換または無置換の芳香族炭化水素環としては、前記一般式(1)のZ1、Z2で表される置換または無置換の芳香族炭化水素環と同義である。 Z 1, the aromatic hydrocarbon ring or a substituted or unsubstituted represented by Z 2, Z 1, aromatic substituted or unsubstituted represented by Z 2 hydrocarbon ring as defined in the general formula (1) It is.
Z1、Z2で表される置換または無置換の芳香族複素環としては、前記一般式(1)のZ1、Z2で表される置換または無置換の芳香族複素環と同義である。 The Z 1, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic represented by Z 2, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic synonymous represented by Z 1, Z 2 in the general formula (1) .
また、前記一般式(2)における置換基R7、R8が前記一般式(3)で表されることが好ましい。 The substituents R 7 and R 8 in the general formula (2) are preferably represented by the general formula (3).
一般式(3)において、R9〜R11は置換基を表し、Xはケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)又はスズ(Sn)を表す。 In General formula (3), R < 9 > -R < 11 > represents a substituent and X represents silicon (Si), germanium (Ge), or tin (Sn).
R9〜R11で表される置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R6で表される置換基と同義である。XはSi又はGeであることが好ましい。 As a substituent represented by R < 9 > -R < 11 >, it is synonymous with the substituent represented by R < 1 > -R < 6 > of the said General formula (1). X is preferably Si or Ge.
これらの例としては下記の化合物が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of these include the following compounds, but the present invention is not limited thereto.
(ハロゲン元素含有量測定方法)
本発明に係る有機半導体層を形成する有機半導体材料は、ハロゲン元素を0.05〜1000ppm含有し、好ましくはハロゲン元素を0.1〜100ppm含有し、より好ましくはハロゲン元素を0.1〜10ppm含有する。
(Measurement method of halogen element content)
The organic semiconductor material forming the organic semiconductor layer according to the present invention contains 0.05 to 1000 ppm of a halogen element, preferably 0.1 to 100 ppm of a halogen element, more preferably 0.1 to 10 ppm of a halogen element. contains.
本発明に係る有機半導体材料中に含有されるハロゲン元素は、具体的にはヨウ素、臭素、塩素又はフッ素から選ばれる少なくとも1種のハロゲン元素である。 The halogen element contained in the organic semiconductor material according to the present invention is specifically at least one halogen element selected from iodine, bromine, chlorine or fluorine.
前記ハロゲン元素が有機半導体材料中に2種類以上含有する場合の前記ハロゲン元素含有量は、各々のハロゲン元素濃度の合計量から求める。 The content of the halogen element in the case where two or more kinds of the halogen element are contained in the organic semiconductor material is determined from the total amount of the halogen element concentrations.
有機半導体材料中に含有されるハロゲン元素は、有機半導体材料の合成中間体、あるいは副生成物、あるいは有機半導体材料を合成する際に使用した原料、試薬又は触媒などに由来するものである。ここで、「試薬」とは、反応において基質(反応を受ける側の物質)を攻撃する物質のことである。一般に有機反応では、反応点が炭素原子である方を基質とよび、他原子である方を試薬とよぶが、反応点がどちらも炭素原子であるときは、反応性がより顕著なものの方を試薬とよぶ。ハロゲン元素が含まれる試薬としては、例えば、アルキルマグネシウムクロライドなどのグリニヤール試薬などが挙げられ、ハロゲン元素が含まれる触媒としては、例えば、塩化スズなどが挙げられるが、本発明はこれらに限らない。なお、当該ハロゲン元素は、ヨウ素分子、臭素分子等のようなハロゲン分子単体として、或いは、ヨウ化物、臭化物等のようなハロゲン化物等として種々の態様の状態で有機半導体材料中に含有されていればよい。 The halogen element contained in the organic semiconductor material is derived from a synthetic intermediate or by-product of the organic semiconductor material, or a raw material, reagent, or catalyst used when synthesizing the organic semiconductor material. Here, the “reagent” refers to a substance that attacks a substrate (substance on the reaction side) in the reaction. In general, in an organic reaction, the reaction point at the carbon atom is called a substrate, and the other atom is called a reagent, but when both reaction points are carbon atoms, the one with the more remarkable reactivity is called. It is called a reagent. Examples of the reagent containing a halogen element include Grignard reagents such as alkylmagnesium chloride. Examples of the catalyst containing a halogen element include tin chloride, but the present invention is not limited thereto. The halogen element may be contained in the organic semiconductor material in various forms as a halogen molecule alone such as an iodine molecule or a bromine molecule, or as a halide such as iodide or bromide. That's fine.
本発明に係る有機半導体材料中に含有されるハロゲン元素は、誘導結合プラズマ−質量分析(ICP−MS)装置で検出することができる。ICP−MSは、高周波電力により発生した高温プラズマでイオン化された原子を質量分析する装置であり、pptオーダーの元素分析が可能である。 The halogen element contained in the organic semiconductor material according to the present invention can be detected by an inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) apparatus. ICP-MS is a device that performs mass analysis of atoms ionized by high-temperature plasma generated by high-frequency power, and enables elemental analysis in the order of ppt.
また、別の方法としては、電量滴定法が挙げられる。例えば、塩素濃度を検出する場合、試料を酸素中で完全燃焼させて生成したHClガスからAgClに誘導し、これを塩素量として滴定する。ICP−MS分析では、同質量の化学種がバックグラウンドに多量に含まれると定量的な微量分析が困難になるので、特に、塩素やフッ素の検出では、電量滴定法は有効である。また、発生したHClガスを超純水でトラップすることで抽出した塩素イオン濃度を、イオンクロマトグラフで検出する方法も挙げることができる。 Another method includes a coulometric titration method. For example, when detecting the chlorine concentration, the sample is induced into AgCl from HCl gas generated by completely burning the sample in oxygen, and this is titrated as the amount of chlorine. In ICP-MS analysis, if a large amount of chemical species with the same mass is contained in the background, quantitative trace analysis becomes difficult, and therefore, coulometric titration is particularly effective for detection of chlorine and fluorine. Moreover, the method of detecting the chlorine ion density | concentration extracted by trapping the generated HCl gas with an ultrapure water by an ion chromatograph can also be mentioned.
本発明において、有機半導体層を形成する方法としては、真空蒸着により形成する蒸着プロセス、あるいは、キャストコート、ディップコート、スピンコートなどの塗布法やインクジェット印刷、スクリーン印刷などの印刷法などに代表される溶液プロセス、などが挙げられるが、本発明では、有機溶媒を用いた溶液プロセスにより基板上に有機半導体膜を形成することが好ましい。 In the present invention, the method for forming the organic semiconductor layer is typified by an evaporation process formed by vacuum evaporation, a coating method such as cast coating, dip coating, or spin coating, or a printing method such as inkjet printing or screen printing. In the present invention, it is preferable to form the organic semiconductor film on the substrate by a solution process using an organic solvent.
(有機溶媒の種類)
本発明に係る有機溶媒として特に制限はないが、芳香族炭化水素又は芳香族ハロゲン化炭化水素又は脂肪族炭化水素又は脂肪族ハロゲン化炭化水素から選ばれることが好ましく、芳香族炭化水素又は芳香族ハロゲン化炭化水素又は脂肪族炭化水素がより好ましい。
本発明で用いられる芳香族炭化水素からなる有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、メチルナフタレンなどを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(Type of organic solvent)
The organic solvent according to the present invention is not particularly limited, but is preferably selected from aromatic hydrocarbons, aromatic halogenated hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons or aliphatic halogenated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons or aromatics More preferred are halogenated hydrocarbons or aliphatic hydrocarbons.
Examples of the organic solvent comprising an aromatic hydrocarbon used in the present invention include toluene, xylene, mesitylene, methylnaphthalene and the like, but the present invention is not limited to these.
芳香族ハロゲン化炭化水素の有機溶媒としては、例えば、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、o−ジブロモベンゼン、m−ジブロモベンゼン、o−ジヨードベンゼン、m−ジヨードベンゼン、クロロトルエン、ブロモトルエン、ヨードトルエン、ジクロロトルエン、ジブロモトルエン、ジフルオロトルエン、クロロキシレン、ブロモキシレン、ヨードキシレン、クロロエチルベンゼン、ブロモエチルベンゼン、ヨードエチルベンゼン、ジクロロエチルベンゼン、ジブロモエチルベンゼン、クロロシクロペンタジエン、クロロシクロペンタジエンなどを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the organic solvent for the aromatic halogenated hydrocarbon include chlorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, o-dibromobenzene, m-dibromobenzene, o-diiodobenzene, m- Diiodobenzene, chlorotoluene, bromotoluene, iodotoluene, dichlorotoluene, dibromotoluene, difluorotoluene, chloroxylene, bromoxylene, iodoxylene, chloroethylbenzene, bromoethylbenzene, iodoethylbenzene, dichloroethylbenzene, dibromoethylbenzene, chlorocyclopentadiene, Although chlorocyclopentadiene etc. can be mentioned, this invention is not limited to these.
脂肪族炭化水素の有機溶媒としては、例えば、オクタン、4−メチルヘプタン、2−メチルヘプタン、3−メチルヘプタン、2,2−ジメチルヘキサン、2,3−ジメチルヘキサン、2,4−ジメチルヘキサン、2,5−ジメチルヘキサン、3,3−ジメチルヘキサン、3,4−ジメチルヘキサン、3−エチルヘキサン、2,2,3−トリメチルペンタン、2,2,4−トリメチルペンタン、2,3,3−トリメチルペンタン、2,3,4−トリメチルペンタン、2−メチル−3−エチルペンタン、3−メチル−3−エチルペンタン、デカン、2,2,3,3−テトラメチルヘキサン、2,2,5,5−テトラメチルヘキサン、3,3,5−トリメチルヘプタン、ノナン、2,2,5−トリメチルヘキサン、4−エチルヘプタン、2,3−ジメチルヘプタン、2−メチルオクタン、ドデカン、ヘキサン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、ヘプタン、2−メチルヘキサン、3−メチルヘキサン、2,2−ジメチルペンタン、2,3−ジメチルペンタン、2,4−ジメチルペンタン、3,3−ジメチルペンタン、3−エチルペンタン、2,2,3−トリメチルブタン等の鎖状脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロペンタン、p−メンタン、デカリン、シクロヘキシルベンゼン等の環状脂肪族炭化水素などを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明に用いられる脂肪族炭化水素としては、環状脂肪族炭化水素が好ましい。 Examples of the aliphatic hydrocarbon organic solvent include octane, 4-methylheptane, 2-methylheptane, 3-methylheptane, 2,2-dimethylhexane, 2,3-dimethylhexane, 2,4-dimethylhexane, 2,5-dimethylhexane, 3,3-dimethylhexane, 3,4-dimethylhexane, 3-ethylhexane, 2,2,3-trimethylpentane, 2,2,4-trimethylpentane, 2,3,3- Trimethylpentane, 2,3,4-trimethylpentane, 2-methyl-3-ethylpentane, 3-methyl-3-ethylpentane, decane, 2,2,3,3-tetramethylhexane, 2,2,5, 5-tetramethylhexane, 3,3,5-trimethylheptane, nonane, 2,2,5-trimethylhexane, 4-ethylheptane, 2,3-di Tilheptane, 2-methyloctane, dodecane, hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, heptane, 2-methylhexane, 3-methylhexane, 2,2 -Chain aliphatic hydrocarbons such as dimethylpentane, 2,3-dimethylpentane, 2,4-dimethylpentane, 3,3-dimethylpentane, 3-ethylpentane, 2,2,3-trimethylbutane, cyclohexane, cyclo Examples include cycloaliphatic hydrocarbons such as pentane, methylcyclohexane, methylcyclopentane, p-menthane, decalin, and cyclohexylbenzene, but the present invention is not limited thereto. As the aliphatic hydrocarbon used in the present invention, a cyclic aliphatic hydrocarbon is preferable.
脂肪族ハロゲン化炭化水素の有機溶媒としては、例えば、クロロホルム、ブロモホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジフルオロエタン、フルオロクロロエタン、クロロプロパン、ジクロロプロパン、クロロペンタン、クロロヘキサンなどを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、本発明で用いられるこれらの有機溶媒は、1種類あるいは2種類以上混合して用いてもよい。
Examples of the organic solvent for the aliphatic halogenated hydrocarbon include chloroform, bromoform, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethane, difluoroethane, fluorochloroethane, chloropropane, dichloropropane, chloropentane, and chlorohexane. It is not limited to these.
These organic solvents used in the present invention may be used alone or in combination of two or more.
また、本発明に係る有機溶媒は、50℃〜250℃の沸点を有するものが好ましい。有機半導体層中に含有させる有機溶媒量を調整する上で、有機溶媒の沸点が50℃より低くなると、揮発性が高くなりすぎるため、有機半導体層中に望ましい量の有機溶媒を留めることが難しくなり、また、250℃より高くなると、有機半導体層中に含有する有機溶媒量を望ましい量に調整するために、必要以上の高温下に有機半導体層をさらす必要が生じ、有機半導体層の劣化を招く結果となり好ましくない。 The organic solvent according to the present invention preferably has a boiling point of 50 ° C to 250 ° C. In adjusting the amount of the organic solvent to be contained in the organic semiconductor layer, if the boiling point of the organic solvent is lower than 50 ° C., the volatility becomes too high, so it is difficult to keep a desired amount of the organic solvent in the organic semiconductor layer. When the temperature is higher than 250 ° C., it is necessary to expose the organic semiconductor layer at an unnecessarily high temperature in order to adjust the amount of the organic solvent contained in the organic semiconductor layer to a desired amount. The result is unfavorable.
本発明で用いられる基板は、予め表面処理を施しておいてもよい。表面処理としては、シランカップリング剤による処理のように、基板上に自己配列型の薄膜を形成する様なものがより好ましい。前記シランカップリング剤としては、オクタデシルトリクロロシラン、ノニルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、n−ブチルトリクロロシラン、i−ブチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、メチルトリクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、4−フェニルブチルトリクロロシラン、3−フェノキシプロピルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリクロロシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシルトリクロロシラン等の公知の材料が好ましい例として挙げられるが、本発明はこれらに限らない。また、シランカップリング剤を用いた表面処理方法については、特開2004−327857号、同2005−32774号、同2005−158765号公報等に開示されているような、公知の方法を適用することができる。例えば、CVD法等の気相法、スピンコート法やディップコート法等の液相法、更にスクリーン印刷法、マイクロモールド法、マイクロコンタクト法、インクジェット法等の印刷法などを適用することができる。 The substrate used in the present invention may be subjected to surface treatment in advance. As the surface treatment, it is more preferable to form a self-aligned thin film on the substrate, such as a treatment with a silane coupling agent. Examples of the silane coupling agent include octadecyltrichlorosilane, nonyltrichlorosilane, octyltrichlorosilane, octyltrimethoxysilane, octyltriethoxysilane, n-butyltrichlorosilane, i-butyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, methyltrichlorosilane, Known trimethylchlorosilane, hexamethyldisilazane, 4-phenylbutyltrichlorosilane, 3-phenoxypropyltrichlorosilane, phenyltrichlorosilane, cyclohexyltrichlorosilane, heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane Although a material is mentioned as a preferable example, this invention is not restricted to these. As a surface treatment method using a silane coupling agent, a known method as disclosed in JP-A Nos. 2004-327857, 2005-32774, 2005-158765, and the like is applied. Can do. For example, a vapor phase method such as a CVD method, a liquid phase method such as a spin coating method or a dip coating method, and a printing method such as a screen printing method, a micromold method, a micro contact method, and an ink jet method can be applied.
また、シランカップリング剤による処理を行う前に、基板(例えば、シリコン基板上に形成された熱酸化膜などの絶縁膜)表面に対して酸素プラズマ処理、UVオゾン処理などの親水化処理(表面にヒドロキシル基−OHを形成する処理)を行うことが、緻密で強固な自己組織化単分子膜を形成する上で好ましいことが一般的に知られており、前述した特許文献等にも記載されている。更に、一般的によく知られたラビング等の配向処理を施してもかまわない。 Further, before the treatment with the silane coupling agent, the surface of the substrate (for example, an insulating film such as a thermal oxide film formed on the silicon substrate) is subjected to a hydrophilic treatment (surface such as oxygen plasma treatment or UV ozone treatment). Is generally preferred to form a dense and strong self-assembled monolayer, and is described in the above-mentioned patent documents and the like. ing. Furthermore, generally well-known orientation treatment such as rubbing may be performed.
本発明に係る有機薄膜トランジスタは、有機半導体層上あるいは必要な構成要素により構成された有機薄膜トランジスタ自体に、公知の無機材料あるいは有機ポリマー材料などを用いて、有機半導体膜を保護する保護膜(封止膜)を形成してもよい。保護膜を形成する方法としては、特表2003−525521号、特表2004−506985号、特開2002−314093号、特開2003−258164号等に記載されているような公知の技術を適用することができる。また、後述するゲート絶縁層として用いる絶縁膜を保護膜として適用することもできるし、後述する支持体を支持体上に作製した有機薄膜トランジスタ上に更に貼り付けたり、ポリマーシートによってラミネートしたりすることで、保護膜を形成してもよい。 The organic thin film transistor according to the present invention is a protective film (sealing) that protects an organic semiconductor film by using a known inorganic material or organic polymer material on the organic semiconductor layer or the organic thin film transistor itself constituted by necessary components. Film) may be formed. As a method for forming the protective film, a known technique as described in JP-T-2003-525521, JP-A-2004-506985, JP-A-2002-314093, JP-A-2003-258164, or the like is applied. be able to. In addition, an insulating film used as a gate insulating layer, which will be described later, can be applied as a protective film, and a support described later can be further attached onto an organic thin film transistor prepared on the support, or laminated with a polymer sheet. Thus, a protective film may be formed.
本発明において形成される有機半導体層の膜厚としては、特に制限はないが、得られた有機薄膜トランジスタ(TFT)の特性は、半導体層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、半導体材料により異なるが、一般に1μm以下、特に10〜300nmが好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular as the film thickness of the organic-semiconductor layer formed in this invention, The characteristic of the obtained organic thin-film transistor (TFT) is largely influenced by the film-thickness of a semiconductor layer, The film thickness Although it varies depending on the semiconductor material, it is generally 1 μm or less, particularly preferably 10 to 300 nm.
また、有機半導体層には、例えば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。 The organic semiconductor layer includes, for example, materials having functional groups such as acrylic acid, acetamide, dimethylamino group, cyano group, carboxyl group, nitro group, benzoquinone derivatives, tetracyanoethylene and tetracyanoquinodimethane, and the like. Materials that accept electrons such as derivatives thereof, materials having functional groups such as amino group, triphenyl group, alkyl group, hydroxyl group, alkoxy group, and phenyl group, substituted amines such as phenylenediamine , So-called doping treatment, containing a material that becomes a donor as an electron donor, such as anthracene, benzoanthracene, substituted benzoanthracenes, pyrene, substituted pyrene, carbazole and its derivatives, tetrathiafulvalene and its derivatives, etc. You can give .
前記ドーピングとは電子授与性分子(アクセプター)または電子供与性分子(ドナー)をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って、ドーピングが施された薄膜は、本発明に用いられる有機半導体材料とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしてアクセプター、ドナーのいずれも使用可能であり、アクセプター、ドナーとしては公知の材料を用い、その導入には公知のプロセスを用いることができる。 The doping means introducing an electron-donating molecule (acceptor) or an electron-donating molecule (donor) into the thin film as a dopant. Therefore, the doped thin film is a thin film containing the organic semiconductor material and dopant used in the present invention. Any of an acceptor and a donor can be used as the dopant used in the present invention. A known material can be used as the acceptor and donor, and a known process can be used for the introduction thereof.
本発明の好ましい態様の一つである前記ボトムゲート型の有機薄膜トランジスタを例にとれば、有機薄膜トランジスタは、支持体上にゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極、ドレイン電極がそれぞれ最適に配置されることで構成されるものである。 Taking the bottom gate type organic thin film transistor as one of the preferred embodiments of the present invention as an example, the organic thin film transistor includes a gate electrode, a gate insulating film, an active layer, a source electrode, and a drain electrode optimally provided on a support. It is constituted by being arranged.
従って、例えば、支持体上に、ゲート電極を形成した後、ゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上に前記の方法にて、活性層(有機半導体層(薄膜))を形成した後、それぞれ、ソース、ドレイン電極を形成することにより本発明に係わる有機薄膜トランジスタは形成される。 Therefore, for example, after forming the gate electrode on the support, forming the gate insulating film, and forming the active layer (organic semiconductor layer (thin film)) on the gate insulating film by the above method, respectively, The organic thin film transistor according to the present invention is formed by forming the source and drain electrodes.
また、例えば、ゲート絶縁膜形成後、ゲート絶縁膜上にソース、ドレイン電極パターンを形成し、該ソース、ドレイン電極間に、有機半導体チャネルを、パターニングにより形成してもよい。 Further, for example, after forming the gate insulating film, a source / drain electrode pattern may be formed on the gate insulating film, and an organic semiconductor channel may be formed by patterning between the source / drain electrodes.
この様に支持体上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層(有機半導体層)、ソース電極、ドレイン電極をそれぞれ必要な場合には適宜パターニングし、最適に配置することで、本発明の有機薄膜トランジスタは得られる。 As described above, the gate electrode, the gate insulating film, the active layer (organic semiconductor layer), the source electrode, and the drain electrode are appropriately patterned and optimally arranged on the support, respectively, so that the organic layer of the present invention can be obtained. A thin film transistor is obtained.
以下、本発明の製造方法および該製造方法により得られる有機薄膜トランジスタの活性層(有機半導体層(薄膜))以外の、有機薄膜トランジスタを構成するその他の構成要素について説明する。 Hereinafter, other components constituting the organic thin film transistor other than the active layer (organic semiconductor layer (thin film)) of the organic thin film transistor obtained by the production method of the present invention will be described.
本発明において、前記ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を形成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、スズ、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ、アンチモン、酸化インジウム・錫(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト、およびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物が用いられるが、特に白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ITOおよび炭素が好ましい。或いはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。 In the present invention, the material for forming the source electrode, drain electrode and gate electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, Indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide, antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste, And carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium-potassium alloy, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium Neshiumu / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, lithium / aluminum mixture is used, in particular platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, ITO and carbon are preferable. Alternatively, a known conductive polymer whose conductivity has been improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid, or the like is also preferably used. Among them, those having low electrical resistance at the contact surface with the semiconductor layer are preferable.
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いて電極形成する方法がある。又導電性ポリマーの溶液或いは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。更に導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。 As a method for forming an electrode, a method for forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method, using a conductive thin film formed by a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, or a metal foil such as aluminum or copper There is a method of forming an electrode using a resist by thermal transfer, ink jet or the like. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, or a conductive fine particle dispersion may be directly patterned by inkjet, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Furthermore, a method of patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste, or the like by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.
本発明においては、前記ソース、ドレイン電極は、前記導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液等の流動性電極材料から形成されることが好ましく、例えば金属等からなる導電性微粒子を、好ましくは有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や有機溶剤又はその混合物である分散媒中に分散させ、ペースト或いはインク等の導電性微粒子分散液とし、これを塗設、パターニングすることで、電極を形成することが好ましい。 In the present invention, the source and drain electrodes are preferably formed from a fluid electrode material such as a solution or dispersion of the conductive polymer or a conductive fine particle dispersion. For example, conductive fine particles made of metal or the like are used. , Preferably using a dispersion stabilizer made of an organic material, dispersed in a dispersion medium that is water, an organic solvent, or a mixture thereof to form a conductive fine particle dispersion such as paste or ink, which is then coated and patterned. Thus, it is preferable to form an electrode.
導電性微粒子の金属材料(金属微粒子)としては、白金、金、銀、コバルト、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン、鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、亜鉛等を用いることができるが、特に仕事関数が4.5eV以上の白金、金、銀、銅、コバルト、クロム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、モリブデン、タングステンが好ましい。 Examples of conductive fine metal materials (metal fine particles) include platinum, gold, silver, cobalt, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony, lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium. Germanium, molybdenum, tungsten, zinc, and the like can be used, and platinum, gold, silver, copper, cobalt, chromium, iridium, nickel, palladium, molybdenum, and tungsten having a work function of 4.5 eV or more are particularly preferable.
このような金属微粒子分散物の製造方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平11−76800号、同11−80647号、同11−319538号、特開2000−239853号等に示されたコロイド法、特開2001−254185号、同2001−53028号、同2001−35255号、同2000−124157号、同2000−123634号公報などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子分散物である。 As a method for producing such a metal fine particle dispersion, metal ions are reduced in the liquid phase, such as a physical generation method such as gas evaporation method, sputtering method, metal vapor synthesis method, colloid method, coprecipitation method, etc. Examples of the chemical production method for producing metal fine particles include colloidal methods described in JP-A-11-76800, JP-A-11-80647, JP-A-11-319538, JP-A2000-239853, and the like. It is a metal fine particle dispersion produced by a gas evaporation method described in JP-A Nos. 2001-254185, 2001-53028, 2001-35255, 2000-124157, 2000-123634, and the like. .
分散される金属微粒子の平均粒径としては、20nm以下であることが本発明の効果の点で好ましい。 The average particle diameter of the dispersed metal fine particles is preferably 20 nm or less from the viewpoint of the effect of the present invention.
また、金属微粒子分散物に導電性ポリマーを含有させることが好ましく、これをパターニングして押圧、加熱等によりソース電極、ドレイン電極を形成すれば、導電性ポリマーにより有機半導体層とのオーミック接触を可能とできる。即ち金属微粒子の表面に、導電性ポリマーを介在させて、半導体への接触抵抗を低減させ、かつ、金属微粒子を加熱融着させることで、さらに本発明の効果を高めることができる。 In addition, it is preferable to contain a conductive polymer in the metal fine particle dispersion. If the source electrode and the drain electrode are formed by patterning and pressing, heating, etc., ohmic contact with the organic semiconductor layer is possible with the conductive polymer. And can. That is, the effect of the present invention can be further enhanced by interposing a conductive polymer on the surface of the metal fine particles, reducing the contact resistance to the semiconductor, and thermally fusing the metal fine particles.
導電性ポリマーとしては、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマーを用いることが好ましく、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体などが好適に用いられる。 As the conductive polymer, it is preferable to use a known conductive polymer whose conductivity has been improved by doping or the like. For example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, etc. Are preferably used.
金属微粒子の含有量は導電性ポリマーに対する質量比で0.00001〜0.1が好ましい。この量を超えると金属微粒子の融着が阻害されることがある。 The content of the metal fine particles is preferably 0.00001 to 0.1 in terms of mass ratio with respect to the conductive polymer. If this amount is exceeded, fusion of the metal fine particles may be inhibited.
これらの金属微粒子分散物で、電極を形成した後、加熱により前記の金属微粒子を熱融着させてソース電極、ドレイン電極を形成する。また電極形成時に、概ね、1〜50000Pa、さらに1000〜10000Pa程度の押圧をかけ、融着を促進することも好ましい。 After forming an electrode with these metal fine particle dispersions, the metal fine particles are thermally fused to form source and drain electrodes. Further, it is also preferable to promote fusion by applying a pressure of about 1 to 50000 Pa, more preferably about 1000 to 10000 Pa at the time of electrode formation.
上記金属微粒子分散物を用いて電極様にパターニングする方法としては、例えば、金属微粒子分散物をインクとして用いて印刷法によりパターニング方法がある。また、インクジェット法によりパターニングする方法があり、これは金属微粒子分散物をインクジェットヘッドより吐出し、金属微粒子の分散物をパターニングする方法であり、インクジェットヘッドからの吐出方式としては、ピエゾ方式、バブルジェット(登録商標)方式等のオンデマンド型や静電吸引方式などの連続噴射型のインクジェット法等公知の方法によりパターニングすることができる。 As a method of patterning like an electrode using the metal fine particle dispersion, for example, there is a patterning method by a printing method using the metal fine particle dispersion as an ink. In addition, there is a method of patterning by an ink jet method, which is a method of discharging a metal fine particle dispersion from an ink jet head and patterning the metal fine particle dispersion. As a method of discharging from the ink jet head, a piezo method, a bubble jet, etc. Patterning can be performed by a known method such as an on-demand type such as a (registered trademark) type or a continuous jet type ink jet method such as an electrostatic suction type.
加熱また加圧する方法としては、加熱ラミネータなどに用いられる方法をはじめ、公知の方法を用いることができる。 As a method of heating or pressurizing, known methods such as a method used for a heating laminator can be used.
ゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。 Various insulating films can be used as the gate insulating layer, and an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable.
無機酸化物としては酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化錫、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。これらの内好ましいのは、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化珪素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。 Inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, titanium Examples thereof include barium oxide, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.
上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法(大気圧プラズマCVD法)、ディップコート法、キャスト法、リールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウエットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。 The film formation method includes vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, CVD method, sputtering method, atmospheric pressure plasma method (atmospheric pressure plasma CVD method). There are wet processes such as a dip coating method, a casting method, a reel coating method, a bar coating method, a coating method such as a die coating method, and a patterning method such as printing and ink jetting, which can be used depending on the material.
ウエットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤或いは水に必要に応じて界面活性剤等の分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布乾燥する所謂ゾルゲル法が用いられる。 The wet process is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, or an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method in which a solution of an alkoxide body is applied and dried is used.
これらのうち好ましいのは大気圧プラズマ法である。 Of these, the atmospheric pressure plasma method is preferred.
大気圧プラズマ法による絶縁膜の形成方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理で、その方法については特開平11−61406号、同11−133205号、特開2000−121804号、同2000−147209号、同2000−185362号公報等に記載されている。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することが出来る。 The method for forming an insulating film by the atmospheric pressure plasma method is a process in which a thin film is formed on a substrate by discharging at atmospheric pressure or a pressure in the vicinity of atmospheric pressure to excite a reactive gas to form a thin film on a substrate. 11-61406, 11-133205, JP-A 2000-121804, 2000-147209, 2000-185362, and the like. Thereby, a highly functional thin film can be formed with high productivity.
又、有機化合物皮膜の形成法としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、或いはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等を用いることもできる。 The organic compound film can be formed by using polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo radical polymerization system, photo cation polymerization system photo-curing resin, or copolymer containing acrylonitrile component, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol. , Novolak resin, cyanoethyl pullulan, and the like can also be used.
有機化合物皮膜の形成法としては前記ウエットプロセスが好ましい。 The wet process is preferred as the method for forming the organic compound film.
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することが出来る。又これら絶縁膜の膜厚としては、一般に50nm〜3μm、好ましくは、100nm〜1μmである。 An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.
また支持体はガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えばプラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。この様に、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることが出来、可搬性を高めることができると共に、衝撃に対する耐性を向上できる。
特に、プラスチックフィルムを支持体として用いる場合は、例えば、特開2004−134694号に開示されているようなガスバリア層を始めとして、酸素、液体(水)、光などから有機薄膜トランジスタ素子を保護するための少なくとも一層、あるいは多層構成のバリア層を更に有することが好ましい。
Moreover, a support body is comprised with glass or a flexible resin-made sheet | seat, for example, a plastic film can be used as a sheet | seat. Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), and cellulose. Examples include films made of triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like. Thus, by using a plastic film, it is possible to reduce the weight as compared with the case of using a glass substrate, to improve portability, and to improve resistance to impact.
In particular, when a plastic film is used as a support, for example, in order to protect organic thin film transistor elements from oxygen, liquid (water), light, etc., including a gas barrier layer as disclosed in JP-A-2004-134694. It is preferable to further have a barrier layer having at least one layer or a multilayer structure.
図1に本発明に係る有機薄膜トランジスタ(TFT)の構成例を示す。 FIG. 1 shows a configuration example of an organic thin film transistor (TFT) according to the present invention.
同図(a)は、支持体(基板)6上に、マスクを用いて金等を蒸着によりパターン形成することにより、あるいは、金属微粒子を含む層のパターンを形成した後、金属微粒子を含む層を加熱加圧して融着させるなどして、ソース電極2、ドレイン電極3を形成し、ソース、ドレイン電極間に有機半導体材料層1を形成し、その上にゲート絶縁層5を形成し、更にその上にゲート電極4を形成して有機TFTを形成したものである。
FIG. 4A shows a layer containing metal fine particles formed on a support (substrate) 6 by patterning gold or the like by vapor deposition using a mask, or after forming a pattern of layers containing metal fine particles. The
図1(b)、(c)に、トップゲート型の有機薄膜トランジスタの他の構成例を示す。 FIGS. 1B and 1C show other configuration examples of the top gate type organic thin film transistor.
また、図1(d)〜(f)はボトムゲート型の有機TFTの構成例を示す。同図(d)は支持体6上にゲート電極4を形成した後、ゲート絶縁層5を形成し、その上にソース電極2、ドレイン電極3を形成して、該ソース、ドレイン電極間のゲート絶縁層上に有機半導体材料層1を形成してボトムゲート型の有機TFTを形成したものである。同様に他の構成例を(e)、(f)に示す。なかでも同図(f)は支持体6上にゲート電極4を形成した後、ゲート絶縁層5を形成し、その上に有機半導体材料層1を形成した後、更にソース電極2、ドレイン電極3を形成して有機TFTを形成したものである。
1D to 1F show configuration examples of bottom-gate organic TFTs. In FIG. 4D, after the gate electrode 4 is formed on the
図2は、前記有機薄膜トランジスタを用いて、液晶、電気泳動素子等の出力素子様に構成されたTFTシートの概略等価回路図の1例である。 FIG. 2 is an example of a schematic equivalent circuit diagram of a TFT sheet configured like an output element such as a liquid crystal or an electrophoretic element using the organic thin film transistor.
TFTシート10はマトリクス配置された多数の有機TFT11を有する。7は各有機TFT11のゲートバスラインであり、8は各有機TFT11のソースバスラインである。各有機TFT11のソース電極には、例えば液晶、電気泳動素子等の出力素子12が接続され、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。13は蓄積コンデンサ、14は垂直駆動回路、15は水平駆動回路である。
The
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, although the display of "part" or "%" is used in an Example, unless otherwise indicated, "part by mass" or "mass%" is represented.
(実施例1)
《TFT素子の作製》
図1(f)に記載の層構成を有する有機薄膜トランジスタ素子(以下、「TFT素子」と呼ぶ。)1を下記の方法によって作製した。
Example 1
<< Production of TFT element >>
An organic thin film transistor element (hereinafter referred to as “TFT element”) 1 having the layer structure shown in FIG. 1 (f) was produced by the following method.
まず、ゲート電極4としての比抵抗0.02Ω・cmのSiウエハーに厚さ2000Åの熱酸化膜を形成してゲート絶縁層5とした。
First, a thermal oxide film having a thickness of 2000 mm was formed on a Si wafer having a specific resistance of 0.02 Ω · cm as the gate electrode 4 to form the
次に、これを60℃に加熱したオクチルトリクロロシランの1%トルエン溶液中に10分間浸漬後、トルエンで洗浄し、乾燥を行うことによりオクチルトリクロロシランによる表面処理を施した。 Next, this was immersed in a 1% toluene solution of octyltrichlorosilane heated to 60 ° C. for 10 minutes, washed with toluene, and dried to perform surface treatment with octyltrichlorosilane.
この表面処理を行った上記ゲート絶縁層5上に化合物1(lot.1)の0.5%シクロヘキサン溶液をスピンコート(1000rpm、30秒)し、塗布膜(厚さ25nm)を形成した。更に、この塗布膜の表面にマスクを用いて金を蒸着し、ソース電極2及びドレイン電極3を形成した。
A 0.5% cyclohexane solution of Compound 1 (lot 1) was spin-coated (1000 rpm, 30 seconds) on the
上記のようにして、ソース電極2及びドレイン電極3は、各々幅100μm、厚さ200nmで、チャネル幅W=5mm、チャネル長L=50μmのTFT素子1を作製した。
As described above, a
次に、TFT素子1の作製において、化合物1(lot.1)の代わりに、表1に示したようなハロゲン元素含有量の化合物1(lot.2)〜化合物1(lot.8)を用いた以外はTFT素子1と同様にして、TFT素子2〜8を作製した。
Next, in the production of the
なお、化合物1は、JACS.,2001,123,9482−9483に記載の合成法に従い、合成した。
In addition,
各ロットのハロゲン元素含有量は、精製手段や精製回数を変えることによって(具体的には、シリカゲルカラムクロマトグラフによる分離や再結晶)、表1に示したように調整した。 The halogen element content in each lot was adjusted as shown in Table 1 by changing the purification means and the number of purifications (specifically, separation and recrystallization by silica gel column chromatography).
有機半導体材料中のハロゲン元素濃度は、試料500mgを、昇温型燃焼炉(ダイアインスツルメンツ社製)を用いて燃焼させ、発生したハロゲン化水素ガスを超純水に吸収させた後、濃縮イオンクロマトグラフで定量することで求めた。 The concentration of the halogen element in the organic semiconductor material was determined by burning a 500 mg sample using a temperature rising combustion furnace (manufactured by Dia Instruments Co., Ltd.), absorbing the generated hydrogen halide gas in ultrapure water, and then concentrating ion chromatography. It was determined by quantifying with a graph.
《TFT素子の評価》
(トランジスタ特性)
以上のように作製したTFT素子1〜8は、pチャンネルのエンハンスメント型FETの動作特性を示した。それぞれのTFT素子について、I−V特性の飽和領域からキャリア移動度を求め、更にON/OFF比(ドレインバイアス−40Vとし、ゲートバイアス−50V及び0Vにしたときのドレイン電流値の比率)を求め、結果を表1に示した。また、温度25℃、湿度45%の条件下で1ヶ月放置したときのキャリア移動度及びON/OFF比についても評価し、表1に示した。
<< Evaluation of TFT element >>
(Transistor characteristics)
The
表1に示した結果より、有機半導体材料がハロゲン元素を0.05〜1000ppm含有する本発明の有機薄膜トランジスタは、比較に比べて、トランジスタ特性(キャリア移動度、ON/OFF比)が明らかに良好であることが分かった。更に、本発明の有機薄膜トランジスタは、比較に比べ経時安定性にも優れていることが分かった。 From the results shown in Table 1, the organic thin film transistor of the present invention in which the organic semiconductor material contains a halogen element of 0.05 to 1000 ppm clearly has better transistor characteristics (carrier mobility, ON / OFF ratio) than the comparison. It turns out that. Furthermore, it turned out that the organic thin-film transistor of this invention is excellent also in temporal stability compared with the comparison.
(実施例2)
《TFT素子の作製》
実施例1と同様にして、ゲート電極4としての比抵抗0.02Ω・cmのSiウエハーに厚さ2000Å(200nm)の熱酸化膜を形成してゲート絶縁層5とした。次に、これを窒素雰囲気下ホットプレート上で加熱しながら、ゲート絶縁層の表面上に化合物1(lot.1)の0.1%トルエン溶液を展開し、当該表面全面に塗布膜(厚さ25nm)を形成した。
(Example 2)
<< Production of TFT element >>
In the same manner as in Example 1, a
更に、実施例1と同様にして、ソース電極2及びドレイン電極3を形成し、TFT素子9を作製した。
Further, in the same manner as in Example 1, the
TFT素子10〜16についてもTFT素子9と同様に作製した。各素子作製に使用した化合物1の各ロットについては、表2に示した。
The
《TFT素子の評価》
(トランジスタ特性)
実施例1と同様にして、TFT素子10〜16についてトランジスタ特性を評価した結果について表2に示した。
<< Evaluation of TFT element >>
(Transistor characteristics)
The results of evaluating the transistor characteristics of the
実施例2に示した結果より、有機半導体材料がハロゲン元素を0.05〜1000ppm含有する本発明の有機薄膜トランジスタは、比較に比べて、トランジスタ特性(キャリア移動度、ON/OFF比)が明らかに良好であることが分かった。更に、本発明の有機薄膜トランジスタは、比較に比べ経時安定性にも優れていることが分かった。 From the results shown in Example 2, the organic thin film transistor of the present invention in which the organic semiconductor material contains a halogen element of 0.05 to 1000 ppm clearly shows the transistor characteristics (carrier mobility, ON / OFF ratio) as compared with the comparison. It was found to be good. Furthermore, it turned out that the organic thin-film transistor of this invention is excellent also in temporal stability compared with the comparison.
以上の結果より、本発明は、簡便なウェットプロセスで製造でき、トランジスタ特性(キャリア移動度、ON/OFF比)に優れ、大気中における経時安定性に優れた有機薄膜トランジスタであることが分かった。 From the above results, it was found that the present invention is an organic thin film transistor that can be produced by a simple wet process, has excellent transistor characteristics (carrier mobility, ON / OFF ratio), and has excellent temporal stability in the atmosphere.
1 有機半導体層
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 ゲート電極
5 絶縁層
6 支持体(基板)
7 ゲートバスライン
8 ソースバスライン
10 TFTシート
11 有機TFT
12 出力素子
13 蓄積コンデンサ
14 垂直駆動回路
15 水平駆動回路
DESCRIPTION OF
7 Gate bus line 8
12 Output element 13
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