JP2008524846A - 薄膜トランジスタのためのn型半導体材料 - Google Patents
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Abstract
Description
N,N'-ジアルキルペリレンテトラカルボン酸ジイミドの合成は、Rademacher, A.他、Chem. Ber. 1982 115, 2927に記載されている。本発明によれば、Aldrich Chemical Companyから入手可能なペリレンテトラカルボン酸ジイミド、3〜4当量過剰のアミン、例えば、やはりAldrichから入手可能なペンタフルオロアニリン、触媒量の酢酸亜鉛、及びジアンヒドリド分子1グラム当たり10〜15 mlのキノリンの混合物を、温度約220℃で4〜5時間にわたって加熱した。混合物を室温まで冷やしておき、そして沈澱した固形物を捕集し、濾過し、そしてアセトンで、続いてそれぞれ200 mlの沸騰0.1 M水性Na2CO3、沸騰水、及び高温トルエンで洗浄し、これを、生成物が実質的に溶解されることになる温度未満で維持する。次いで、10-5〜10-6 Torrで一連の昇華を施すことにより、固形物を精製する。
本発明の種々の材料の電気特性を試験するために、トップコンタクト幾何学的配置を使用して、電界効果トランジスタを典型的な形式で形成した。使用した基板は、重度にドープされたシリコンウェハーである。これはトランジスタのゲートとしても役立つ。ゲート誘電体は、厚さ165 nmの熱成長させられたSiO2層である。ゲート誘電体の表面を処理することにより電気特性を改善できることが、p型及びn型トランジスタの両方に関して、以前に示されている。本明細書中に記載された試験のほとんどの場合、酸化物表面は、薄い(<10 nm)スピン塗布ポリマー層、又はオクタデシルトリクロロシラン(OTS)の自己集成単層(SAM)で処理された。典型的には、未処理酸化物試料が比較例に含まれた。
製作されたデバイスの電気的特徴付けを、Hewlett Packard HP 4145b(商標)パラメータ分析器で実施した。空気中のデバイスの安定性を意図的に試験することを除けば、プローブ測定ステーションは、全ての測定に対して正のN2環境内で保持した。白色光に対する感光性を検査する場合を除いては、測定を硫黄光下で実施した。デバイスを試験前に空気に対して暴露した。
下記例は、フッ素非含有N,N'置換型3,4,9,10ペリレンテトラカルボン酸ジイミドと比較して、フッ素含有N,N'-ジアリール3,4,9,10ペリレン系テトラカルボン酸ジイミドを含む本発明のデバイスが、高い移動度及びオン/オフ比を有する、改善されたnチャネル半導体フィルムを提供することを実証する。飽和領域内で計算された移動度は、0.05〜0.2 cm2/Vsであり、オン/オフ比は104〜105であった。改善された性能に加えて、デバイスはまた、典型的なnチャネルTFTに対して改善された空気中の安定性、及び優れた再現性を示す。
この例は、フッ素非含有N,N'-ジフェニル3,4,9,10ペリレンテトラカルボン酸ジイミドC-1から形成されたn型TFTデバイスを実証する。
この例は、本発明によるフッ素含有N,N'-ジアリール3,4,9,10ペリレン系テトラカルボン酸ジイミドI-1から形成されたn型TFTデバイスの改善された性能を実証する。
この例は、フッ素含有N,N'-ジフェニル3,4,9,10ペリレン系テトラカルボン酸ジイミドI-10から形成されたn型TFTデバイスの改善された性能を実証する。OTFTのアクティブ材料として発明I-1を使用したn型TFTデバイスを、例1におけるように形成した。複数のOTFTを調製し、そしてそれぞれの堆積作業に関して試験した。平均した結果を表2に示す。
この例は、トリフルオロメチル含有N,N'-ジフェニル3,4,9,10ペリレン系テトラカルボン酸ジイミドI-14から形成されたn型TFTデバイスの改善された性能を実証する。
この例は、半導体膜層の厚さに関連して、本発明において使用されたアクティブ材料の堅牢性を実証する。
この例は、半導体材料の堆積中の基板温度に関連して、本発明において使用されたアクティブ材料の堅牢性を実証する。
この例は、OTFTデバイスの幾何学的配置に関連して、本発明において使用された材料の堅牢性を実証する。
28 基板
30 ドレイン電極
44 ゲート電極
56 ゲート誘電体
70 半導体
Claims (29)
- 各イミド窒素原子に直接に結合されている、1つ又は2つ以上のフッ素含有基が結合された炭素環式又は複素環式芳香環系を有する、フッ素含有N,N'-ジアリールペリレン系テトラカルボン酸ジイミド化合物を含む有機半導体材料から成る薄膜を、薄膜トランジスタ内に含んで成る物品。
- 該薄膜トランジスタが、誘電層を含む電界効果トランジスタであり、第3のコンタクト手段がゲート電極であり、第1及び第2のコンタクト手段がソース電極及びドレイン電極であり、そして該ゲート電極と該有機半導体材料薄膜との両方が該誘電層に接触し、そして該ソース電極と該ドレイン電極との両方が該有機半導体材料薄膜と接触している限り、該誘電層、該ゲート電極、該有機半導体材料薄膜、該ソース電極、及び該ドレイン電極が任意の配列を成している請求項1に記載の物品。
- 該有機半導体材料が、0.01 cm2/Vsを上回る電子移動度を示すことができる請求項1に記載の物品。
- A1及びA2部分がそれぞれ独立して、1つ又は2つ以上のフッ素もしくはフルオロアルキル基又はこれらの任意の組み合わせで置換されたフェニル環系を含む請求項4に記載の物品。
- 該フッ素含有基が、フッ素原子、フルオロアルキル基、環原子数5〜10のフッ素化炭素環式又は複素環式芳香環系、及びこれらの組み合わせから選択される請求項4に記載の物品。
- A1及びA2がそれぞれ縮合芳香環を含む請求項4に記載の物品。
- Xが独立して、アルキル、アルケニル、アルコキシ、ハロゲン、及びシアノ、又はこれらの組み合わせから選択される請求項4に記載の物品。
- 該2つのフェニル環のそれぞれの環上のR1〜R5のうちの少なくとも2つが、フッ素含有基である請求項9に記載の物品。
- 該2つのフェニル環のそれぞれの環上のR1〜R5の全てが、フッ素含有基である請求項9に記載の物品。
- nがゼロであり、そして該2つのフェニル環のそれぞれの環上のR1〜R5のどれもがフッ素原子である請求項11に記載の物品。
- 該薄膜トランジスタのソース/ドレイン電流のオン/オフ比が、104以上である請求項1に記載の物品。
- 該ゲート電極が、前記有機半導体材料を通る該ソース電極と該ドレイン電極との間の電流を、該ゲート電極に印加される電圧によって制御するように適合されている請求項2に記載の物品。
- 該ゲート誘電体が、無機又は有機の電気絶縁材料を含む請求項15に記載の物品。
- 該薄膜トランジスタが、任意に可撓性である非関与支持体をさらに含む請求項1に記載の物品。
- 該ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極がそれぞれ独立して、ドープ型シリコン、金属、及び導電性ポリマーから選択された材料を含む請求項2に記載の物品。
- 請求項1に記載の複数の薄膜トランジスタを含む、集積回路、アクティブマトリックスディスプレイ、及び太陽電池から成る群から選択される電子デバイス。
- 複数の薄膜トランジスタが、任意に可撓性である非関与支持体上にある請求項19に記載の電子デバイス。
- 必ずしも下記順序通りではないが、以下の各工程:
(a) 各イミド窒素原子に直接に結合されている、1つ又は2つ以上のフッ素含有基が結合された炭素環式又は複素環式芳香環系を有する、フッ素含有N,N'-ジアリールペリレン系テトラカルボン酸ジイミド化合物を含む有機半導体材料から成る薄膜を、有機半導体材料薄膜が0.01 cm2/Vsを上回る電界効果電子移動度を示すように、基板上に堆積する工程、
(b) 離隔されたソース電極とドレイン電極とを形成する工程、該ソース電極と該ドレイン電極はnチャネル半導体膜によって分離され、且つ該nチャネル半導体膜と電気的に接続されている;及び
(c) 該半導体材料から離隔されたゲート電極を形成する工程
を含んで成る薄膜半導体デバイスの製作方法。 - 該化合物が、昇華によって又は液相堆積によって該基板上に堆積され、該基板が堆積中に100℃以下の温度を有する請求項21に記載の方法。
- 前記電極と前記薄膜との間の界面に対する前処理が行われない請求項21に記載の方法。
- 該フッ素含有N,N'-ジアリールペリレン系テトラカルボン酸ジイミド化合物が、N,N'-ビス(ペンタフルオロフェニル)ペリレン3,4,9,10テトラカルボン酸ジイミドから成る請求項21に記載の方法。
- 必ずしも下記順序通りではないが、以下の各工程:
(a) 支持体を用意する工程;
(b) 該基板上にゲート電極材料を提供する工程;
(c) 該ゲート電極材料上にゲート誘電体を提供する工程;
(d) 該ゲート誘電体上に、有機半導体材料薄膜を堆積する工程;
(e) 該有機半導体材料の薄膜に隣接して、ソース電極及びドレイン電極を提供する工程
を含む請求項21に記載の方法。 - 該工程が上記順序で行われる請求項25に記載の方法。
- 該支持体が可撓性である請求項25に記載の方法。
- 全体的に、100℃のピーク温度未満で行われる請求項25に記載の方法。
- 請求項21に記載の方法によって形成された複数の薄膜トランジスタを含んで成る集積回路。
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