JP2009152623A - Organic electronic device, method for production thereof, and organic semiconductor molecule - Google Patents

Organic electronic device, method for production thereof, and organic semiconductor molecule Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic electronic device which is physically stable and relatively easy to manufacture. <P>SOLUTION: The organic electronic device has a conductive path including fine particles (A) and an organic semiconductor molecule (B) binding the fine particles together and behaving as p-type, wherein the organic semiconductor molecule is represented by structural formula (1) wherein: R<SB>1</SB>and R<SB>2</SB>denote alkyl groups; M denotes 2H, Z<SP>n+2</SP>, Mg<SP>+2</SP>, Fe<SP>+2</SP>, Co<SP>+2</SP>, Ni<SP>+2</SP>, or Cu<SP>+2</SP>; and n is an integer of 1 to 5. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機電子デバイス及びその製造方法、並びに、新規の有機半導体分子に関する。   The present invention relates to an organic electronic device, a manufacturing method thereof, and a novel organic semiconductor molecule.

現在、多くの電子機器に用いられている薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,TFT)を含む電界効果型トランジスタ(Field Effect Transistor, FET)は、例えば、シリコン半導体基板あるいはシリコン半導体層に形成されたチャネル形成領域及びソース/ドレイン領域、シリコン半導体基板表面あるいはシリコン半導体層表面に形成されたSiO2から成るゲート絶縁層、並びに、ゲート絶縁層を介してチャネル形成領域に対向して設けられたゲート電極から構成されている。あるいは又、支持体上に形成されたゲート電極、ゲート電極上を含む支持体上に形成されたゲート絶縁層、並びに、ゲート絶縁層上に形成されたチャネル形成領域及びソース/ドレイン領域から構成されている。そして、これらの構造を有する電界効果型トランジスタ(FET)の作製には、非常に高価な半導体製造装置が使用されており、製造コストの低減が強く要望されている。 Field effect transistors (FETs) including thin film transistors (TFTs) currently used in many electronic devices are, for example, channel formation regions formed in a silicon semiconductor substrate or silicon semiconductor layer. And a source / drain region, a gate insulating layer made of SiO 2 formed on the surface of the silicon semiconductor substrate or the silicon semiconductor layer, and a gate electrode provided facing the channel forming region through the gate insulating layer. ing. Alternatively, it includes a gate electrode formed on the support, a gate insulating layer formed on the support including the gate electrode, and a channel formation region and a source / drain region formed on the gate insulating layer. ing. For manufacturing field effect transistors (FETs) having these structures, very expensive semiconductor manufacturing apparatuses are used, and reduction of manufacturing costs is strongly demanded.

そこで、近年、スピンコート法、印刷法、スプレー法に例示される真空技術を用いない方法に基づき製造が可能な、有機半導体材料を用いたFETを含む種々の有機電子デバイスの研究、開発に注目が集まっている。ところで、p型有機半導体材料を用いた有機電子デバイスの開発に関する研究報告は多々あるが、n型有機半導体材料を用いた有機電子デバイスの開発に関する研究報告は少ないのが現状である。p−n接合、光電変換素子、バイポーラトランジスタや相補型トランジスタを含む種々のトランジスタ等に有機半導体材料を幅広く応用するためには、n型有機半導体材料の開発を、p型有機半導体材料の開発と並行しながら進めていく必要がある(例えば、文献1:Shinji, A., et. al. J. Am, Chem. Soc. 2005, 127, 14996、文献2:Facchetti. A., et. al. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3900、文献3:Locklin, A. J., et. al. Chem. Mater. 2003, 15, 1404、文献4:Chesterfield, R. J., et. al. Adv. Mater. 2003, 15, 1278 参照)。これまでに、塗布可能なn型有機半導体材料として、フルオロアルキル基を置換したペンタセン(文献5:Sakamoto, Y., et. al. J. Am, Chem. Soc. 2004, 126, 8138 参照)、オリゴチオフェン、チアゾール・オリゴマー(文献6:Yoon, M. H., et. al. J. Am, Chem. Soc. 2005, 127, 1348 参照)等が報告されている。また、一層特性の優れたp型有機半導体材料の開発も重要である。   Therefore, in recent years, attention has been focused on the research and development of various organic electronic devices including FETs using organic semiconductor materials that can be manufactured based on methods that do not use vacuum technology exemplified by spin coating, printing, and spraying. Gathered. By the way, there are many research reports on the development of organic electronic devices using p-type organic semiconductor materials, but there are few research reports on the development of organic electronic devices using n-type organic semiconductor materials. In order to widely apply organic semiconductor materials to various transistors including pn junctions, photoelectric conversion elements, bipolar transistors and complementary transistors, development of n-type organic semiconductor materials, development of p-type organic semiconductor materials, It is necessary to proceed in parallel (for example, Reference 1: Shinji, A., et. Al. J. Am, Chem. Soc. 2005, 127, 14996, Reference 2: Facchetti. A., et. Al. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3900, Reference 3: Locklin, AJ, et. Al. Chem. Mater. 2003, 15, 1404, Reference 4: Chesterfield, RJ, et. Al. Adv. Mater. 2003, 15, 1278). Until now, pentacene substituted with a fluoroalkyl group as an applicable n-type organic semiconductor material (refer to Reference 5: Sakamoto, Y., et. Al. J. Am, Chem. Soc. 2004, 126, 8138), Oligothiophene, thiazole oligomers (Ref. 6: see Yoon, MH, et. Al. J. Am, Chem. Soc. 2005, 127, 1348) have been reported. It is also important to develop p-type organic semiconductor materials with even better characteristics.

Shinji, A., et. al. J. Am, Chem. Soc. 2005, 127, 14996Shinji, A., et. Al. J. Am, Chem. Soc. 2005, 127, 14996 Facchetti. A., et. al. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3900Facchetti. A., et. Al. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3900 Locklin, A. J., et. al. Chem. Mater. 2003, 15, 1404Locklin, A. J., et. Al. Chem. Mater. 2003, 15, 1404 Chesterfield, R. J., et. al. Adv. Mater. 2003, 15, 1278Chesterfield, R. J., et. Al. Adv. Mater. 2003, 15, 1278 Sakamoto, Y., et. al. J. Am, Chem. Soc. 2004, 126, 8138Sakamoto, Y., et. Al. J. Am, Chem. Soc. 2004, 126, 8138 Yoon, M. H., et. al. J. Am, Chem. Soc. 2005, 127, 1348Yoon, M. H., et. Al. J. Am, Chem. Soc. 2005, 127, 1348 X. Xiao et. al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9235-9240X. Xiao et. Al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9235-9240 K. Tashiro et. al. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9477-9478K. Tashiro et. Al. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9477-9478 M. Shiragawa et. al. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9902-9903M. Shiragawa et. Al. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9902-9903 H. Imahori et. al. Chem. Eur. J. 2005, 11, 7265-7275H. Imahori et. Al. Chem. Eur. J. 2005, 11, 7265-7275 B. C. Sih et. al. Chem.Commun. 2005, 3375-3384B. C. Sih et. Al. Chem. Commun. 2005, 3375-3384

ところで、上述した文献に開示されたn型有機半導体材料は、数段階の複雑なプロセスによって合成され、各種のデバイスに応用されている。しかしながら、各種の有機電子デバイスの実用化に向けて、より簡素なプロセスの開発等によって種々の有機電子デバイスの製造コストの低減を図ることは、非常に重要な課題の1つである。また、一般に、n型有機半導体材料は、空気中で酸化され易く、従って、n型有機半導体材料の選択自由度が低かったり、n型有機半導体材料から構成される有機電子デバイスの製造プロセスが複雑になるといった問題も有している。また、一層特性の優れたp型有機半導体材料への要望も高い。   By the way, the n-type organic semiconductor material disclosed in the above-described literature is synthesized by a complicated process of several stages and applied to various devices. However, for the practical application of various organic electronic devices, it is one of very important issues to reduce the manufacturing cost of various organic electronic devices by developing simpler processes. In general, n-type organic semiconductor materials are easily oxidized in the air. Therefore, the degree of freedom of selection of n-type organic semiconductor materials is low, and the manufacturing process of organic electronic devices composed of n-type organic semiconductor materials is complicated. Has the problem of becoming. There is also a high demand for p-type organic semiconductor materials with even better characteristics.

従って、本発明の第1の目的は、物性的に安定し、しかも、製造が比較的容易な有機電子デバイス、及び、その製造方法を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、一層特性の優れた有機半導体分子、並びに、係る有機半導体分子を用いた有機電子デバイス、及び、その製造方法を提供することにある。   Accordingly, a first object of the present invention is to provide an organic electronic device that is stable in physical properties and relatively easy to manufacture, and a method for manufacturing the same. A second object of the present invention is to provide an organic semiconductor molecule having further excellent characteristics, an organic electronic device using the organic semiconductor molecule, and a method for producing the same.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスは、
(A)微粒子、
(B)第1導電型を有し、微粒子と微粒子とを結合した第1の有機半導体分子、及び、
(C)第2導電型を有し、微粒子と微粒子との間に存在する分子認識場内に非共有結合状態で捕捉された第2の有機半導体分子、
から成る導電路を具備することを特徴とする。
The organic electronic device according to the first aspect of the present invention for achieving the first object is as follows.
(A) fine particles,
(B) a first organic semiconductor molecule having a first conductivity type, in which fine particles are combined, and
(C) a second organic semiconductor molecule having a second conductivity type and trapped in a non-covalent bonding state in a molecular recognition field existing between the fine particles;
It comprises the conductive path which consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスの製造方法は、
基体上に、
(a)微粒子、及び、
(b)第1導電型を有し、微粒子と微粒子とを結合した第1の有機半導体分子、
から成る微粒子/第1の有機半導体分子・結合層を形成した後、
微粒子/第1の有機半導体分子・結合層を、第2導電型を有する第2の有機半導体分子と接触させ、以て、
(A)微粒子、
(B)第1導電型を有し、微粒子と微粒子とを結合した第1の有機半導体分子、及び、
(C)第2導電型を有し、微粒子と微粒子との間に存在する分子認識場内に非共有結合状態で捕捉された第2の有機半導体分子、
から成る導電路を得ることを特徴とする。
The method for manufacturing an organic electronic device according to the first aspect of the present invention for achieving the first object is as follows.
On the substrate,
(A) fine particles, and
(B) a first organic semiconductor molecule having a first conductivity type, in which fine particles and fine particles are combined;
After forming the fine particle / first organic semiconductor molecule / bonding layer,
Contacting the fine particle / first organic semiconductor molecule / bonding layer with a second organic semiconductor molecule having the second conductivity type;
(A) fine particles,
(B) a first organic semiconductor molecule having a first conductivity type, in which fine particles are combined, and
(C) a second organic semiconductor molecule having a second conductivity type and trapped in a non-covalent bonding state in a molecular recognition field existing between the fine particles;
It is characterized by obtaining a conductive path consisting of

ここで、分子認識とは、一般に、分子が、任意の相手分子とではなく、ある限られた分子と会合体、付加化合物、クラスター化合物、混晶等を形成し、選択性が発揮されることを意味する。そして、本発明の第1の態様における分子認識場とは、第2の有機半導体分子が、第1の有機半導体分子と選択的に分子間力を利用した超分子会合体を形成し得る場を意味する。また、「非共有結合状態で捕捉されている」とは、具体的には、第2の有機半導体分子が、以下の状態にあることを意味する。即ち、微粒子は第1の有機半導体分子によってリンクされ、網状のネットワーク構造を形成しており、数多くのナノ空間が存在するが、このナノ空間中に、第2の有機半導体分子が、第1の有機半導体分子とのπ−π相互作用により閉じ込められていることを意味する。第2の有機半導体分子が微粒子と微粒子との間に存在する分子認識場内に非共有結合状態で捕捉されていることを、以下に述べる方法で検証することができる。即ち、十分に洗浄した後、UV−Vis吸収スペクトルを測定する。すると、第2の有機半導体分子に由来する吸収ピークが現れる。更には、周囲の第1の有機半導体分子に由来する吸収ピークにおいては、第2の有機半導体分子との分子間相互作用により、その吸収ピークの長波長へのシフトが観測される。一方、第1の有機半導体分子と第2の有機半導体分子によって会合体が形成されれば、分子間のエネルギー移動あるいは電子移動が促進され、これは、蛍光減衰、過度吸収等の手法により観測することができる。   Here, molecular recognition generally means that a molecule forms an aggregate, an addition compound, a cluster compound, a mixed crystal, etc. with a limited molecule rather than an arbitrary partner molecule, and exhibits selectivity. Means. The molecular recognition field in the first aspect of the present invention is a field where the second organic semiconductor molecule can form a supramolecular aggregate selectively utilizing intermolecular force with the first organic semiconductor molecule. means. In addition, “captured in a non-covalent bond state” specifically means that the second organic semiconductor molecule is in the following state. That is, the fine particles are linked by the first organic semiconductor molecules to form a network-like network structure, and there are many nanospaces. In the nanospace, the second organic semiconductor molecules are the first organic semiconductor molecules. It means that it is confined by π-π interaction with an organic semiconductor molecule. It can be verified by the method described below that the second organic semiconductor molecule is captured in a molecular recognition field existing between the fine particles in a non-covalent bond state. That is, after sufficiently washing, the UV-Vis absorption spectrum is measured. Then, an absorption peak derived from the second organic semiconductor molecule appears. Further, in the absorption peak derived from the surrounding first organic semiconductor molecule, a shift to the long wavelength of the absorption peak is observed due to intermolecular interaction with the second organic semiconductor molecule. On the other hand, if an aggregate is formed by the first organic semiconductor molecule and the second organic semiconductor molecule, energy transfer or electron transfer between the molecules is promoted, and this is observed by a technique such as fluorescence decay or excessive absorption. be able to.

上記の第2の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスは、
(A)微粒子、及び、
(B)微粒子と微粒子とを結合した有機半導体分子、
から成り、p型としての挙動を示す導電路を具備し、
有機半導体分子は、下記の構造式(1)で表されることを特徴とする。
The organic electronic device according to the second aspect of the present invention for achieving the second object described above,
(A) fine particles, and
(B) an organic semiconductor molecule in which fine particles are combined,
Comprising a conductive path that behaves as a p-type,
The organic semiconductor molecule is represented by the following structural formula (1).

また、上記の第2の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスの製造方法は、基体上に、微粒子層を形成した後、下記の構造式(1)で表される有機半導体分子を含む溶液に浸漬することで、微粒子、及び、微粒子と微粒子とを結合した有機半導体分子から成り、p型としての挙動を示す導電路を形成することを特徴とする。   In addition, the organic electronic device manufacturing method according to the second aspect of the present invention for achieving the second object described above is represented by the following structural formula (1) after forming a fine particle layer on a substrate. By immersing in a solution containing organic semiconductor molecules, a conductive path composed of fine particles and organic semiconductor molecules obtained by combining fine particles and fine particles and exhibiting a p-type behavior is formed.

但し、構造式(1)中、R1,R2はアルキル基を表し、Mは、2H,Zn+2,Mg+2,Fe+2,Co+2,Ni+2,Cu+2を表し,nは1乃至5の整数である。ここで、導電路は、微粒子/有機半導体分子・結合層から構成されている。 In Structural Formula (1), R 1 and R 2 represent alkyl groups, and M represents 2H, Zn +2 , Mg +2 , Fe +2 , Co +2 , Ni +2 , and Cu +2 . , N is an integer from 1 to 5. Here, the conductive path is composed of fine particles / organic semiconductor molecules / bonding layers.

更には、上記の第2の目的を達成するための本発明の有機半導体分子は、下記の構造式(2)で表されることを特徴とする。但し、構造式(2)中、R1,R2はアルキル基を表し、Mは、2H,Zn+2,Mg+2,Fe+2,Co+2,Ni+2,Cu+2を表し,nは1乃至5の整数である。尚、この有機半導体分子は、p型の導電型を示す。 Furthermore, the organic semiconductor molecule of the present invention for achieving the second object is represented by the following structural formula (2). In Structural Formula (2), R 1 and R 2 represent alkyl groups, and M represents 2H, Zn +2 , Mg +2 , Fe +2 , Co +2 , Ni +2 , and Cu +2 . , N is an integer from 1 to 5. In addition, this organic-semiconductor molecule shows a p-type conductivity type.

尚、構造式(1)は、広くは、チオール基を有するチオフェンポルフィリンを意味する。また、構造式(2)は、広くは、チオアセチル基を有するチオフェンポルフィリンを意味する。そして、構造式(1)あるいは構造式(2)で表されるこのポルフィリン有機半導体分子は、微粒子の表面と化学結合するアンカー部位、π共役系スペーサー、ポルフィリン骨格の3つのユニットから構成されている。ここで、構造式(1)あるいは構造式(2)中、R1,R2で表されるアルキル基Cm2m+1において、mは3乃至18の整数であることが望ましい。R1とR2とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。場合によっては、R1,R2の代わりに、X1,X2(但し、X1,X2はアリール基を含む芳香族置換基)とすることもできる。 Structural formula (1) broadly means thiophene porphyrin having a thiol group. Structural formula (2) broadly means thiophene porphyrin having a thioacetyl group. And this porphyrin organic-semiconductor molecule represented by Structural Formula (1) or Structural Formula (2) is comprised from three units of the anchor site | part chemically couple | bonded with the surface of microparticles | fine-particles, (pi) conjugated spacer, and a porphyrin skeleton. . Here, in the structural formula (1) or the structural formula (2), in the alkyl group C m H 2m + 1 represented by R 1 and R 2 , m is preferably an integer of 3 to 18. R 1 and R 2 may be the same or different. In some cases, X 1 and X 2 (where X 1 and X 2 are aromatic substituents containing an aryl group) can be used instead of R 1 and R 2 .

本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスあるいはその製造方法(以下、これらを総称して、単に、本発明の第1の態様と呼ぶ場合がある)においては、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型とする構成とすることができ、この場合には、導電路は第2導電型であるn型としての挙動を示す形態となる。また、この場合、第2の有機半導体分子を、安定した物性を有するフラーレン(例えば、C60,C70といった球殻状の炭素分子)、あるいは、TNT(2,4,6−トリニトロトルエン)、量子ドット、共役系オリゴマーから構成することができる。但し、第1導電型、第2導電型は、これに限定するものではなく、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型とする構成とすることもでき、この場合には、導電路は第2導電型であるp型としての挙動を示す形態となる。 In the organic electronic device or the manufacturing method thereof according to the first aspect of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to simply as the first aspect of the present invention), the first conductivity type is p-type. The second conductivity type can be an n-type, and in this case, the conductive path is in the form of an n-type behavior that is the second conductivity type. In this case, the second organic semiconductor molecule may be a fullerene having stable physical properties (for example, a spherical shell-like carbon molecule such as C 60 or C 70 ), or TNT (2,4,6-trinitrotoluene), It can be composed of quantum dots and conjugated oligomers. However, the first conductivity type and the second conductivity type are not limited to this, and the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type. The conductive path is in a form showing the behavior as the p-type which is the second conductivity type.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様においては、第1の有機半導体分子が末端に有する官能基が、微粒子と化学的に結合していることが好ましく、更には、第1の有機半導体分子が両端に有する官能基によって第1の有機半導体分子と微粒子とが化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路が構築されていることが好ましい。微粒子と第1の有機半導体分子との結合体の単一層によって導電路が構成されていてもよいし、微粒子と第1の有機半導体分子との結合体の積層構造によって3次元的なネットワーク状の導電路が構成されていてもよい。このようにネットワーク状の導電路を構築することで、導電路内の電荷移動が、第1の有機半導体分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に起こり、導電路には分子間の電子移動が含まれない構造となる。その結果、従来の有機半導体材料を用いた半導体装置における低い移動度の原因であった分子間の電子移動によって移動度が制限されることが無くなり、分子の軸方向の移動度、例えば非局在化したπ電子による高い移動度を最大限に利用することができるので、単分子層トランジスタに匹敵する、今までにない高い移動度を実現することが可能となる。そして、この場合にあっては、第1の有機半導体分子は、共役系有機半導体分子であって、分子の両端に、微粒子を構成する原子と化学結合あるいは配位可能な官能基を有する形態、より具体的には、チオール基(−SH)、アミノ基(−NH2)、イソシアノ基(−NC)、チオアセチル基(−SCOCH3)、トリクロロシラン(−Si(Cl)3)、アンモニウム基(―NH3 +)、リン酸基、及び、カルボキシ基(−COOH)から成る群から選択された少なくとも1種類の官能基を有する形態とすることができる。 In the first aspect of the present invention including the preferred form and configuration described above, the functional group that the first organic semiconductor molecule has at the end is preferably chemically bonded to the fine particles, It is preferable that a network-like conductive path is constructed by chemically (alternatively) bonding the first organic semiconductor molecules and the fine particles by the functional groups of the first organic semiconductor molecules at both ends. The conductive path may be constituted by a single layer of a combination of fine particles and first organic semiconductor molecules, or a three-dimensional network-like structure may be formed by a laminated structure of the combination of fine particles and first organic semiconductor molecules. A conductive path may be configured. By constructing a network-like conductive path in this way, charge transfer in the conductive path occurs predominantly in the axial direction of the molecule along the main chain of the first organic semiconductor molecule, and the conductive path is intermolecular. This structure does not include the electron transfer. As a result, the mobility is not limited by the electron transfer between molecules, which is the cause of the low mobility in the semiconductor device using the conventional organic semiconductor material, and the mobility in the axial direction of the molecule, for example, delocalization Since the high mobility due to the converted π electrons can be utilized to the maximum extent, it is possible to realize an unprecedented high mobility comparable to that of a monolayer transistor. In this case, the first organic semiconductor molecule is a conjugated organic semiconductor molecule having a functional group capable of chemically bonding or coordinating with atoms constituting the fine particles at both ends of the molecule, More specifically, thiol group (—SH), amino group (—NH 2 ), isocyano group (—NC), thioacetyl group (—SCOCH 3 ), trichlorosilane (—Si (Cl) 3 ), ammonium group ( -NH 3 +), phosphoric acid group, and may be in the form having at least one functional group selected from the group consisting of carboxyl group (-COOH).

一方、本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスあるいはその製造方法(以下、これらを総称して、単に、本発明の第2の態様と呼ぶ場合がある)においては、有機半導体分子が末端に有する官能基(チオール基)が、微粒子と化学的に結合していることが好ましく、更には、有機半導体分子が両端に有する官能基(チオール基)によって有機半導体分子と微粒子とが化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路が構築されていることが好ましい。微粒子と有機半導体分子との結合体の単一層によって導電路が構成されていてもよいし、微粒子と有機半導体分子との結合体の積層構造によって3次元的なネットワーク状の導電路が構成されていてもよい。このようにネットワーク状の導電路を構築することで、導電路内の電荷移動が、有機半導体分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に起こり、導電路には分子間の電子移動が含まれない構造となる。その結果、従来の有機半導体材料を用いた半導体装置における低い移動度の原因であった分子間の電子移動によって移動度が制限されることが無くなり、分子の軸方向の移動度、例えば非局在化したπ電子による高い移動度を最大限に利用することができるので、単分子層トランジスタに匹敵する、今までにない高い移動度を実現することが可能となる。   On the other hand, in the organic electronic device or the manufacturing method thereof according to the second aspect of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to simply as the second aspect of the present invention), the organic semiconductor molecule is terminated. It is preferable that the functional group (thiol group) of the organic semiconductor molecule is chemically bonded to the fine particle, and further, the organic semiconductor molecule and the fine particle are chemically bonded to each other by the functional group (thiol group) of the organic semiconductor molecule at both ends. It is preferable that a network-like conductive path is constructed by coupling (alternately). A conductive path may be constituted by a single layer of a conjugate of fine particles and organic semiconductor molecules, or a three-dimensional network-like conductive path is constituted by a laminated structure of a conjugate of fine particles and organic semiconductor molecules. May be. By constructing a network-like conductive path in this way, charge transfer in the conductive path occurs predominantly in the axial direction of the molecule along the main chain of the organic semiconductor molecule, and electron transfer between molecules in the conductive path The structure is not included. As a result, the mobility is not limited by the electron transfer between molecules, which is the cause of the low mobility in the semiconductor device using the conventional organic semiconductor material, and the mobility in the axial direction of the molecule, for example, delocalization Since the high mobility due to the converted π electrons can be utilized to the maximum extent, it is possible to realize an unprecedented high mobility comparable to that of a monolayer transistor.

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様あるいは第2の態様において、微粒子は、導体から成る構成とすることができ、あるいは又、半導体から成る構成とすることができ、あるいは又、絶縁体から成る構成とすることができる。尚、導体としての微粒子とは、体積抵抗率が10-4Ω・m(10-2Ω・cm)のオーダー以下である材料から成る微粒子を指す。また、半導体としての微粒子とは、体積抵抗率が10-4Ω・m(10-2Ω・cm)乃至1012Ω・m(1014Ω・cm)のオーダーを有する材料から成る微粒子を指す。更には、絶縁体としての微粒子とは、体積抵抗率が1012Ω・m(1014Ω・cm)のオーダーを越える材料から成る微粒子を指す。導体としての微粒子を構成する材料として、より具体的には、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)といった金属、あるいは、これらの金属から構成された合金を挙げることができる。また、半導体としての微粒子を構成する材料として、より具体的には、酸化チタン(TiO2)、酸化スズ(SnO2)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、ガリウム砒素(GaAs)、又は、シリコン(Si)を挙げることができる。更には、絶縁体としての微粒子を構成する材料として、より具体的には、酸化シリコン(SiOX)を挙げることができる。そして、これらの場合、微粒子の平均粒径RAVEの範囲は、限定するものではないが、5.0×10-10m≦RAVE≦1.0×10-6m、好ましくはRAVE≦1×10-8m、より好ましくは5.0×10-10m≦RAVE≦1.0×10-8mであることが望ましい。微粒子の形状として球形を挙げることができるが、これに限るものではなく、その他、例えば、三角形、四面体、立方体、直方体、円錐、円柱状(ロッド)、三角柱、ファイバー状、毛玉状のファイバー等を挙げることができる。尚、微粒子の形状が球形以外の場合の微粒子の平均粒径RAVEは、球形以外の微粒子の測定された体積と同じ体積を有する球を想定し、係る球の直径の平均値を微粒子の平均粒径RAVEとすればよい。微粒子の平均粒径RAVEは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察された微粒子の粒径を計測することで得ることができる。 Furthermore, in the first aspect or the second aspect of the present invention including the preferred modes and configurations described above, the fine particles can be made of a conductor, or can be made of a semiconductor. Alternatively, the structure may be made of an insulator. The fine particles as a conductor refer to fine particles made of a material having a volume resistivity of the order of 10 −4 Ω · m (10 −2 Ω · cm) or less. The fine particles as a semiconductor refer to fine particles made of a material having a volume resistivity on the order of 10 −4 Ω · m (10 −2 Ω · cm) to 10 12 Ω · m (10 14 Ω · cm). . Furthermore, the fine particles as an insulator refer to fine particles made of a material whose volume resistivity exceeds the order of 10 12 Ω · m (10 14 Ω · cm). More specifically, the material constituting the fine particles as a conductor is gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), aluminum (Al), palladium (Pd), chromium (Cr). , Nickel (Ni), iron (Fe), or alloys made of these metals. More specifically, as a material constituting the fine particles as a semiconductor, titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe) ), Gallium arsenide (GaAs), or silicon (Si). More specifically, silicon oxide (SiO x ) can be given as a material constituting the fine particles as the insulator. In these cases, the range of the average particle diameter R AVE of the fine particles is not limited, but is 5.0 × 10 −10 m ≦ R AVE ≦ 1.0 × 10 −6 m, preferably R AVE ≦ It is desirable that 1 × 10 −8 m, more preferably 5.0 × 10 −10 m ≦ R AVE ≦ 1.0 × 10 −8 m. Examples of the shape of the fine particles include, but are not limited to, a spherical shape, a triangular shape, a tetrahedron, a cube, a rectangular parallelepiped, a cone, a cylindrical shape (rod), a triangular prism, a fiber shape, a hairball shape fiber, and the like. Can be mentioned. The average particle size R AVE of the fine particles when the shape of the fine particles is other than a spherical shape is assumed to be a sphere having the same volume as the measured volume of the fine particles other than the spherical shape, and the average value of the diameters of the spheres is calculated as The particle size R AVE may be used. The average particle size R AVE of the fine particles can be obtained, for example, by measuring the particle size of the fine particles observed with a transmission electron microscope (TEM).

以上に説明した形態、構成を含む本発明の第1の態様あるいは第2の態様において、基体上における微粒子は、基体の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列されて、微粒子層を構成している形態とすることができ、微粒子は最密充填状態にて配列されていることが好ましい。ここで、『微粒子が充填状態にて配列されている』とは、より具体的には、微粒子と結合した第1の有機半導体分子(本発明の第1の態様)あるいは有機半導体分子(本発明の第2の態様)(以下、これらを総称して、「第1の有機半導体分子等」と呼ぶ場合がある)から成る導電路が、例えば少なくともソース/ドレイン電極間に形成される程度に、微粒子が配列している状態を云う。多少の空乏、格子の欠陥等があってもよいことは云うまでもない。また、『微粒子が最密充填状態にて配列されている』とは、微粒子を剛体とみなしたとき、その2次元平面、あるいは、3次元空間を物理的に占め得る最大の密度で規則的に配列している状態を云う。但し、ここでは、微粒子間には第1の有機半導体分子等が必ず存在するため、微粒子同士は接触していない。隣り合う微粒子間の表面間距離は、用いる第1の有機半導体分子等の長軸方向の長さと同じかそれ以下である。また、基体上で微粒子が基体の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に配列されているとき、より具体的には、このような2次元的に規則配列した層が、単層であっても、3次元的な最密充填状態で多層に存在していてもよい。『2次元的に規則的に配列されている』とは、少なくとも概ね微粒子1層分の厚みの空間内に粒径の揃った微粒子が充填状態で、好ましくは最密充填状態で、配列していることを意味する。尚、『基体の表面と略平行な面内』とは、基体の製造方法等によって基体の表面に微小凹凸が存在する場合、係る微小凹凸に対して実質的に平行であることを意味する。   In the first or second aspect of the present invention including the form and configuration described above, the fine particles on the substrate are regularly and two-dimensionally filled in a plane substantially parallel to the surface of the substrate. The fine particles may be arranged in a state to form a fine particle layer, and the fine particles are preferably arranged in a close packed state. Here, “fine particles are arranged in a packed state” means more specifically the first organic semiconductor molecule (the first aspect of the present invention) or the organic semiconductor molecule (the present invention) bonded to the fine particles. The second embodiment) (hereinafter, these may be collectively referred to as “first organic semiconductor molecules, etc.”), for example, at least to the extent that the conductive path is formed between the source / drain electrodes, A state in which fine particles are arranged. Needless to say, there may be some depletion, lattice defects, and the like. In addition, “fine particles are arranged in a close-packed state” means that when the fine particles are regarded as a rigid body, they are regularly arranged at the maximum density that can physically occupy a two-dimensional plane or three-dimensional space. The state of arrangement. However, here, since the first organic semiconductor molecules and the like always exist between the fine particles, the fine particles are not in contact with each other. The distance between the surfaces of adjacent fine particles is equal to or less than the length in the major axis direction of the first organic semiconductor molecule or the like used. In addition, when the fine particles are regularly arranged two-dimensionally in a plane substantially parallel to the surface of the substrate on the substrate, more specifically, such a two-dimensionally regularly arranged layer has a single layer. Even if it is a layer, it may exist in multiple layers in a three-dimensional close-packed state. “Two-dimensionally regularly arranged” means that fine particles having a uniform particle diameter are arranged in a packed space, preferably in a close packed state, in a space of at least approximately one layer of fine particles. Means that Note that “in a plane substantially parallel to the surface of the substrate” means that when there are minute irregularities on the surface of the substrate by the manufacturing method of the substrate, the surface is substantially parallel to the minute irregularities.

微粒子/第1の有機半導体分子・結合層(本発明の第1の態様)あるいは微粒子/有機半導体分子・結合層(本発明の第2の態様)(以下、これらを総称して、単に、「結合層」と呼ぶ場合がある)を形成するために、先ず、基体上に微粒子層を形成する形態とすることができる。そして、この場合、例えば、微粒子を含む溶液から成る薄膜を基体上に、浸漬法やキャスト法、スピンコート法といった塗布法、電着法、あるいは、移流集積法(A. S. Dimitrov et al., Langmuir, 10, 432(1994)参照)に基づき形成した後、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることによって微粒子層を得ることができ、これによって、微粒子層内において微粒子を最密充填にて配列させ得る。尚、この場合、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させるときに、蒸発速度を制御しながら薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることが望ましい。あるいは又、微粒子層は、例えば、LB(Langmuir-Blodgett)法に類似した方法に基づき、微粒子を含む溶液から薄膜を成膜した後、この薄膜を基体上に転写することによっても得ることができる。具体的には、親水性溶媒(例えば水)上に疎水性表面を有する微粒子層構成微粒子を単層で2次元規則配列を有するように浮かべ、あるいは、これとは逆に、疎水性溶媒上に親水性表面を有する微粒子層構成微粒子を単層で2次元規則配列を有するように浮かべ、それをLB法のように転写する方法(V. Santhanam, et al., Langmuir, 2003, 19, 7881 参照)を採用すればよい。そして、これによっても、微粒子層内において微粒子を最密充填にて配列させ得る。より具体的には、微粒子を含む溶液に基づき薄膜を水面に成膜した後、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることで形成した微粒子膜を、基体上に転写することによって微粒子層を得ることができ、この場合にも、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させる工程において、蒸発速度を制御しながら薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることが、一層好ましい。   Fine particle / first organic semiconductor molecule / bonding layer (first embodiment of the present invention) or fine particle / organic semiconductor molecule / bonding layer (second embodiment of the present invention) (hereinafter collectively referred to simply as “ In some cases, a fine particle layer is first formed on a substrate. In this case, for example, a thin film made of a solution containing fine particles is applied to a substrate by a coating method such as a dipping method, a cast method, a spin coating method, an electrodeposition method, or an advection accumulation method (AS Dimitrov et al., Langmuir, 10, 432 (1994)), the fine particle layer can be obtained by evaporating the solvent contained in the thin film, whereby the fine particles can be arranged in close packing in the fine particle layer. In this case, when evaporating the solvent contained in the thin film, it is desirable to evaporate the solvent contained in the thin film while controlling the evaporation rate. Alternatively, the fine particle layer can be obtained, for example, by forming a thin film from a solution containing fine particles based on a method similar to the LB (Langmuir-Blodgett) method and then transferring the thin film onto a substrate. . Specifically, a fine particle layer-structured fine particle having a hydrophobic surface is floated on a hydrophilic solvent (for example, water) so as to have a two-dimensional regular array as a single layer, or conversely, on a hydrophobic solvent. A method of floating fine particle layer-structured fine particles having a hydrophilic surface so as to have a two-dimensional regular arrangement in a single layer, and transferring it like the LB method (see V. Santhanam, et al., Langmuir, 2003, 19, 7881) ). This also allows the fine particles to be arranged in a close packed manner in the fine particle layer. More specifically, a fine particle layer can be obtained by depositing a thin film on a water surface based on a solution containing fine particles, and then transferring the fine particle film formed by evaporating the solvent contained in the thin film onto a substrate. In this case as well, it is more preferable to evaporate the solvent contained in the thin film while controlling the evaporation rate in the step of evaporating the solvent contained in the thin film.

結合層の形成においては、微粒子層の形成後、第1の有機半導体分子等を微粒子層に接触させる工程を少なくとも1回行うことによって、微粒子と第1の有機半導体分子等とを結合させることができる。尚、微粒子層の形成及び第1の有機半導体分子等との接触を1回行うことによって結合体の単一層を形成することができるし、微粒子層の形成及び第1の有機半導体分子等との接触を2回以上繰り返すことで結合体の積層構造を形成することができる。第1の有機半導体分子等を微粒子層に接触させるためには、例えば、第1の有機半導体分子等を含む溶液に微粒子層を浸漬させればよいし、あるいは又、第1の有機半導体分子等を含む溶液を、後述する塗布法や印刷法に基づき微粒子層に塗布あるいは印刷すればよい。そして、その後、乾燥することで結合層を得ることができる。   In the formation of the bonding layer, after the formation of the fine particle layer, the step of bringing the first organic semiconductor molecule or the like into contact with the fine particle layer is performed at least once to bond the fine particle and the first organic semiconductor molecule or the like. it can. A single layer of the conjugate can be formed by performing the formation of the fine particle layer and the contact with the first organic semiconductor molecule once, and the formation of the fine particle layer and the first organic semiconductor molecule etc. By repeating the contact twice or more, a laminated structure of the combined body can be formed. In order to bring the first organic semiconductor molecule or the like into contact with the fine particle layer, for example, the fine particle layer may be immersed in a solution containing the first organic semiconductor molecule or the like, or the first organic semiconductor molecule or the like may be used. May be applied or printed on the fine particle layer based on a coating method or a printing method described later. And after that, a bonding layer can be obtained by drying.

あるいは又、微粒子/第1の有機半導体分子・結合層は、微粒子を含む溶液と第1の有機半導体分子とを混合することによって、微粒子と第1の有機半導体分子とが結合(反応)して成るクラスターを得た後、これらのクラスターを含む薄膜を基体上に形成し、乾燥することによっても得ることができる。微粒子を含む溶液と第1の有機半導体分子とを混合する方法は、使用する微粒子を含む溶液と使用する第1の有機半導体分子とに基づき、適宜、決定すればよい。使用する微粒子を含む溶液及び第1の有機半導体分子によっては、微粒子を含む溶液に粉末状の第1の有機半導体分子を投入し、軽く混ぜ合わせるだけで、微粒子と第1の有機半導体分子とが結合して成るクラスターを得ることができる場合もある。クラスターを含む薄膜の形成方法として、浸漬法やキャスト法といった塗布法や、LB法に類似した方法を例示することができる。クラスターの配置の状態は、クラスターが1次元状に配列された状態(線状に配列された状態)、クラスターが2次元状に配列された状態(面状に配列された状態)、クラスターが3次元状に配列された状態(立体的に配列された状態)のいずれであってもよく、例えば、クラスターを含む溶液の塗布状態に依存する。   Alternatively, the fine particle / first organic semiconductor molecule / bonding layer combines (reacts) with the fine particle and the first organic semiconductor molecule by mixing the solution containing the fine particle and the first organic semiconductor molecule. It can also be obtained by obtaining a cluster comprising, and forming a thin film containing these clusters on a substrate and drying. The method of mixing the solution containing fine particles and the first organic semiconductor molecules may be appropriately determined based on the solution containing the fine particles to be used and the first organic semiconductor molecules to be used. Depending on the solution containing the fine particles to be used and the first organic semiconductor molecules, the fine particles and the first organic semiconductor molecules can be obtained simply by adding the powdered first organic semiconductor molecules to the solution containing the fine particles and mixing them lightly. In some cases, it is possible to obtain clusters formed by bonding. Examples of a method for forming a thin film including clusters include a coating method such as a dipping method and a casting method, and a method similar to the LB method. The cluster arrangement state includes a state where the clusters are arranged one-dimensionally (a state where they are arranged linearly), a state where the clusters are arranged two-dimensionally (a state where they are arranged in a plane), and a state where the clusters are 3 It may be in any of a dimensionally arranged state (a three-dimensionally arranged state), for example, depending on the application state of a solution containing clusters.

ここで、微粒子と第1の有機半導体分子とが結合して成るクラスターとは、より具体的には、微粒子と微粒子とが第1の有機半導体分子を介して例えば3次元的に結合したものであり、例えば、微粒子が、第1の有機半導体分子を介して相互に数千個から数百万個程度、集まったものであり、その大きさは、0.1μmオーダーから1μmオーダーである。ソース/ドレイン電極間やゲート絶縁層上、あるいは、基体上にクラスターを配置したとき、クラスターとクラスターとの間、あるいは、クラスターとソース/ドレイン電極との間は、クラスターの表面に存在する第1の有機半導体分子によって、あるいは、場合によっては、それに加えて、第1の有機半導体分子を溶解した第1の有機半導体分子溶液をクラスターに塗布し、乾燥することによって、相互に結合される。クラスターには、多量の「微粒子−第1の有機半導体分子」の伝導パスが存在する。仮に100nm角の立方体クラスターを仮定し、その中に、粒径5nmの微粒子が立方格子状に積まれたとすると、8千もの微粒子が立方体クラスター中に存在することになる。そして、これらの微粒子間を多数の第1の有機半導体分子が結合、架橋している。従って、格段に伝導パスの数が多くなる結果、電流量も多くなる。   Here, the cluster formed by combining the fine particles and the first organic semiconductor molecules is more specifically a combination of the fine particles and the fine particles, for example, three-dimensionally via the first organic semiconductor molecules. There are, for example, about several thousand to several million fine particles collected through the first organic semiconductor molecules, and the size is on the order of 0.1 μm to 1 μm. When the clusters are arranged between the source / drain electrodes, on the gate insulating layer, or on the substrate, the first between the clusters and between the clusters or between the clusters and the source / drain electrodes exists on the surface of the cluster. In some cases, or in addition thereto, the first organic semiconductor molecule solution in which the first organic semiconductor molecule is dissolved is applied to the cluster and dried to be bonded to each other. A large amount of “fine particles—first organic semiconductor molecule” conduction paths exist in the cluster. If a cubic cluster of 100 nm square is assumed and fine particles with a particle size of 5 nm are stacked in a cubic lattice, 8,000 fine particles are present in the cubic cluster. A large number of first organic semiconductor molecules are bonded and crosslinked between these fine particles. Therefore, the number of conduction paths is significantly increased, resulting in an increase in the amount of current.

尚、薄膜に含まれる溶媒として、トルエン、クロロホルム、ヘキサン、エタノールといった無極性又は極性の低い有機溶媒を例示することができる。   Examples of the solvent contained in the thin film include nonpolar or low polarity organic solvents such as toluene, chloroform, hexane, and ethanol.

第1の有機半導体分子等と結合する前の微粒子の表面は、鎖状の絶縁性有機分子から成る保護膜によって被覆されていることが、微粒子同士の凝集を防止するといった観点から好ましい。保護膜を構成する分子は微粒子に対して結合しているが、その結合力の大小が、保護膜によって被覆されている微粒子(実際には、保護膜によって被覆されている微粒子の集合体)を製造する際の集合体の最終的な粒径分布に大きく影響する。保護膜を構成する絶縁性有機分子の一端には、微粒子と化学的に反応(結合)する官能基を有することが好ましい。例えば、官能基としてチオール基(−SH)を挙げることができ、このチオール基を末端に持つ分子の1つとしてアルカンチオール[例えば、ドデカンチオール(C1225SH)]を挙げることができる。ドデカンチオールのチオール基が金等の微粒子と結合すると、水素原子が離脱してC1225S−Auとなると考えられている。あるいは又、保護膜を構成する絶縁性有機分子として、アルキルアミン分子[例えば、ドデシルアミン(C1225NH2)]を挙げることもできる。尚、微粒子と第1の有機半導体分子等とを接触させると、第1の有機半導体分子等が保護膜を構成する有機分子と置換される結果、微粒子と第1の有機半導体分子等との化学的な結合体が形成される。 The surface of the fine particles before being bonded to the first organic semiconductor molecules or the like is preferably covered with a protective film made of chain-like insulating organic molecules from the viewpoint of preventing aggregation of the fine particles. The molecules constituting the protective film are bonded to the fine particles, but the binding strength of the molecules covered by the protective film (actually, the aggregate of the fine particles covered by the protective film) This greatly affects the final particle size distribution of the aggregate during production. It is preferable that one end of the insulating organic molecule constituting the protective film has a functional group that chemically reacts (bonds) with the fine particles. For example, mention may be made of a thiol group (-SH) as a functional group, alkanethiol [e.g., dodecanethiol (C 12 H 25 SH)] as one of the molecules with the thiol group at the end can be exemplified. It is thought that when the thiol group of dodecanethiol is bonded to fine particles such as gold, the hydrogen atom is released to become C 12 H 25 S—Au. Alternatively, as an insulating organic molecule constituting the protective film, an alkylamine molecule [for example, dodecylamine (C 12 H 25 NH 2 )] can be exemplified. When the fine particles are brought into contact with the first organic semiconductor molecules, etc., the first organic semiconductor molecules are replaced with the organic molecules constituting the protective film. As a result, the chemistry of the fine particles with the first organic semiconductor molecules, etc. A natural conjugate is formed.

微粒子間を、一種、架橋する役割を果たす第1の有機半導体分子等は、その両端に、微粒子と結合可能な官能基を有している。ところで、微粒子間の距離が第1の有機半導体分子等の全長よりも長く、しかも、微粒子が基体上に固定され、移動できないような状態にあっては、導電パスがそこで切れることになり、その結果、第1の有機半導体分子等と微粒子によって構成された導電路の数が減少し、有機電子デバイスの特性の劣化につながる。優れた特性を有する有機電子デバイスを得ようとしたとき、この有機電子デバイスが例えば電界効果型トランジスタ(FET)から構成されている場合、一方のソース/ドレイン電極から他方のソース/ドレイン電極まで、切れ目無く導電路が繋がっている必要がある。また、導電路の数がFETの特性向上に大きく影響する。導電路の数を増加させるためには、微粒子同士が第1の有機半導体分子等の長さより近い距離で隣接しており、更には、微粒子が六方最密充填様に2次元規則配列していることが望ましい。より具体的には、第1の有機半導体分子等と結合する前の微粒子の表面は、例えば、鎖状の絶縁性有機分子から成る保護膜によって被覆されている。従って、微粒子間距離は、最も近接した場合でも、保護膜を構成する分子の長さの2倍程度(実際は分子が若干先端で重なるためそれよりは短くなる)離れている。そのようにして決められた微粒子間距離よりも、これらの微粒子を、一種、架橋する第1の有機半導体分子等の長さは長くないことが好ましい。   The first organic semiconductor molecule or the like that plays a role of crosslinking between the fine particles has functional groups capable of binding to the fine particles at both ends. By the way, when the distance between the fine particles is longer than the total length of the first organic semiconductor molecules and the fine particles are fixed on the substrate and cannot move, the conductive path is cut there. As a result, the number of conductive paths constituted by the first organic semiconductor molecules and the like and the fine particles is reduced, leading to deterioration of the characteristics of the organic electronic device. When trying to obtain an organic electronic device having excellent characteristics, when the organic electronic device is composed of, for example, a field effect transistor (FET), from one source / drain electrode to the other source / drain electrode, The conductive paths need to be connected without breaks. In addition, the number of conductive paths greatly affects the improvement of FET characteristics. In order to increase the number of conductive paths, the fine particles are adjacent to each other at a distance closer to the length of the first organic semiconductor molecule or the like, and furthermore, the fine particles are two-dimensionally arranged in a hexagonal close packed manner. It is desirable. More specifically, the surface of the fine particle before being bonded to the first organic semiconductor molecule or the like is covered with a protective film made of, for example, a chain-like insulating organic molecule. Therefore, the distance between the fine particles is about twice as long as the length of the molecules constituting the protective film (actually, the distance between the particles is slightly shorter because the molecules slightly overlap at the tip). It is preferable that the length of the first organic semiconductor molecule or the like that crosslinks these fine particles is not longer than the distance between the fine particles thus determined.

本発明の第1の態様において、第1の有機半導体分子は、上述したとおり、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に、チオール基(−SH)、アミノ基(−NH2)、イソシアノ基(−NC)、シアノ基(−CN)、チオアセチル基(−SCOCH3)、トリクロロシラン(−Si(Cl)3)、アンモニウム基(―NH3 +)、リン酸基、又は、カルボキシ基(−COOH)を有することが好ましい。尚、チオール基、アミノ基、イソシアノ基、シアノ基、チオアセチル基、トリクロロシラン、アンモニウム基、リン酸基は、Au等の導体としての微粒子に結合する官能基であり、カルボキシ基、トリクロロシラン、アンモニウム基、リン酸基は半導体としての微粒子に結合する官能基である。また、分子の両端に位置する官能基は異なっていてもよく、両端の官能基の微粒子に対する結合性は近い方がより好ましい。尚、第1の有機半導体分子は、π共役系分子であって、少なくとも2箇所で微粒子と化学的に結合する官能基を有していることが最も好ましい。 In the first aspect of the present invention, the first organic semiconductor molecule is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond as described above, and has a thiol group (—SH), an amino group (—NH 2 ) at both ends of the molecule. ), Isocyano group (—NC), cyano group (—CN), thioacetyl group (—SCOCH 3 ), trichlorosilane (—Si (Cl) 3 ), ammonium group (—NH 3 + ), phosphate group, or It preferably has a carboxy group (—COOH). The thiol group, amino group, isocyano group, cyano group, thioacetyl group, trichlorosilane, ammonium group, and phosphate group are functional groups that bind to fine particles as conductors such as Au, and include carboxy group, trichlorosilane, and ammonium group. The group and the phosphate group are functional groups that bond to fine particles as a semiconductor. Further, the functional groups located at both ends of the molecule may be different, and it is more preferable that the functional groups at both ends are close to the fine particles. Note that the first organic semiconductor molecule is a π-conjugated molecule, and most preferably has a functional group that is chemically bonded to the fine particles in at least two places.

具体的には、本発明の第1の態様において、p型導電型を示す第1の有機半導体分子として、例えば、ポルフィリン(詳細は後述する)、構造式(11)の4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)、構造式(12)の4,4’−ジイソシアノビフェニル、構造式(13)の4,4’−ジイソシアノ−p−テルフェニル、及び構造式(14)の2,5−ビス(5’−チオアセチル−2’−チオフェニル)チオフェン、構造式(15)の4,4’−ジイソシアノフェニル、構造式(16)のベンジジン(ビフェニル−4,4’−ジアミン)、構造式(17)のTCNQ(テトラシアノキノジメタン)、構造式(18)のビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、構造式(19)の1,4−ジ(4−チオフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン、構造式(20)の1,4−ジ(4−イソシアノフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼンを例示することができる。   Specifically, in the first aspect of the present invention, examples of the first organic semiconductor molecule exhibiting p-type conductivity include porphyrin (details will be described later), 4,4′-biphenyl of the structural formula (11) Dithiol (BPDT), 4,4′-diisocyanobiphenyl of structural formula (12), 4,4′-diisocyano-p-terphenyl of structural formula (13), and 2,5- of structural formula (14) Bis (5′-thioacetyl-2′-thiophenyl) thiophene, 4,4′-diisocyanophenyl of structural formula (15), benzidine (biphenyl-4,4′-diamine) of structural formula (16), structural formula TCNQ (tetracyanoquinodimethane) of (17), biphenyl-4,4′-dicarboxylic acid of structural formula (18), 1,4-di (4-thiophenylacetylinyl)-of structural formula (19) 2-ethylbe Zen, 1,4-di (4-isocyanoacetate phenylacetate dust yl) of formula (20) -2-ethylbenzene can be exemplified.

構造式(11):4,4’−ビフェニルジチオール
Structural formula (11): 4,4′-biphenyldithiol

構造式(12):4,4’−ジイソシアノビフェニル
Structural formula (12): 4,4′-diisocyanobiphenyl

構造式(13):4,4’−ジイソシアノ−p−テルフェニル
Structural formula (13): 4,4′-diisocyano-p-terphenyl

構造式(14):2,5−ビス(5’−チオアセチル−2’−チオフェニル)チオフェン
Structural formula (14): 2,5-bis (5′-thioacetyl-2′-thiophenyl) thiophene

構造式(15):4,4’−ジイソシアノフェニル
Structural formula (15): 4,4′-diisocyanophenyl

構造式(16):ベンジジン(ビフェニル−4,4’−ジアミン)
Structural formula (16): benzidine (biphenyl-4,4′-diamine)

構造式(17):TCNQ(テトラシアノキノジメタン)
Structural formula (17): TCNQ (tetracyanoquinodimethane)

構造式(18):ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸
Structural formula (18): Biphenyl-4,4′-dicarboxylic acid

構造式(19):1,4−ジ(4−チオフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン
Structural formula (19): 1,4-di (4-thiophenylacetylinyl) -2-ethylbenzene

構造式(20):1,4−ジ(4−イソシアノフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン
Structural formula (20): 1,4-di (4-isocyanophenylacetylinyl) -2-ethylbenzene

また、本発明の第1の態様において、第1の有機半導体分子として、構造式(21)で表されるデンドリマーも用いることができる。   In the first embodiment of the present invention, a dendrimer represented by the structural formula (21) can also be used as the first organic semiconductor molecule.

構造式(21):デンドリマー
Structural formula (21): Dendrimer

あるいは又、本発明の第1の態様において、有機半導体分子として、構造式(22)で表される有機分子を用いることもできる。尚、構造式(22)中の「X」は、式(23−1)、式(23−2)、式(23−3)、式(23−4)のいずれかで表され、構造式(22)中の「Y1」、「Y2」は、式(24−1)〜式(24−9)のいずれかで表され、「Z1」、「Z2」、「Z3」、「Z4」は、式(25−1)〜式(25−11)のいずれかで表される。ここで、「n」の値は、0あるいは正の整数である。また、Xは、式(23−1)、式(23−2)、式(23−3)、式(23−4)のいずれかで表されるユニットが1回以上、繰り返し結合したものであり、異なるユニットによる繰り返しを含む。更には、側鎖Z1,Z2,Z3,Z4は、繰り返し中において異なるものへと変化してもよい。 Alternatively, in the first aspect of the present invention, an organic molecule represented by the structural formula (22) can also be used as the organic semiconductor molecule. “X” in the structural formula (22) is represented by any one of the formula (23-1), the formula (23-2), the formula (23-3), and the formula (23-4). “Y 1 ” and “Y 2 ” in (22) are represented by any one of formulas (24-1) to (24-9), and “Z 1 ”, “Z 2 ”, “Z 3 ”. , “Z 4 ” is represented by any one of formulas (25-1) to (25-11). Here, the value of “n” is 0 or a positive integer. X is a unit in which a unit represented by any one of formula (23-1), formula (23-2), formula (23-3), and formula (23-4) is repeatedly bonded one or more times. Yes, including repetition by different units. Further, the side chains Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 may change to different ones during the repetition.

微粒子/第1の有機半導体分子・結合層を、第2導電型を有する第2の有機半導体分子と接触させる形態として、第2の有機半導体分子がどのような形態(固相、液相、気相)で存在するかにも依るが、第2の有機半導体分子を含む溶液中に微粒子/第1の有機半導体分子・結合層を浸漬する方法、第2の有機半導体分子を含むガス(蒸気)に微粒子/第1の有機半導体分子・結合層を暴露する方法を挙げることができる。   As the form in which the fine particle / first organic semiconductor molecule / bonding layer is brought into contact with the second organic semiconductor molecule having the second conductivity type, any form (solid phase, liquid phase, gas phase) of the second organic semiconductor molecule can be used. Phase), a method of immersing the fine particles / first organic semiconductor molecules / bonding layer in a solution containing the second organic semiconductor molecules, and a gas (vapor) containing the second organic semiconductor molecules. And a method of exposing the fine particles / first organic semiconductor molecules / bonding layer.

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様において、有機電子デバイスは電界効果型トランジスタ(FET)から成り、導電路によって第2導電型としての挙動を示すチャネル形成領域が構成される形態とすることができる。また、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第2の態様において、有機電子デバイスは電界効果型トランジスタ(FET)から成り、導電路によってp型としての挙動を示すチャネル形成領域が構成される形態とすることができる。尚、電界効果型トランジスタとして、ボトムゲート/ボトムコンタクト型、ボトムゲート/トップコンタクト型、トップゲート/ボトムコンタクト型、トップゲート/トップコンタクト型を挙げることができる。   Furthermore, in the first aspect of the present invention including the preferred embodiments and configurations described above, the organic electronic device is formed of a field effect transistor (FET), and forms a channel that exhibits a behavior as a second conductivity type by a conductive path. The area may be configured. In addition, in the second aspect of the present invention including the preferred embodiment and configuration described above, the organic electronic device is composed of a field effect transistor (FET), and a channel forming region that exhibits p-type behavior is formed by a conductive path. It can be set as a form. Examples of the field effect transistor include a bottom gate / bottom contact type, a bottom gate / top contact type, a top gate / bottom contact type, and a top gate / top contact type.

具体的には、ボトムゲート/ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタは、
(A)支持体上に形成されたゲート電極、
(B)ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層(基体に相当する)、
(C)ゲート絶縁層上に形成されたソース/ドレイン電極、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極の間であってゲート絶縁層上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域、
を備えている。
Specifically, bottom-gate / bottom-contact field effect transistors are:
(A) a gate electrode formed on a support;
(B) a gate insulating layer (corresponding to a substrate) formed on the gate electrode and the support,
(C) source / drain electrodes formed on the gate insulating layer, and
(D) a channel formation region formed between the source / drain electrodes and on the gate insulating layer and configured by a conductive path;
It has.

また、ボトムゲート/トップコンタクト型の電界効果型トランジスタは、
(A)支持体上に形成されたゲート電極、
(B)ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層(基体に相当する)、
(C)ゲート絶縁層上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域を含むチャネル形成領域構成層、並びに、
(D)チャネル形成領域構成層上に形成されたソース/ドレイン電極、
を備えている。
Bottom-gate / top-contact field effect transistors are
(A) a gate electrode formed on a support;
(B) a gate insulating layer (corresponding to a substrate) formed on the gate electrode and the support,
(C) a channel formation region forming layer including a channel formation region formed on the gate insulating layer and configured by a conductive path; and
(D) Source / drain electrodes formed on the channel forming region constituting layer,
It has.

また、トップゲート/ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成されたソース/ドレイン電極、
(B)ソース/ドレイン電極の間の基体上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域、
(C)ソース/ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
(D)ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
Top gate / bottom contact field effect transistors
(A) Source / drain electrodes formed on the substrate,
(B) a channel forming region formed on the substrate between the source / drain electrodes and constituted by a conductive path;
(C) a gate insulating layer formed on the source / drain electrode and the channel formation region, and
(D) a gate electrode formed on the gate insulating layer;
It has.

また、トップゲート/トップコンタクト型の電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域を含むチャネル形成領域構成層、
(B)チャネル形成領域構成層上に形成されたソース/ドレイン電極、
(C)ソース/ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
(D)ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
The top-gate / top-contact field effect transistor is
(A) a channel forming region constituting layer including a channel forming region formed on a substrate and configured by a conductive path;
(B) a source / drain electrode formed on the channel forming region constituting layer;
(C) a gate insulating layer formed on the source / drain electrode and the channel formation region, and
(D) a gate electrode formed on the gate insulating layer;
It has.

基体は、酸化ケイ素系材料(例えば、SiOXやスピンオンガラス(SOG));窒化ケイ素(SiNY);酸化アルミニウム(Al23);金属酸化物高誘電絶縁膜から構成することができる。基体をこれらの材料から構成する場合、基体を、以下に挙げる材料から適宜選択された支持体上に(あるいは支持体の上方に)形成すればよい。即ち、支持体として、あるいは又、上述した基体以外の基体として、ポリメチルメタクリレート(ポリメタクリル酸メチル,PMMA)やポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)に例示される有機ポリマー(高分子材料から構成された可撓性を有するプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板といった高分子材料の形態を有する)を挙げることができ、あるいは又、雲母を挙げることができる。このような可撓性を有する高分子材料から構成された基体を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への有機電子デバイスの組込みあるいは一体化が可能となる。あるいは又、基体(あるいは支持体)として、各種ガラス基板や、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を挙げることができる。電気絶縁性の支持体としては、以上に説明した材料から適切な材料を選択すればよい。支持体として、その他、導電性基板(金やアルミニウム等の金属から成る基板、高配向性グラファイトから成る基板)を挙げることができる。また、有機電子デバイスの構成、構造によっては、有機電子デバイスが支持体上に設けられているが、この支持体も上述した材料から構成することができる。 The substrate can be composed of a silicon oxide-based material (for example, SiO x or spin-on glass (SOG)); silicon nitride (SiN Y ); aluminum oxide (Al 2 O 3 ); metal oxide high dielectric insulating film. When the base is composed of these materials, the base may be formed on a support appropriately selected from the following materials (or above the support). That is, as a support or as a substrate other than the above-described substrates, polymethyl methacrylate (polymethyl methacrylate, PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl phenol (PVP), polyethersulfone (PES), polyimide, Organic polymers exemplified by polycarbonate (PC) and polyethylene terephthalate (PET) (having the form of a polymer material such as a flexible plastic film, plastic sheet or plastic substrate made of a polymer material) Or mica can be mentioned. If a substrate made of such a flexible polymer material is used, for example, an organic electronic device can be incorporated or integrated into a display device or electronic device having a curved shape. Alternatively, as a substrate (or support), various glass substrates, various glass substrates having an insulating layer formed on the surface, a quartz substrate, a quartz substrate having an insulating layer formed on the surface, and an insulating layer formed on the surface A silicon substrate can be mentioned. As the electrically insulating support, an appropriate material may be selected from the materials described above. Other examples of the support include a conductive substrate (a substrate made of metal such as gold or aluminum, a substrate made of highly oriented graphite). Further, depending on the configuration and structure of the organic electronic device, the organic electronic device is provided on the support, but this support can also be formed from the above-described materials.

有機電子デバイスを電界効果型トランジスタとする場合、ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、銅(Cu)、チタン(Ti)、インジウム(In)、錫(Sn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子、不純物を含有したポリシリコン等の導電性物質を挙げることができるし、これらの元素を含む層の積層構造とすることもできる。更には、ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]といった有機材料(導電性高分子)を挙げることもできる。   When the organic electronic device is a field effect transistor, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel are used as materials constituting the gate electrode, source / drain electrode, and various wirings. (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), iron (Fe), cobalt Metals such as (Co) and molybdenum (Mo), or alloys containing these metal elements, conductive particles made of these metals, conductive particles of alloys containing these metals, polysilicon containing impurities, etc. An electroconductive substance can be mentioned and it can also be set as the laminated structure of the layer containing these elements. Furthermore, an organic material (conductive polymer) such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid [PEDOT / PSS] is used as a material constituting the gate electrode, the source / drain electrode, and various wirings. It can also be mentioned.

ゲート電極やソース/ドレイン電極、配線の形成方法として、これらを構成する材料にも依るが、物理的気相成長法(PVD法);MOCVD法を含む各種の化学的気相成長法(CVD法);スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法といった各種印刷法;スピンコート法、浸漬法、スタンプ法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法(塗布法);リフト・オフ法;ゾル−ゲル法;電着法;シャドウマスク法;電解メッキ法や無電解メッキ法あるいはこれらの組合せといったメッキ法;及び、スプレー法の内のいずれかと、必要に応じてパターニング技術との組合せを挙げることができる。尚、PVD法として、(a)電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着等の各種真空蒸着法、(b)プラズマ蒸着法、(c)2極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、バイアススパッタリング法等の各種スパッタリング法、(d)DC(direct current)法、RF法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法を挙げることができる。   Various chemical vapor deposition methods (CVD methods) including physical vapor deposition (PVD method) and MOCVD methods, depending on the materials constituting the gate electrodes, source / drain electrodes, and wiring. ); Various printing methods such as screen printing method, inkjet printing method, offset printing method, gravure printing method; spin coating method, dipping method, stamp method, air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife coater method, squeeze method Various coating methods (coating methods) such as coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, gravure coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calendar coater method; lift-off method; Sol-gel method; electrodeposition method; shadow Disk method; plating method such as electrolytic plating or electroless plating method, or a combination thereof; and can include any of a spraying method, a combination of a patterning technique as necessary. In addition, as the PVD method, (a) various vacuum deposition methods such as electron beam heating method, resistance heating method, flash deposition, (b) plasma deposition method, (c) bipolar sputtering method, direct current sputtering method, direct current magnetron sputtering method Various sputtering methods such as high-frequency sputtering method, magnetron sputtering method, ion beam sputtering method, bias sputtering method, (d) DC (direct current) method, RF method, multi-cathode method, activation reaction method, electric field evaporation method, high-frequency method Various ion plating methods such as an ion plating method and a reactive ion plating method can be given.

更には、有機電子デバイスを電界効果型トランジスタとする場合、ゲート絶縁層(基体に相当する場合がある)を構成する材料として、酸化ケイ素系材料;窒化ケイ素(SiNY);酸化アルミニウム(Al23)等の金属酸化物高誘電絶縁膜にて例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート(PMMA);ポリビニルフェノール(PVP);ポリビニルアルコール(PVA);ポリイミド;ポリカーボネート(PC);ポリエチレンテレフタレート(PET);ポリスチレン;N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン(AEAPTMS)、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)等のシラノール誘導体(シランカップリング剤);オクタデカンチオール、ドデシルイソシアネイト等の一端にゲート電極等と結合可能な官能基を有する直鎖炭化水素類にて例示される有機系絶縁材料(有機ポリマー)を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。尚、酸化ケイ素系材料として、酸化シリコン(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、低誘電率SiO2系材料(例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機SOG)を例示することができる。 Further, when the organic electronic device is a field effect transistor, as a material constituting the gate insulating layer (which may correspond to the base), a silicon oxide-based material; silicon nitride (SiN Y ); aluminum oxide (Al 2 In addition to inorganic insulating materials exemplified by metal oxide high dielectric insulating films such as O 3 ), polymethyl methacrylate (PMMA); polyvinyl phenol (PVP); polyvinyl alcohol (PVA); polyimide; polycarbonate (PC) Polyethylene terephthalate (PET); polystyrene; silanol derivatives (silanes) such as N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane (AEAPTMS), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), octadecyltrichlorosilane (OTS) Coupling agent An organic insulating material (organic polymer) exemplified by linear hydrocarbons having a functional group capable of binding to a gate electrode or the like at one end, such as octadecanethiol and dodecyl isocyanate, and combinations thereof Can also be used. Silicon oxide-based materials include silicon oxide (SiO x ), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, silicon oxynitride (SiON), SOG (spin-on-glass), low dielectric constant SiO 2 -based material (for example, polyaryl) And ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, and organic SOG).

また、ゲート絶縁層の形成方法として、上述の各種PVD法;各種CVD法;上述した各種印刷法;スピンコート法や浸漬法を含む上述した各種コーティング法;キャスティング法;ゾル−ゲル法;電着法;シャドウマスク法;及び、スプレー法の内のいずれかを挙げることができる。あるいは又、ゲート絶縁層は、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化することによって形成することができるし、ゲート電極の表面に酸化膜や窒化膜を成膜することで得ることもできる。ゲート電極の表面を酸化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、O2プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。また、ゲート電極の表面を窒化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、N2プラズマを用いた窒化法を例示することができる。あるいは又、例えば、Au電極に対しては、一端をメルカプト基で修飾された直鎖状炭化水素のように、ゲート電極と化学的に結合を形成し得る官能基を有する絶縁性分子によって、浸漬法等の方法で自己組織的にゲート電極表面を被覆することで、ゲート電極の表面にゲート絶縁層を形成することもできる。あるいは又、ゲート電極の表面をシラノール誘導体(シランカップリング剤)により修飾することで、ゲート絶縁層を形成することもできる。 In addition, as a method for forming a gate insulating layer, various PVD methods described above; various CVD methods; various printing methods described above; various coating methods including spin coating method and immersion method; casting methods; sol-gel method; One of a method; a shadow mask method; and a spray method can be mentioned. Alternatively, the gate insulating layer can be formed by oxidizing or nitriding the surface of the gate electrode, or can be obtained by forming an oxide film or a nitride film on the surface of the gate electrode. As a method for oxidizing the surface of the gate electrode, although depending on the material constituting the gate electrode, an oxidation method using O 2 plasma and an anodic oxidation method can be exemplified. Further, as a method of nitriding the surface of the gate electrode, although it depends on the material constituting the gate electrode, a nitriding method using N 2 plasma can be exemplified. Alternatively, for example, for an Au electrode, it is immersed by an insulating molecule having a functional group that can form a chemical bond with the gate electrode, such as a linear hydrocarbon modified at one end with a mercapto group. A gate insulating layer can also be formed on the surface of the gate electrode by covering the surface of the gate electrode in a self-organized manner by a method such as a method. Alternatively, the gate insulating layer can be formed by modifying the surface of the gate electrode with a silanol derivative (silane coupling agent).

有機電子デバイスを、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体に多数の有機電子デバイスを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各有機電子デバイスを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。また、有機電子デバイスを樹脂にて封止してもよい。   When an organic electronic device is applied to and used in a display device or various electronic devices, it may be a monolithic integrated circuit in which a large number of organic electronic devices are integrated on a support, or each organic electronic device is cut and individualized for discrete use. It may be used as a part. Moreover, you may seal an organic electronic device with resin.

有機電子デバイスとして、上述した電界効果型トランジスタ以外にも、分子認識能を有するトランジスタを提供することができるので分子センサーへの応用が可能であるし、目的に合致するように、微粒子、第1の有機半導体分子等、第2の有機半導体分子を選択することにより、光電変換素子、発光素子、スイッチング・デバイス等への応用が可能となる。   As an organic electronic device, in addition to the above-described field-effect transistor, a transistor having molecular recognition ability can be provided, so that it can be applied to a molecular sensor. By selecting the second organic semiconductor molecule such as the organic semiconductor molecule, application to a photoelectric conversion element, a light emitting element, a switching device, or the like becomes possible.

本発明の第1の態様にあっては、第1の有機半導体分子をリンカー分子として用い、微粒子の例えば単層膜をネットワーク化することにより生じるナノ空間から構成された分子認識場内に、第2の有機半導体分子をゲスト分子として選択的に捕捉することによって、例えば、第1の有機半導体分子と微粒子との組合せによって第1導電型としての挙動を示す導電路を、第2導電型としての挙動を示す導電路に容易に変換することができる。具体的には、簡単な製造プロセスによって、例えばpチャネル型トランジスタをnチャネル型トランジスタに変換することができる。即ち、n型有機半導体材料を、数段階の複雑なプロセスによって合成する必要が無くなり、より簡素なプロセスの開発等によって各種の有機電子デバイスの製造コストの低減を図ることが可能となる。また、使用可能なn型有機半導体材料の選択自由度が高くなるので、空気中で酸化され難い、安定した物性を有するn型有機半導体材料を用いることが可能となり、有機電子デバイスの製造プロセスが複雑になるといった問題の発生を回避することができる。   In the first aspect of the present invention, the first organic semiconductor molecule is used as a linker molecule, and the second recognition layer is formed in a molecular recognition field composed of nanospace formed by networking, for example, a single layer film of fine particles. By selectively capturing the organic semiconductor molecule as a guest molecule, for example, a conductive path that exhibits the behavior as the first conductivity type by the combination of the first organic semiconductor molecule and the fine particles is changed into the behavior as the second conductivity type. Can be easily converted into a conductive path. Specifically, for example, a p-channel transistor can be converted into an n-channel transistor by a simple manufacturing process. That is, it is not necessary to synthesize the n-type organic semiconductor material by a complicated process of several steps, and it becomes possible to reduce the manufacturing cost of various organic electronic devices by developing a simpler process or the like. In addition, since the degree of freedom in selecting an n-type organic semiconductor material that can be used is increased, it is possible to use an n-type organic semiconductor material that is difficult to be oxidized in air and has stable physical properties. It is possible to avoid the occurrence of problems such as complexity.

また、本発明の第2の態様にあっては、新規の有機半導体分子から導電路を構成することで、例えば、係る導電路によってチャネル形成領域が構成される場合、優れた特性を有する有機電子デバイスを得ることができる。   Further, in the second aspect of the present invention, by forming a conductive path from a novel organic semiconductor molecule, for example, when a channel formation region is formed by the conductive path, an organic electron having excellent characteristics You can get a device.

更には、本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る有機電子デバイスにあっては、微粒子と第1の有機半導体分子等とを結合させる結果、導電路内の電荷移動が、第1の有機半導体分子等の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に生じる構造となり、分子の軸方向の移動度、例えば非局在化したπ電子による高い移動度を最大限に利用することができるので、高い移動度を実現することが可能となる。しかも、導電路の形成に、高温のプロセスや真空プロセスは不要であり、所望の厚さを有する導電路を容易に形成でき、低コストで有機電子デバイスを作製できる。   Furthermore, in the organic electronic device according to the first aspect or the second aspect of the present invention, as a result of combining the fine particles with the first organic semiconductor molecules, etc., the charge transfer in the conductive path is the first. It is a structure that occurs predominantly in the axial direction of the molecule along the main chain of organic semiconductor molecules, etc., and maximizes the mobility in the axial direction of the molecule, for example, high mobility due to delocalized π electrons Therefore, high mobility can be realized. In addition, a high-temperature process or a vacuum process is not necessary for forming the conductive path, and a conductive path having a desired thickness can be easily formed, and an organic electronic device can be manufactured at low cost.

図1は、本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスを構成する導電路の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a conductive path constituting the organic electronic device according to the first aspect of the present invention. 図2の(A)及び(B)は、本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスを構成する導電路の形成を説明するための各段階における概念図である。2A and 2B are conceptual diagrams at each stage for explaining the formation of a conductive path constituting the organic electronic device according to the first aspect of the present invention. 図3は、第1の有機半導体分子である式(104)にて示されるポルフィリン分子(実施例1)の分子量を、MALDI−TOF−MSによって測定した結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the results of measuring the molecular weight of the porphyrin molecule (Example 1) represented by the formula (104), which is the first organic semiconductor molecule, by MALDI-TOF-MS. 図4は、式(105)にて示されるポルフィリン分子(参考例1)の分子量を、MALDI−TOF−MSによって測定した結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the molecular weight of the porphyrin molecule (Reference Example 1) represented by the formula (105) by MALDI-TOF-MS. 図5は、ポルフィリン・ネットワーク膜におけるプラズモンの吸収スペクトルの測定結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the absorption spectrum of plasmon in the porphyrin network membrane. 図6は、フラーレン(C60)のトルエン溶液に一定時間浸漬させ、プラズモン吸収のシフトをモニターした結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the results of monitoring the shift in plasmon absorption after immersion in a toluene solution of fullerene (C 60 ) for a certain period of time. 図7の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1において得られた試料−A及び試料−Bのドレイン電流を測定した結果を示すグラフである。7A and 7B are graphs showing the results of measuring the drain currents of Sample-A and Sample-B obtained in Example 1, respectively. 図8の(A)及び(B)は、実施例3の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。8A and 8B are schematic partial end views of a substrate and the like for explaining the outline of the manufacturing method of the organic electronic device (field-effect transistor) of Example 3. FIG. 図9の(A)及び(B)は、図8の(B)に引き続き、実施例3の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。FIGS. 9A and 9B are schematic views of a substrate and the like for explaining the outline of the manufacturing method of the organic electronic device (field effect transistor) of Example 3 following FIG. 8B. It is a partial end view. 図10は、実施例3の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の一部分の概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram of a part of the organic electronic device (field effect transistor) of Example 3. 図11の(A)及び(B)は、実施例4の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。FIGS. 11A and 11B are schematic partial end views of a substrate and the like for explaining the outline of the manufacturing method of the organic electronic device (field effect transistor) of Example 4. FIG. 図12の(A)及び(B)は、図11の(B)に引き続き、実施例4の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。12 (A) and 12 (B) are schematic views of a substrate and the like for explaining the outline of the manufacturing method of the organic electronic device (field effect transistor) of Example 4 following FIG. 11 (B). It is a partial end view. 図13の(A)及び(B)は、実施例5の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。FIGS. 13A and 13B are schematic partial end views of a substrate and the like for explaining the outline of the manufacturing method of the organic electronic device (field effect transistor) of Example 5. FIG. 図14の(A)及び(B)は、図13の(B)に引き続き、実施例5の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。14A and 14B are schematic views of a substrate and the like for explaining the outline of the manufacturing method of the organic electronic device (field effect transistor) of Example 5 following FIG. 13B. It is a partial end view. 図15の(A)及び(B)は、実施例5の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。15A and 15B are schematic partial end views of a substrate and the like for explaining the outline of the method for manufacturing the organic electronic device (field effect transistor) of Example 5. FIG. 図16の(A)及び(B)は、図15の(B)に引き続き、実施例5の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。16 (A) and 16 (B) are schematic views of a substrate and the like for explaining the outline of the manufacturing method of the organic electronic device (field effect transistor) of Example 5 following FIG. 15 (B). It is a partial end view. 図17は、式(104)に示した本発明の有機半導体分子、及び、式(105)に示した参考例の有機半導体分子の合成スキームを示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a synthesis scheme of the organic semiconductor molecule of the present invention represented by the formula (104) and the organic semiconductor molecule of the reference example represented by the formula (105). 図18の下段及び上段は、図17の化合物5(実施例の有機半導体分子であり、n=2)及び化合物6(参考例の有機半導体分子であり、n=2)のMALDI−TOF−MSスペクトルを測定した結果を示すグラフである。The lower part and the upper part of FIG. 18 are MALDI-TOF-MS of Compound 5 (an organic semiconductor molecule of the example, n = 2) and Compound 6 (an organic semiconductor molecule of the reference example, n = 2) of FIG. It is a graph which shows the result of having measured a spectrum. 図19の下段及び上段は、図17の化合物5(実施例の有機半導体分子であり、n=3)及び化合物6(参考例の有機半導体分子であり、n=3)のMALDI−TOF−MSスペクトルを測定した結果を示すグラフである。The lower part and the upper part of FIG. 19 are MALDI-TOF-MS of Compound 5 (organic semiconductor molecule of the example, n = 3) and Compound 6 (organic semiconductor molecule of the reference example, n = 3) of FIG. It is a graph which shows the result of having measured a spectrum.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

実施例1は、本発明の第1の態様及び第2の態様に係る有機電子デバイス及びその製造方法、並びに、本発明の有機半導体分子に関する。本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスは導電路を具備し、この導電路は、図1の(A)に概念図を示すように、
(A)微粒子、
(B)第1導電型(実施例1においてはp型)を有し、微粒子と微粒子とを結合した第1の有機半導体分子(リンカー分子とも呼ばれ、ホスト分子に相当する)、及び、
(C)第2導電型(実施例1においてはn型)を有し、微粒子と微粒子との間に存在する分子認識場内に非共有結合状態で捕捉された第2の有機半導体分子(ゲスト分子に相当する)、
から成る。
Example 1 relates to the organic electronic device and the manufacturing method thereof according to the first and second aspects of the present invention, and the organic semiconductor molecule of the present invention. The organic electronic device according to the first aspect of the present invention includes a conductive path, and the conductive path is, as shown in a conceptual diagram in FIG.
(A) fine particles,
(B) a first organic semiconductor molecule (also referred to as a linker molecule, corresponding to a host molecule) having a first conductivity type (p-type in Example 1) and binding fine particles to each other; and
(C) Second organic semiconductor molecule (guest molecule) having a second conductivity type (n-type in Example 1) and trapped in a non-covalent bond state in a molecular recognition field existing between the fine particles. Equivalent to
Consists of.

より具体的には、実施例1において、微粒子は、表面が保護膜(図示せず)によって被覆された平均粒径RAVE=5nmの金(Au)粒子から成り、第1の有機半導体分子はp型導電型を有するポルフィリンから成り、第2の有機半導体分子はn型導電型を有するフラーレン(C60)から成り、第2の有機半導体分子は第1の有機半導体分子との分子間相互作用が可能である。そして、導電路は、全体として、n型としての挙動を示す。第1の有機半導体分子が末端に有する官能基は、微粒子と化学的に結合している。より具体的には、第1の有機半導体分子は、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端にチオール基(−SH)を有する。尚、第1の有機半導体分子の構造式(但し、末端に有する官能基がチオール基によって置換される前の構造式である)を以下の構造式(101)に示す。参考のために、分子の一端のみにチオール基(−SH)を有する第1の有機半導体分子も合成した。この参考例1の第1の有機半導体分子の構造式(但し、末端に有する官能基がチオール基によって置換される前の構造式である)を以下の構造式(102)に示す。 More specifically, in Example 1, the fine particles are composed of gold (Au) particles having an average particle diameter R AVE = 5 nm whose surface is covered with a protective film (not shown), and the first organic semiconductor molecule is It consists of porphyrin having p-type conductivity, the second organic semiconductor molecule is made of fullerene (C 60 ) having n-type conductivity, and the second organic semiconductor molecule is intermolecular interaction with the first organic semiconductor molecule. Is possible. The conductive path as a whole behaves as an n-type. The functional group at the terminal of the first organic semiconductor molecule is chemically bonded to the fine particles. More specifically, the first organic semiconductor molecule is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, and has thiol groups (—SH) at both ends of the molecule. The structural formula of the first organic semiconductor molecule (provided before the functional group at the terminal is replaced by a thiol group) is shown in the following structural formula (101). For reference, a first organic semiconductor molecule having a thiol group (—SH) only at one end of the molecule was also synthesized. The structural formula of the first organic semiconductor molecule of Reference Example 1 (however, the structural formula before the functional group at the terminal is replaced by a thiol group) is shown in the following structural formula (102).

一方、本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスは導電路を具備し、この導電路は、図1の(B)に概念図を示すように、
(A)微粒子、及び、
(B)微粒子と微粒子とを結合した有機半導体分子、
から成り、p型としての挙動を示す。そして、このチオール基を有するチオフェンポルフィリンである有機半導体分子は、下記の構造式(1)で表される。また、構造式(1)の有機半導体分子を得るための一種の前駆体であり、末端に有する官能基がチオール基によって置換される前の本発明の新規の有機半導体分子は、下記の構造式(2)で表される。但し、構造式(1)、構造式(2)中、R1,R2はアルキル基、具体的には、実施例1にあってはC511を表し、Mは、実施例1にあってはZn+2であり、n=3である。また、微粒子は上述したとおりである。そして、有機半導体分子が末端に有する官能基(具体的にはチオール基(−SH))が、微粒子と化学的に結合している。尚、R1,R2におけるmの値は、有機半導体分子の溶解性に影響を与え、mの値が大きくなり過ぎると、有機半導体分子の溶解性が悪くなる。
On the other hand, the organic electronic device according to the second aspect of the present invention includes a conductive path, and the conductive path is, as shown in a conceptual diagram in FIG.
(A) fine particles, and
(B) an organic semiconductor molecule in which fine particles are combined,
And shows the behavior as a p-type. And the organic-semiconductor molecule | numerator which is a thiophene porphyrin which has this thiol group is represented by following Structural formula (1). Moreover, it is a kind of precursor for obtaining the organic semiconductor molecule of the structural formula (1), and the novel organic semiconductor molecule of the present invention before the functional group at the terminal is substituted with a thiol group has the following structural formula It is represented by (2). However, in Structural Formula (1) and Structural Formula (2), R 1 and R 2 are alkyl groups, specifically, C 5 H 11 in Example 1, and M is in Example 1. In that case, Zn +2 and n = 3. The fine particles are as described above. And the functional group (specifically thiol group (-SH)) which the organic semiconductor molecule has at the terminal is chemically bonded to the fine particles. Note that the value of m in R 1 and R 2 affects the solubility of the organic semiconductor molecule, and if the value of m becomes too large, the solubility of the organic semiconductor molecule becomes poor.

以下、実施例1の有機電子デバイスの製造方法を説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the organic electronic device of Example 1 is demonstrated.

[工程−100]
以下の式(103)に示す出発物質から、式(104)及び式(105)のポルフィリン分子を合成した。尚、実施例1にあっては、式(104)及び式(105)にて示されるポルフィリン分子における「n」の値は「3」である。式(104)に示すポルフィリン分子(便宜上、実施例1におけるポルフィリン分子・前駆体と呼ぶ)は、両端にチオアセチル基(−SCOCH3)を有している。一方、式(105)に示すポルフィリン分子(便宜上、参考例1におけるポルフィリン分子・前駆体と呼ぶ)は、一端にのみチオアセチル基を有している。ここで、構造式(104)は、前述した構造式(1)において、R1及びR2をアルキル基(C511)とし、MをZn+2とし,nを3としたものである。式(104)及び式(105)に示すポルフィリン分子の合成の詳細に関しては、後述する。
[Step-100]
Porphyrin molecules of the formula (104) and the formula (105) were synthesized from the starting material represented by the following formula (103). In Example 1, the value of “n” in the porphyrin molecule represented by Formula (104) and Formula (105) is “3”. The porphyrin molecule represented by formula (104) (referred to as a porphyrin molecule / precursor in Example 1 for convenience) has a thioacetyl group (—SCOCH 3 ) at both ends. On the other hand, the porphyrin molecule represented by formula (105) (referred to as a porphyrin molecule / precursor in Reference Example 1 for convenience) has a thioacetyl group only at one end. Here, the structural formula (104) is a structure in which R 1 and R 2 are alkyl groups (C 5 H 11 ), M is Zn +2, and n is 3 in the above-described structural formula (1). . Details of the synthesis of the porphyrin molecule represented by formula (104) and formula (105) will be described later.

式(104)及び式(105)にて示される実施例1及び参考例1のポルフィリン分子・前駆体の分子量を、MALDI−TOF−MSによって測定したところ、その結果(図3及び図4参照)は、それぞれ、1151.881、902.158であり、それぞれの計算値(1152.083、902.216)と一致していた。   The molecular weight of the porphyrin molecule / precursor of Example 1 and Reference Example 1 represented by the formula (104) and formula (105) was measured by MALDI-TOF-MS, and the result (see FIGS. 3 and 4). Were 1151.881 and 902.158, respectively, which coincided with the respective calculated values (1152.083 and 902.216).

式(104)及び式(105)に示す実施例1及び参考例1のポルフィリン分子・前駆体に基づき導電路を形成する場合、導電路の形成直前に分子の末端におけるチオアセチル基をチオール基(−SH)に置換する必要がある。末端がチオール基で置換されたポルフィリン分子は大気中で酸化され易いので、使用の直前まで、末端をチオアセチル基の形態としておくことが望ましい。このチオール基での置換を、X. Xiao et. al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9235-9240 に記載された方法に基づき行った。即ち、これらの分子の両末端はアセチル基であるので、微粒子と有機半導体分子等との化学的な結合の直前に加水分解反応を行い、これらの分子の両末端をチオール基とした。具体的には、エタノールにポルフィリン分子を加えた後(この時点では、ポルフィリン分子はエタノールに溶けない)、0.2NのNaOH水溶液50ミリリットルを加え、30分間攪拌すると、透明な緑色の溶液となる。ポルフィリン分子溶液の濃度は1ミリ・モルであり、アルゴン飽和状態である。   When a conductive path is formed based on the porphyrin molecule / precursor of Example 1 and Reference Example 1 shown in Formula (104) and Formula (105), the thioacetyl group at the end of the molecule is replaced with a thiol group (- SH) must be substituted. Since the porphyrin molecule whose end is substituted with a thiol group is easily oxidized in the atmosphere, it is desirable to keep the end in the form of a thioacetyl group until just before use. Substitution with this thiol group was performed based on the method described in X. Xiao et. Al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9235-9240. That is, since both ends of these molecules are acetyl groups, a hydrolysis reaction was performed immediately before chemical bonding between the fine particles and the organic semiconductor molecules, and both ends of these molecules were made thiol groups. Specifically, after adding the porphyrin molecule to ethanol (at this time, the porphyrin molecule does not dissolve in ethanol), 50 mL of 0.2N NaOH aqueous solution is added and stirred for 30 minutes, resulting in a clear green solution. . The concentration of the porphyrin molecule solution is 1 millimol and is in an argon saturated state.

こうして調製された実施例1及び参考例1のポルフィリン分子溶液を使用して、以下に説明する方法に基づき有機電子デバイス試作品を作製した。   Using the porphyrin molecular solution prepared in Example 1 and Reference Example 1 thus prepared, an organic electronic device prototype was produced based on the method described below.

[工程−110]
支持体として、不純物が高濃度にドープされたシリコン半導体基板を使用し、このシリコン半導体基板それ自体をゲート電極として用い、ゲート絶縁層(基体に相当する)を、このシリコン半導体基板の表面を熱酸化することによって形成されたSiO2から構成した。そして、ゲート絶縁層上に、密着層としての厚さ約0.5nmのチタン(Ti)層、及び、ソース/ドレイン電極として厚さ約25nmの金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成した。これらの層の成膜を行う際、ゲート絶縁層の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができた。
[Step-110]
As a support, a silicon semiconductor substrate doped with a high concentration of impurities is used. This silicon semiconductor substrate itself is used as a gate electrode, and a gate insulating layer (corresponding to a base) is heated on the surface of the silicon semiconductor substrate. It was composed of SiO 2 formed by oxidation. Then, a titanium (Ti) layer with a thickness of about 0.5 nm as an adhesion layer and a gold (Au) layer with a thickness of about 25 nm as a source / drain electrode are sequentially deposited on the gate insulating layer by a vacuum deposition method. Formed on the basis. When these layers were formed, the source / drain electrodes could be formed without a photolithography process by covering a part of the gate insulating layer with a hard mask.

[工程−120]
次いで、LB法に類似した方法に基づき、Au微粒子を含むトルエン溶液に基づき薄膜を水面に成膜した後、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることで形成した微粒子膜を、基体上(より具体的には、ソース/ドレイン電極及びゲート絶縁層上)に転写することによって微粒子層の単層膜を得た。この状態を、図2の(A)の概念図に示す。図2の(A)においては、微粒子が離散して配置されたように図示しているが、実際には、微粒子の表面に形成された保護膜(図示せず)が接した状態で、基体の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態(より具体的には、最密充填状態)にて配列されている。
[Step-120]
Next, based on a method similar to the LB method, after forming a thin film on the water surface based on a toluene solution containing Au fine particles, the fine particle film formed by evaporating the solvent contained in the thin film is formed on the substrate (more specifically, First, a single layer film of a fine particle layer was obtained by transferring onto a source / drain electrode and a gate insulating layer. This state is shown in the conceptual diagram of FIG. In FIG. 2A, the fine particles are illustrated as being discretely arranged, but in reality, the substrate is in contact with a protective film (not shown) formed on the surface of the fine particles. Are arranged two-dimensionally and regularly in a filled state (more specifically, in a close-packed state) in a plane substantially parallel to the surface of

[工程−130]
その後、上述したポルフィリン分子溶液に全体を浸漬した。第1の有機半導体分子あるいは有機半導体分子(第1の有機半導体分子等)であるポルフィリン分子が保護膜を構成する有機分子と置換される結果、微粒子と第1の有機半導体分子等との化学的な結合体が形成される(図2の(B)の概念図参照)。こうして、基体上に、
(a)微粒子、及び、
(b)第1導電型を有し、微粒子と微粒子とを結合した第1の有機半導体分子、
から成る微粒子/第1の有機半導体分子・結合層(ポルフィリン・ネットワーク単層膜)を形成することができた。あるいは又、
(A)微粒子、及び、
(B)微粒子と微粒子とを結合した有機半導体分子、
から成り、p型としての挙動を示す導電路を得ることができた。
[Step-130]
Then, the whole was immersed in the porphyrin molecular solution mentioned above. As a result of the porphyrin molecule which is the first organic semiconductor molecule or the organic semiconductor molecule (first organic semiconductor molecule, etc.) being replaced with the organic molecule constituting the protective film, the chemical reaction between the fine particles and the first organic semiconductor molecule, etc. A simple combined body is formed (see the conceptual diagram of FIG. 2B). Thus, on the substrate,
(A) fine particles, and
(B) a first organic semiconductor molecule having a first conductivity type, in which fine particles and fine particles are combined;
It was possible to form a fine particle / first organic semiconductor molecule / bonding layer (porphyrin network monolayer film) comprising: Alternatively,
(A) fine particles, and
(B) an organic semiconductor molecule in which fine particles are combined,
It was possible to obtain a conductive path consisting of

以上の工程で、本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスの製造方法が完了し、本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスを得ることができる。そして、本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスを得るために、以下に説明する本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスの製造方法を更に実行する。   Through the above steps, the method for manufacturing the organic electronic device according to the second aspect of the present invention is completed, and the organic electronic device according to the second aspect of the present invention can be obtained. And in order to obtain the organic electronic device which concerns on the 1st aspect of this invention, the manufacturing method of the organic electronic device which concerns on the 1st aspect of this invention demonstrated below is further performed.

[工程−140]
即ち、次いで、微粒子/第1の有機半導体分子・結合層を、第2導電型を有する第2の有機半導体分子と接触させた。具体的には、全体を、フラーレン(C60)のトルエン溶液に浸漬させた。これによって、分子認識場(ネットワーク空間)にフラーレン(C60)が取り込まれ、導電路を得ることができた(図1の(A)参照)。
[Step-140]
That is, the fine particle / first organic semiconductor molecule / bonding layer was then brought into contact with the second organic semiconductor molecule having the second conductivity type. Specifically, the whole was immersed in a toluene solution of fullerene (C 60 ). As a result, fullerene (C 60 ) was taken into the molecular recognition field (network space), and a conductive path could be obtained (see FIG. 1A).

尚、πーπ相互作用によるポルフィリンとフラーレンの分子複合体の形成に関しては、porphyrin cycle dimer によるC60の捕捉(K. Tashiro et. al. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9477-9478 参照)、porphyrin ゲルによるC60捕捉(M. Shiragawa et. al. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9902-9903 参照)、金ナノ粒子の表面での porphyrin/C60複合体(H. Imahori et. al. Chem. Eur. J. 2005, 11, 7265-7275 参照)等の報告が知られている。 Regarding the formation of a porphyrin-fullerene molecular complex by π-π interaction, C 60 capture by porphyrin cycle dimer (K. Tashiro et. Al. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9477- 9478), C 60 capture by porphyrin gel (see M. Shiragawa et. Al. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9902-9903), porphyrin / C 60 complex on the surface of gold nanoparticles (see H. Imahori et. Al. Chem. Eur. J. 2005, 11, 7265-7275).

ここで、ポルフィリン分子溶液に全体を浸漬することで、第1の有機半導体分子等であるポルフィリン分子が保護膜を構成する有機分子と置換されることを確認する試験を行った。具体的には、ガラス基板上でのUV−Vis吸収スペクトルの変化を調べた。先ず、1.8cm×1.8cmの大きさのガラス基板に対して、エタノールを用いた超音波洗浄、アセトンを用いた超音波洗浄、純水を用いた超音波洗浄を、順次、行った。そして、上述したと同様に、LB法に類似した方法に基づき、金ナノ粒子の単層膜をガラス基板上に形成した。そして、このガラス基板をポルフィリン溶液に浸漬するだけで、ガラス基板上にポルフィリン・ネットワーク膜が成膜された。そして、このポルフィリン・ネットワーク膜におけるプラズモンの吸収スペクトルの測定を行った。尚、浸漬時間による金ナノ粒子のプラズモン吸収ピークのシフトをモニターした。浸漬時間を0分、10分、1時間、5時間、24時間とした。その結果を図5に示す。ここで、図5に黒四角印で示すグラフは、実施例1のポルフィリン分子溶液を用いたときの結果であり、黒三角印で示すグラフは、参考例1のポルフィリン分子溶液を用いたときの結果である。   Here, the test which confirms that the porphyrin molecule which is the 1st organic-semiconductor molecule etc. is substituted with the organic molecule which comprises a protective film by immersing the whole in a porphyrin molecule solution. Specifically, the change in the UV-Vis absorption spectrum on the glass substrate was examined. First, ultrasonic cleaning using ethanol, ultrasonic cleaning using acetone, and ultrasonic cleaning using pure water were sequentially performed on a glass substrate having a size of 1.8 cm × 1.8 cm. Then, as described above, a single layer film of gold nanoparticles was formed on a glass substrate based on a method similar to the LB method. And the porphyrin network film | membrane was formed into a film on the glass substrate only by immersing this glass substrate in a porphyrin solution. And the absorption spectrum of the plasmon in this porphyrin network membrane was measured. In addition, the shift of the plasmon absorption peak of the gold nanoparticle with the immersion time was monitored. The immersion time was 0 minutes, 10 minutes, 1 hour, 5 hours, and 24 hours. The result is shown in FIG. Here, the graph shown by the black square mark in FIG. 5 is the result when the porphyrin molecular solution of Example 1 is used, and the graph shown by the black triangle mark is when the porphyrin molecular solution of Reference Example 1 is used. It is a result.

金のプラズモン吸収においては、
(1)金ナノ粒子と第1の有機半導体分子等の相互作用、及び、
(2)金ナノ粒子間の相互作用
によって、長波長シフトが起こることが知られている(例えば、B. C. Sih et. al. Chem.Commun. 2005, 3375-3384 参照)。実施例1のポルフィリン分子溶液を用いた場合には、浸漬時間1時間でプラズモンのシフトがほぼ飽和状態となり、25nmという大きいプラズモン吸収のシフトが観測された。また、初期の1時間程度でプラズモン吸収のシフト飽和が見られ、Au−S結合の生成が強く示唆された。粒子間のリンクができない参考例1のポルフィリン分子溶液を用いた場合には、プラズモンの総シフト量は15nmであり、実施例1のポルフィリン分子溶液を用いた場合と比べて小さい。この結果から、リンクすることで金ナノ粒子と第1の有機半導体分子等との間の強い相互作用が生じ、プラズモン吸収のシフトが大きくなることが分かった。
In the absorption of gold plasmons,
(1) interaction between gold nanoparticles and first organic semiconductor molecules, and
(2) It is known that a long wavelength shift occurs due to the interaction between gold nanoparticles (for example, see BC Sih et. Al. Chem. Commun. 2005, 3375-3384). When the porphyrin molecular solution of Example 1 was used, the plasmon shift was almost saturated after 1 hour of immersion, and a large plasmon absorption shift of 25 nm was observed. In addition, plasmon absorption shift saturation was observed in the first hour or so, strongly suggesting the formation of Au—S bonds. When the porphyrin molecular solution of Reference Example 1 in which the particles cannot be linked is used, the total plasmon shift amount is 15 nm, which is smaller than when the porphyrin molecular solution of Example 1 is used. From this result, it was found that the strong interaction between the gold nanoparticle and the first organic semiconductor molecule or the like is generated by linking, and the shift of plasmon absorption becomes large.

また、こうして得られた試料を、フラーレン(C60)のトルエン溶液に一定時間浸漬させ、プラズモン吸収のシフトをモニターした。浸漬時間を0分、10分、1時間、5時間、24時間とした。その結果を図6に示すが、図6に黒丸印で示すグラフは、実施例1のポルフィリン分子溶液を用いたときの結果であり、黒三角印で示すグラフは、参考例1のポルフィリン分子溶液を用いたときの結果である。また、図5の結果を得たときのポルフィリン分子溶液と、図6の結果を得たときのポルフィリン分子溶液とは、作製ロットが相違している。フラーレン(C60)を分子認識場(ネットワーク空間)に捕捉させることによって、プラズモンの長波長シフトが観測される。この場合にあっても、数時間でシフトの飽和が観察された。ここで、実施例1のポルフィリン分子溶液を用いたときの方が、参考例1のポルフィリン分子溶液を用いたときよりも、10nm程度、大きなシフトが生じており、ネットワーク構造による選択的なフラーレン(C60)の捕捉が生じることが分かった。以上の結果から、ポルフィリン分子によるリンカー反応や、ネットワーク構造によるフラーレン(C60)捕捉作用が明らかになった。 Further, the sample thus obtained was immersed in a toluene solution of fullerene (C 60 ) for a certain time, and the shift in plasmon absorption was monitored. The immersion time was 0 minutes, 10 minutes, 1 hour, 5 hours, and 24 hours. The results are shown in FIG. 6. The graph indicated by black circles in FIG. 6 is the results when the porphyrin molecule solution of Example 1 was used, and the graph indicated by black triangles is the porphyrin molecule solution of Reference Example 1. It is a result when using. The porphyrin molecule solution obtained when the result of FIG. 5 is obtained is different from the porphyrin molecule solution obtained when the result of FIG. 6 is obtained. By capturing fullerene (C 60 ) in a molecular recognition field (network space), a long wavelength shift of plasmons is observed. Even in this case, shift saturation was observed within a few hours. Here, when the porphyrin molecule solution of Example 1 was used, a large shift of about 10 nm occurred compared to when the porphyrin molecule solution of Reference Example 1 was used. It was found that C 60 ) capture occurs. From the above results, the linker reaction by the porphyrin molecule and the fullerene (C 60 ) capturing action by the network structure were clarified.

上述した導電路の特性評価を行った。具体的には、[工程−130]の完了によって得られた試料−A(本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスに相当する)と、フラーレン(C60)トルエン溶液に1時間浸漬といった[工程−140]の完了によって得られた試料−B(本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスに相当する)とにおいて、ドレイン電流を測定した。試料−Aの測定結果を図7の(A)に示し、試料−Bの測定結果を図7の(B)に示す。図7の(A)に示すように、試料−Aにおいては、ゲート電圧Vgをマイナス側に振ることによって、ドレイン側の電流が増加し、明らかにpチャネル型のトランジスタの動作が確認できた。一方、図7の(B)に示すように、試料−Bにおいては、ゲート電圧Vgをプラス側に振ることによって、ドレイン側の電流の絶対値が増加し、nチャネル型のトランジスタの動作が確認できた。この結果から、実施例1においては、ホスト−ゲスト相互作用が可能であり、簡単にゲスト分子である第2の有機半導体分子を取り込むことによりpチャネル型トランジスタからnチャネル型トランジスタに変換できることが分かった。 The above-described conductive path characteristics were evaluated. Specifically, Sample-A obtained by completing [Step-130] (corresponding to the organic electronic device according to the second aspect of the present invention) and immersion in a fullerene (C 60 ) toluene solution for 1 hour. The drain current was measured for Sample-B (corresponding to the organic electronic device according to the first aspect of the present invention) obtained by completing [Step-140]. The measurement result of Sample-A is shown in FIG. 7A, and the measurement result of Sample-B is shown in FIG. As shown in FIG. 7A, in Sample-A, the drain-side current increased by swinging the gate voltage Vg to the minus side, and the operation of the p-channel transistor was clearly confirmed. . On the other hand, as shown in FIG. 7B, in Sample-B, by swinging the gate voltage Vg to the plus side, the absolute value of the drain-side current increases, and the operation of the n-channel transistor is improved. It could be confirmed. From this result, it can be seen that in Example 1, host-guest interaction is possible, and a p-channel transistor can be converted to an n-channel transistor by simply incorporating a second organic semiconductor molecule that is a guest molecule. It was.

実施例2は、実施例1の変形である。実施例2にあっては、式(104)において、n=2である有機半導体分子等に基づくポルフィリン分子溶液を使用して、以下に説明する方法に基づき有機電子デバイス試作品を作製した。併せて、式(105)において、n=2である有機半導体分子等に基づくポルフィリン分子溶液を使用して、以下に説明する方法に基づき有機電子デバイス試作品を、参考例2として作製した。尚、これらの分子の両末端はアセチル基であるので、微粒子と有機半導体分子等との化学的な結合の直前に加水分解反応を行い、これらの分子の両末端をチオール基とした。具体的には、エタノールにポルフィリン分子を加えた後(この時点では、ポルフィリン分子はエタノールに溶けない)、0.2NのNaOH水溶液50ミリリットルを加え、30分間攪拌すると、透明な緑色の溶液となる。ポルフィリン分子溶液の濃度を0.1ミリ・モル及び0.5ミリ・モルの2種類とした。尚、アルゴン飽和状態である。   The second embodiment is a modification of the first embodiment. In Example 2, an organic electronic device prototype was produced based on the method described below using a porphyrin molecule solution based on an organic semiconductor molecule or the like where n = 2 in formula (104). In addition, an organic electronic device prototype was produced as Reference Example 2 based on the method described below using a porphyrin molecule solution based on an organic semiconductor molecule or the like where n = 2 in formula (105). Since both ends of these molecules are acetyl groups, a hydrolysis reaction was performed immediately before chemical bonding between the fine particles and the organic semiconductor molecules, and both ends of these molecules were made thiol groups. Specifically, after adding the porphyrin molecule to ethanol (at this time, the porphyrin molecule does not dissolve in ethanol), 50 mL of 0.2N NaOH aqueous solution is added and stirred for 30 minutes, resulting in a clear green solution. . The concentration of the porphyrin molecule solution was two types of 0.1 millimol and 0.5 millimol. In addition, it is an argon saturation state.

[工程−210]
実施例1と同様に、支持体として、不純物が高濃度にドープされたシリコン半導体基板を使用し、このシリコン半導体基板それ自体をゲート電極として用い、ゲート絶縁層(基体に相当する)を、このシリコン半導体基板の表面を熱酸化することによって形成されたSiO2(厚さ150nm)から構成した。そして、ゲート絶縁層上に、密着層としてのクロム(Cr)層、及び、ソース/ドレイン電極として厚さ約25nmの金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成した。これらの層の成膜を行う際、ゲート絶縁層の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができた。尚、チャネル長を50μm、幅を8.8mmとした。
[Step-210]
As in Example 1, a silicon semiconductor substrate doped with a high concentration of impurities is used as a support, the silicon semiconductor substrate itself is used as a gate electrode, and a gate insulating layer (corresponding to a substrate) is used. The surface of the silicon semiconductor substrate was composed of SiO 2 (thickness 150 nm) formed by thermal oxidation. Then, a chromium (Cr) layer as an adhesion layer and a gold (Au) layer having a thickness of about 25 nm as a source / drain electrode were sequentially formed on the gate insulating layer based on a vacuum deposition method. When these layers were formed, the source / drain electrodes could be formed without a photolithography process by covering a part of the gate insulating layer with a hard mask. The channel length was 50 μm and the width was 8.8 mm.

[工程−220]
次いで、LB法に類似した方法に基づき、Au微粒子(平均粒径RAVE=4.7±1.1nm)を含むトルエン溶液に基づき薄膜を水面に成膜した後、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることで形成した微粒子膜を、基体上(より具体的には、ソース/ドレイン電極及びゲート絶縁層上)に転写することによって微粒子層の単層膜を得た。この状態は、図2の(A)の概念図に示したと同様である。
[Step-220]
Next, based on a method similar to the LB method, a thin film is formed on the water surface based on a toluene solution containing Au fine particles (average particle size R AVE = 4.7 ± 1.1 nm), and then the solvent contained in the thin film is evaporated. The fine particle film thus formed was transferred onto the substrate (more specifically, on the source / drain electrodes and the gate insulating layer) to obtain a single layer film of the fine particle layer. This state is the same as that shown in the conceptual diagram of FIG.

[工程−230]
その後、上述したポルフィリン分子溶液(温度:50゜C)に全体を3時間浸漬した。有機半導体分子等であるポルフィリン分子が保護膜を構成する有機分子と置換される結果、微粒子と有機半導体分子等との化学的な結合体が形成される(図1の(B)の概念図参照)。こうして、基体上に、
(A)微粒子、及び、
(B)微粒子と微粒子とを結合した有機半導体分子、
から成り、p型としての挙動を示す導電路を得ることができた。
[Step-230]
Thereafter, the whole was immersed in the porphyrin molecule solution (temperature: 50 ° C.) for 3 hours. As a result of the replacement of the porphyrin molecule, which is an organic semiconductor molecule, with the organic molecule constituting the protective film, a chemical bond between the fine particles and the organic semiconductor molecule is formed (see the conceptual diagram in FIG. 1B). ). Thus, on the substrate,
(A) fine particles, and
(B) an organic semiconductor molecule in which fine particles are combined,
It was possible to obtain a conductive path consisting of

以上の工程で、本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスの製造方法が完了し、本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスを得ることができた。   Through the above steps, the method for manufacturing the organic electronic device according to the second aspect of the present invention was completed, and the organic electronic device according to the second aspect of the present invention was obtained.

[工程−240]
その後、結合層を、第2導電型を有する第2の有機半導体分子と接触させた。具体的には、全体を、フラーレン(C60)のトルエン溶液に浸漬させた。これによって、分子認識場(ネットワーク空間)にフラーレン(C60)が取り込まれ、導電路を得ることができた(図1の(A)参照)。
[Step-240]
Thereafter, the bonding layer was brought into contact with a second organic semiconductor molecule having the second conductivity type. Specifically, the whole was immersed in a toluene solution of fullerene (C 60 ). As a result, fullerene (C 60 ) was taken into the molecular recognition field (network space), and a conductive path could be obtained (see FIG. 1A).

[工程−230]にて得られた本発明の第2の態様に係る有機電子デバイス(実施例2及び参考例2のサンプル)に関して、電気特性を測定した。電流−電圧特性は、2個〜4個の複数のサンプルを用いて測定を行った。実施例2及び参考例2の伝導率(σ)及び相互コンダクタンス(gm)の測定結果(平均値)を以下に示す。 The electrical characteristics of the organic electronic device (samples of Example 2 and Reference Example 2) according to the second aspect of the present invention obtained in [Step-230] were measured. Current-voltage characteristics were measured using a plurality of samples of 2 to 4. The measurement results (average values) of conductivity (σ) and mutual conductance (g m ) of Example 2 and Reference Example 2 are shown below.

伝導率σ 相互コンダクタンスgm/Wg
(S/cm) (S/cm)
実施例2
0.1ミリ・モル 7.71×10-2 1.83×10-5
0.5ミリ・モル 5.70×10-2 8.54×10-6
参考例2
0.1ミリ・モル 5.82×10-4 8.43×10-8
0.5ミリ・モル 1.23×10-4 8.89×10-9
Conductivity σ Mutual conductance g m / W g
(S / cm) (S / cm)
Example 2
0.1 millimol 7.71 × 10 -2 1.83 × 10 -5
0.5 millimoles 5.70 × 10 −2 8.54 × 10 −6
Reference example 2
0.1 millimol 5.82 × 10 −4 8.43 × 10 −8
0.5 millimoles 1.23 × 10 −4 8.89 × 10 −9

本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスである実施例2にあっては、参考例2に比べて、伝導率σは約102倍以上、相互コンダクタンスgmも103倍以上、大きいといった結果が得られた。参考例2においては、金粒子間のリンクが生じないので、分子間のホッピングが伝導パスとなる。一方、粒子間のリンクが生じる実施例2においては、分子内伝導の寄与により流れる電流値が大きいと考えられる。更には、実施例2において、相対的に高い相互コンダクタンスgmが得られたので、より大きなゲート効果を得るためには金ナノ粒子間をネットワーク化させることが有効であることが判った。また、モノチオールのポルフィリンリンカー分子を用いた有機電子デバイスよりも、ジチオールリンカー分子を用いた有機電子デバイスの方が、より優れた特性(大きな伝導率やゲート効果)を示すことが明らかとなった。 In Example 2, which is an organic electronic device according to the second aspect of the present invention, the conductivity σ is about 10 2 times or more and the mutual conductance g m is 10 3 times or more larger than that of Reference Example 2. The result was obtained. In Reference Example 2, since no link between gold particles occurs, hopping between molecules becomes a conduction path. On the other hand, in Example 2 in which a link between particles occurs, it is considered that the value of the flowing current is large due to the contribution of intramolecular conduction. Furthermore, in Example 2, since a relatively high transconductance g m was obtained, it has been found that it is effective to network gold nanoparticles in order to obtain a larger gate effect. In addition, it became clear that organic electronic devices using dithiol linker molecules show better properties (large conductivity and gate effect) than organic electronic devices using monothiol porphyrin linker molecules. .

実施例3は、実施例1の変形である。実施例3においては、有機電子デバイスを電界効果型トランジスタ(FET)、より具体的には、薄膜トランジスタ(TFT)から構成した。この実施例3の電界効果型トランジスタ(具体的には、薄膜トランジスタ)にあっては、導電路によって、第2導電型としての挙動を示すチャネル形成領域が構成される。更には、実施例3の電界効果型トランジスタ(より具体的には、nチャネル型TFT)は、ボトムゲート/ボトムコンタクト型であり、図9の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極14B、
(B)ゲート電極14B及び支持体10上に形成されたゲート絶縁層15(基体13に相当する)、
(C)ゲート絶縁層15上に形成されたソース/ドレイン電極16B、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極16Bの間であってゲート絶縁層15上に形成され、導電路21Bによって構成されたチャネル形成領域17B、
を備えている。また、実施例3の電界効果型トランジスタ(より具体的には、pチャネル型TFT)は、ボトムゲート/ボトムコンタクト型であり、図9の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極14A、
(B)ゲート電極14A及び支持体10上に形成されたゲート絶縁層15(基体13に相当する)、
(C)ゲート絶縁層15上に形成されたソース/ドレイン電極16A、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極16Aの間であってゲート絶縁層15上に形成され、導電路21Aによって構成されたチャネル形成領域17A、
を備えている。
The third embodiment is a modification of the first embodiment. In Example 3, the organic electronic device was composed of a field effect transistor (FET), more specifically, a thin film transistor (TFT). In the field effect transistor (specifically, thin film transistor) of the third embodiment, a channel forming region that exhibits the behavior as the second conductivity type is configured by the conductive path. Furthermore, the field-effect transistor (more specifically, n-channel TFT) of Example 3 is a bottom gate / bottom contact type, and FIG. 9B shows a schematic partial cross-sectional view. like,
(A) a gate electrode 14B formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 15 (corresponding to the base 13) formed on the gate electrode 14B and the support 10;
(C) a source / drain electrode 16B formed on the gate insulating layer 15, and
(D) a channel forming region 17B formed between the source / drain electrodes 16B and on the gate insulating layer 15 and configured by the conductive path 21B;
It has. The field effect transistor (more specifically, p-channel TFT) of Example 3 is a bottom gate / bottom contact type, and a schematic partial cross-sectional view is shown in FIG. 9B. In addition,
(A) a gate electrode 14A formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 15 (corresponding to the base 13) formed on the gate electrode 14A and the support 10;
(C) a source / drain electrode 16A formed on the gate insulating layer 15, and
(D) a channel forming region 17A formed between the source / drain electrodes 16A and on the gate insulating layer 15 and configured by the conductive path 21A;
It has.

実施例3あるいは後述する実施例4〜実施例6におけるチャネル形成領域17A,17Bは、実施例1にて説明した導電路と同様の構成、構造を有するし、基本的に、実施例1にて説明した導電路の形成方法と同様の方法で形成することができる。   The channel formation regions 17A and 17B in the third embodiment or the fourth to sixth embodiments described later have the same configuration and structure as the conductive path described in the first embodiment. The conductive path can be formed by the same method as that described above.

実施例3においては、実施例1と同様に、導体から成る微粒子23として、平均粒径RAVE=5nmの金微粒子(金ナノ粒子)を使用する。また、第1の有機半導体分子等は、分子の両端にチオール基(−SH)を有するp型導電型のポルフィリンから成り、第2の有機半導体分子はn型導電型を有するフラーレン(C60)から成る。支持体10は、ガラス基板11、及び、その表面に形成されたSiO2から成る絶縁層12から構成されており、基体13はゲート絶縁層15(具体的にはSiO2)から成る。 In Example 3, as in Example 1, gold fine particles (gold nanoparticles) having an average particle size R AVE = 5 nm are used as the fine particles 23 made of a conductor. The first organic semiconductor molecule or the like is composed of p-type conductivity porphyrin having thiol groups (—SH) at both ends of the molecule, and the second organic semiconductor molecule is an n-type conductivity fullerene (C 60 ). Consists of. The support 10 is composed of a glass substrate 11 and an insulating layer 12 made of SiO 2 formed on the surface thereof, and the base 13 is made of a gate insulating layer 15 (specifically, SiO 2 ).

以下、基体等の模式的な一部端面図である図8の(A)、(B)及び図9の(A)、(B)、並びに、図10を参照して、実施例3の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明する。   Hereinafter, referring to FIGS. 8A and 8B and FIGS. 9A and 9B, which are schematic partial end views of the substrate and the like, and FIG. An outline of a method for manufacturing an electronic device (field effect transistor) will be described.

[工程−300]
先ず、支持体10上にゲート電極14A,14Bを形成する。具体的には、ガラス基板11の表面に形成されたSiO2から成る絶縁層12上に、ゲート電極14A,14Bを形成すべき部分が除去されたレジスト層(図示せず)を、リソグラフィ技術に基づき形成する。その後、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ゲート電極14A,14Bとしての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフト・オフ法に基づき、ゲート電極14A,14Bを得ることができる。
[Step-300]
First, gate electrodes 14 </ b> A and 14 </ b> B are formed on the support 10. Specifically, a resist layer (not shown) from which the portions where the gate electrodes 14A and 14B are to be formed is removed on the insulating layer 12 made of SiO 2 formed on the surface of the glass substrate 11 is applied to the lithography technique. Form based on. Thereafter, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as the gate electrodes 14A and 14B are sequentially formed on the entire surface by a vacuum evaporation method, and then a resist layer. Remove. Thus, the gate electrodes 14A and 14B can be obtained based on the so-called lift-off method.

[工程−310]
次に、ゲート電極14A,14Bを含む支持体10(より具体的には、ガラス基板11の表面に形成された絶縁層12)上に、基体13に相当するゲート絶縁層15を形成する。具体的には、SiO2から成るゲート絶縁層15を、スパッタリング法に基づきゲート電極14A,14B及び絶縁層12上に形成する。ゲート絶縁層15の成膜を行う際、ゲート電極14A,14Bの一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極14A,14Bの取出部(図示せず)をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-310]
Next, the gate insulating layer 15 corresponding to the base 13 is formed on the support 10 (more specifically, the insulating layer 12 formed on the surface of the glass substrate 11) including the gate electrodes 14A and 14B. Specifically, the gate insulating layer 15 made of SiO 2 is formed on the gate electrodes 14A and 14B and the insulating layer 12 based on the sputtering method. When the gate insulating layer 15 is formed, a part of the gate electrodes 14A and 14B is covered with a hard mask, so that extraction portions (not shown) of the gate electrodes 14A and 14B are formed without a photolithography process. Can do.

[工程−320]
その後、ゲート絶縁層15の上に、金(Au)層から成るソース/ドレイン電極16A,16Bを形成する(図8の(A)参照)。具体的には、密着層としての厚さ約0.5nmのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極16A,16Bとして厚さ約25nmの金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。これらの層の成膜を行う際、ゲート絶縁層15の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極16A,16Bをフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
[Step-320]
Thereafter, source / drain electrodes 16A and 16B made of a gold (Au) layer are formed on the gate insulating layer 15 (see FIG. 8A). Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) having a thickness of about 0.5 nm as an adhesion layer and a gold (Au) layer having a thickness of about 25 nm as the source / drain electrodes 16A and 16B are sequentially formed. And formed based on a vacuum deposition method. When these layers are formed, the source / drain electrodes 16A and 16B can be formed without a photolithography process by covering a part of the gate insulating layer 15 with a hard mask.

[工程−330]
次いで、微粒子23から成る微粒子層20を基体13の上に形成する(図8の(B)参照)。具体的には、実施例1の[工程−120]と同様にして、微粒子23から成る微粒子層20を、ゲート絶縁層15及びソース/ドレイン電極16A,16B上に形成する。
[Step-330]
Next, a fine particle layer 20 composed of the fine particles 23 is formed on the base 13 (see FIG. 8B). Specifically, in the same manner as in [Step-120] in Example 1, the fine particle layer 20 composed of the fine particles 23 is formed on the gate insulating layer 15 and the source / drain electrodes 16A and 16B.

[工程−340]
その後、実施例1の[工程−130]と同様にして、実施例1のポルフィリン分子溶液に全体を浸漬する。第1の有機半導体分子等であるポルフィリン分子が保護膜を構成する有機分子と置換される結果、微粒子23と第1の有機半導体分子等24との化学的な結合体が形成される(図10の概念図参照)。こうして、基体13(ゲート絶縁層15)上に、図9の(A)に示すように、
(a)微粒子23、及び、
(b)第1導電型を有し、微粒子23と微粒子23とを結合した第1の有機半導体分子等、
から成る、nチャネル型TFTを形成するための結合層(ポルフィリン・ネットワーク単層膜)22を形成することができる。また、こうして、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極14A、
(B)ゲート電極14及び支持体10上に形成されたゲート絶縁層15(基体13に相当する)、
(C)ゲート絶縁層15上に形成されたソース/ドレイン電極16A、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極16Aの間であってゲート絶縁層15上に形成され、第1導電型(p型)の導電路21Aによって構成されたチャネル形成領域17A、
から構成されたpチャネル型TFT(本発明の第2の態様に係る有機電子デバイスに相当する)を得ることができる。
[Step-340]
Thereafter, the whole is immersed in the porphyrin molecule solution of Example 1 in the same manner as in [Step-130] of Example 1. As a result of substitution of the porphyrin molecules, such as the first organic semiconductor molecules, with the organic molecules constituting the protective film, a chemical conjugate of the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules 24 is formed (FIG. 10). (See the conceptual diagram). Thus, on the base 13 (gate insulating layer 15), as shown in FIG.
(A) the fine particles 23 and
(B) a first organic semiconductor molecule having the first conductivity type, in which the fine particles 23 and the fine particles 23 are bonded;
A coupling layer (porphyrin network single layer film) 22 for forming an n-channel TFT can be formed. Also,
(A) a gate electrode 14A formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 15 (corresponding to the base 13) formed on the gate electrode 14 and the support 10;
(C) a source / drain electrode 16A formed on the gate insulating layer 15, and
(D) a channel forming region 17A formed between the source / drain electrodes 16A and on the gate insulating layer 15 and configured by the first conductive type (p-type) conductive path 21A;
Thus, a p-channel TFT (corresponding to the organic electronic device according to the second aspect of the present invention) configured from the above can be obtained.

[工程−350]
次いで、nチャネル型TFTに変換すべきpチャネル型TFT以外のpチャネル型TFTを、ポリビニルクロライド(PVC)あるいはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PE)といった疎水性のポリマーから成るマスク層30によって被覆する。そして、実施例1の[工程−140]と同様にして、結合層22を、第2導電型を有する第2の有機半導体分子と接触させる。具体的には、全体を、フラーレン(C60)のトルエン溶液に浸漬する。これによって、分子認識場(ネットワーク空間)にフラーレン(C60)が取り込まれ、導電路21Bを得ることができる。こうして、ソース/ドレイン電極16Bの間であってゲート絶縁層15上に形成され、導電路21Bによって構成されたチャネル形成領域17Bを形成することができ、nチャネル型TFT(本発明の第1の態様に係る有機電子デバイスに相当する)を得ることができる(図9の(B)参照)。
[Step-350]
Next, a p-channel TFT other than the p-channel TFT to be converted into an n-channel TFT is covered with a mask layer 30 made of a hydrophobic polymer such as polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), or polypropylene (PE). . Then, in the same manner as in [Step-140] of Example 1, the bonding layer 22 is brought into contact with the second organic semiconductor molecule having the second conductivity type. Specifically, the whole is immersed in a toluene solution of fullerene (C 60 ). Thereby, fullerene (C 60 ) is taken into the molecular recognition field (network space), and the conductive path 21B can be obtained. Thus, a channel forming region 17B formed between the source / drain electrodes 16B and on the gate insulating layer 15 and constituted by the conductive path 21B can be formed, and an n-channel TFT (the first channel of the present invention) can be formed. (Corresponding to the organic electronic device according to the embodiment) can be obtained (see FIG. 9B).

[工程−360]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、ボトムゲート/ボトムコンタクト型のFET(具体的には、TFT)を得ることができる。
[Step-360]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, a bottom gate / bottom contact type FET (specifically, a TFT) can be obtained.

ここで、[工程−330]においては、微粒子23自身による自己組織化現象を積極的に利用して、2次元規則配列化を達成させる。具体的には、微粒子層20は、微粒子23を含む溶液(例えば、微粒子コロイド溶液)に基づき、例えば、親水性溶媒(例えば水)上に疎水性表面を有する金ナノ粒子を単層で2次元規則配列を有するように浮かべ、あるいは、これとは逆に、疎水性溶媒上に親水性表面を有する金ナノ粒子を単層で2次元規則配列を有するように浮かべ、それをLB法に類似した方法に基づき基体13上に転写する。但し、微粒子層20の形成方法は、このような方法に限定するものではなく、例えば、キャスト法に基づき微粒子層20を形成することもできる。   Here, in [Step-330], the self-organization phenomenon by the microparticles 23 themselves is actively used to achieve the two-dimensional regular arrangement. Specifically, the fine particle layer 20 is based on a solution (for example, a fine particle colloid solution) containing the fine particles 23, and for example, a gold nanoparticle having a hydrophobic surface on a hydrophilic solvent (eg, water) is two-dimensionally formed as a single layer. Floating to have a regular arrangement, or conversely, floating gold nanoparticles having a hydrophilic surface on a hydrophobic solvent to have a two-dimensional regular arrangement in a single layer, which is similar to the LB method Transfer onto the substrate 13 based on the method. However, the method for forming the fine particle layer 20 is not limited to such a method, and for example, the fine particle layer 20 can be formed based on a casting method.

そして、[工程−340]において、第1の有機半導体分子等24が末端に有する官能基を微粒子23と化学的に結合させる。より具体的には、第1の有機半導体分子等24が両端に有する官能基(実施例3においては、共役結合を有する第1の有機半導体分子等であって、式(104)に示すポルフィリン分子の両端がチオール基[−SH])によって置換された第1の有機半導体分子等24と微粒子23とが化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路21A,21Bが構築される。ここで、微粒子23と第1の有機半導体分子等24との結合体の単一層によって導電路21A,21Bが構成され、あるいは又、微粒子23と第1の有機半導体分子等24との結合体の積層構造によって導電路21A,21Bが構成される。即ち、微粒子23を、基体13の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列させた後、第1の有機半導体分子等24を接触させる工程を1回行うことによって、微粒子23と第1の有機半導体分子等24との結合体の単一層を形成することができ、2回以上行うことによって、微粒子23と第1の有機半導体分子等24との結合体から成る層が積層され、結合体の積層構造を得ることができる。あるいは又、微粒子層20の形成工程を複数回、繰り返すことによって、微粒子23を、3次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列させた後、第1の有機半導体分子等24を接触させる工程を少なくとも1回行うことによって、微粒子23と第1の有機半導体分子等24との結合体から成る層が積層された結合体の積層構造を得ることができる。このように、微粒子層20の1層ずつの形成によってチャネル形成領域17A,17Bを形成することができるので、この工程を何回繰り返すかで、所望の厚さを有するチャネル形成領域17A,17Bを形成することができる。そして、こうして最終的に得られたチャネル形成領域17A,17Bは、微粒子23と第1の有機半導体分子等24とがネットワーク状に結合された結合体から構成され、ゲート電極14A,14Bに印加されるゲート電圧によってキャリア移動が制御される。   Then, in [Step-340], the functional group possessed by the terminal of the first organic semiconductor molecule 24 is chemically bonded to the fine particles 23. More specifically, the functional group that the first organic semiconductor molecule 24 has at both ends (in Example 3, the first organic semiconductor molecule having a conjugated bond, which is a porphyrin molecule represented by the formula (104) The first organic semiconductor molecules 24 whose both ends are substituted with thiol groups [—SH]) and the fine particles 23 are chemically (alternatively) bonded to form the network-like conductive paths 21A and 21B. The Here, the conductive paths 21A and 21B are constituted by a single layer of a conjugate of the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules 24, or alternatively, a conjugate of the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules 24, etc. Conductive paths 21A and 21B are configured by the laminated structure. That is, after the fine particles 23 are regularly arranged two-dimensionally in a plane substantially parallel to the surface of the substrate 13 and in a filled state, the first organic semiconductor molecules 24 are brought into contact with each other. By performing the process once, a single layer of a conjugate of the microparticles 23 and the first organic semiconductor molecules 24 can be formed. By performing the process twice or more, the microparticles 23 and the first organic semiconductor molecules 24 can be combined. A layer composed of a bonded body is stacked, and a stacked structure of the bonded body can be obtained. Alternatively, by repeating the formation process of the fine particle layer 20 a plurality of times, the fine particles 23 are regularly arranged three-dimensionally in a filled state, and then the first organic semiconductor molecules 24 are contacted. By performing this step at least once, it is possible to obtain a laminated structure in which a layer made of a conjugate of the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules 24 is laminated. Thus, since the channel formation regions 17A and 17B can be formed by forming the fine particle layer 20 one by one, the channel formation regions 17A and 17B having a desired thickness can be formed by repeating this process. Can be formed. The channel formation regions 17A and 17B finally obtained in this way are composed of a combined body in which the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules 24 are connected in a network shape, and are applied to the gate electrodes 14A and 14B. Carrier movement is controlled by the gate voltage.

尚、チャネル形成領域17A,17Bにおいては、微粒子23が第1の有機半導体分子等24によって2次元的あるいは3次元的に結びつけられ、ネットワーク状の導電路21A,21Bが形成されている。そして、この導電路21A,21Bには、従来の有機半導体から成るチャネル形成領域における低い移動度の原因であった分子間の電子移動が含まれず、しかも、分子内の電子移動は分子骨格に沿って形成された共役系を通じて行われるので、高い移動度が期待される。チャネル形成領域17A,17Bにおける電子伝導は、ネットワーク状の導電路21A,21Bを通って行われ、チャネル形成領域17A,17Bの導電性はゲート電極14A,14Bに印加されるゲート電圧によって制御される。   In the channel formation regions 17A and 17B, the fine particles 23 are two-dimensionally or three-dimensionally connected by the first organic semiconductor molecules 24 to form network-like conductive paths 21A and 21B. The conductive paths 21A and 21B do not include the intermolecular electron movement that is the cause of the low mobility in the channel forming region made of the conventional organic semiconductor, and the electron movement within the molecule follows the molecular skeleton. Therefore, high mobility is expected. Electron conduction in the channel formation regions 17A and 17B is performed through the network-like conductive paths 21A and 21B, and the conductivity of the channel formation regions 17A and 17B is controlled by a gate voltage applied to the gate electrodes 14A and 14B. .

あるいは又、[工程−330]及び[工程−340]と同様の工程において、金微粒子(金ナノ粒子)を30重量%含むトルエン溶液原液をトルエンで200倍に希釈したトルエン溶液10ミリリットルに、粉末状のBPDT200ミリグラムを投入して、混合することによって、短時間のうちに金微粒子とBPDTとが反応し、微粒子23と第1の有機半導体分子とが結合して成る、3次元的にネットワーク化されたクラスターが形成され、溶液下部に沈殿物として析出する。即ち、第1の有機半導体分子が末端に有する官能基(共役結合を有する第1の有機半導体分子であって、4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)の両端に有するチオール基[−SH])が微粒子23と化学的に結合し、より具体的には、第1の有機半導体分子が両端に有する官能基(チオール基)によって第1の有機半導体分子と微粒子23とが化学的に(交互に)結合することで、微粒子23と第1の有機半導体分子とが3次元的なネットワーク状に結合し、クラスターが形成される。そして、こうして得られたクラスターを全面に塗布し、自然乾燥させる。これによっても、微粒子/第1の有機半導体分子・結合層22及び導電路21Aを得ることができる。   Alternatively, in a step similar to [Step-330] and [Step-340], a toluene solution stock solution containing 30% by weight of gold fine particles (gold nanoparticles) is diluted to 200 ml with toluene, and powdered into 10 ml of toluene solution. By adding 200 milligrams of BPDT and mixing, gold fine particles and BPDT react in a short time, and the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules are combined to form a three-dimensional network. The formed cluster is formed and deposited as a precipitate at the bottom of the solution. That is, a functional group at the terminal of the first organic semiconductor molecule (a thiol group [—SH] which is a first organic semiconductor molecule having a conjugated bond, and is present at both ends of 4,4′-biphenyldithiol (BPDT)) Are chemically bonded to the fine particles 23. More specifically, the first organic semiconductor molecules and the fine particles 23 are chemically (alternately) by functional groups (thiol groups) possessed by the first organic semiconductor molecules at both ends. ) By bonding, the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules are bonded in a three-dimensional network form, and a cluster is formed. And the cluster obtained in this way is apply | coated to the whole surface, and is naturally dried. Also by this, the fine particle / first organic semiconductor molecule / bonding layer 22 and the conductive path 21A can be obtained.

実施例4も、実施例1の変形である。実施例4にあっては、有機電子デバイスを、ボトムゲート/トップコンタクト型のFET(具体的には、TFT)とした。実施例4の電界効果型トランジスタ(より具体的には、nチャネル型TFT)は、図12の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極14B、
(B)ゲート電極14B及び支持体10上に形成されたゲート絶縁層15(基体13に相当する)、
(C)ゲート絶縁層15上に形成され、導電路21Bによって構成されたチャネル形成領域17Bを含むチャネル形成領域構成層18B、並びに、
(D)チャネル形成領域構成層18B上に形成されたソース/ドレイン電極16B、
を備えている。あるいは又、実施例4の電界効果型トランジスタ(より具体的には、pチャネル型TFT)は、図12の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極14A、
(B)ゲート電極14A及び支持体10上に形成されたゲート絶縁層15(基体13に相当する)、
(C)ゲート絶縁層15上に形成され、導電路21Aによって構成されたチャネル形成領域17Aを含むチャネル形成領域構成層18A、並びに、
(D)チャネル形成領域構成層18A上に形成されたソース/ドレイン電極16A、
を備えている。
The fourth embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 4, the organic electronic device was a bottom gate / top contact type FET (specifically, a TFT). The field-effect transistor of Example 4 (more specifically, an n-channel TFT) has a schematic partial cross-sectional view shown in FIG.
(A) a gate electrode 14B formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 15 (corresponding to the base 13) formed on the gate electrode 14B and the support 10;
(C) a channel formation region constituting layer 18B including the channel formation region 17B formed on the gate insulating layer 15 and constituted by the conductive path 21B; and
(D) source / drain electrodes 16B formed on the channel formation region constituting layer 18B,
It has. Alternatively, the field effect transistor of the fourth embodiment (more specifically, a p-channel TFT) has a schematic partial cross-sectional view shown in FIG.
(A) a gate electrode 14A formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 15 (corresponding to the base 13) formed on the gate electrode 14A and the support 10;
(C) a channel formation region constituting layer 18A including the channel formation region 17A formed on the gate insulating layer 15 and constituted by the conductive path 21A; and
(D) source / drain electrodes 16A formed on the channel formation region constituting layer 18A,
It has.

以下、基体等の模式的な一部端面図である図11の(A)、(B)及び図12の(A)、(B)を参照して、実施例4の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明する。   Hereinafter, with reference to FIGS. 11A and 11B and FIGS. 12A and 12B which are schematic partial end views of the substrate and the like, the organic electronic device of Example 4 (field effect) The outline of the manufacturing method of the type transistor) will be described.

[工程−400]
先ず、実施例3の[工程−300]と同様にして、支持体10上にゲート電極14A,14Bを形成した後、実施例3の[工程−310]と同様にして、ゲート電極14A,14Bを含む支持体(より具体的には絶縁層12)上に、基体13に相当するゲート絶縁層15を形成する。
[Step-400]
First, after forming the gate electrodes 14A and 14B on the support 10 in the same manner as [Step-300] in the third embodiment, the gate electrodes 14A and 14B are formed in the same manner as in [Step-310] in the third embodiment. A gate insulating layer 15 corresponding to the base 13 is formed on a support (more specifically, the insulating layer 12) including

[工程−410]
次いで、実施例3の[工程−330]と同様にして、微粒子23から成る微粒子層20を基体13の上に形成する(図11の(A)参照)。更には、実施例3の[工程−340]と同様の工程を実行することで、チャネル形成領域17Aを含むチャネル形成領域構成層18Aを形成することができる。また、同時に、nチャネル型TFTを形成するための結合層22を得ることができる(図11の(B)参照)。尚、結合層22は、チャネル形成領域構成層18Bにも相当する。
[Step-410]
Next, in the same manner as in [Step-330] of Example 3, the fine particle layer 20 composed of the fine particles 23 is formed on the substrate 13 (see FIG. 11A). Furthermore, a channel formation region constituting layer 18A including the channel formation region 17A can be formed by executing the same step as [Step-340] in the third embodiment. At the same time, a coupling layer 22 for forming an n-channel TFT can be obtained (see FIG. 11B). The coupling layer 22 also corresponds to the channel formation region constituting layer 18B.

[工程−420]
その後、pチャネル型TFTのためのチャネル形成領域構成層18Aの上に、チャネル形成領域17Aを挟むようにソース/ドレイン電極16Aを形成すると同時に、nチャネル型TFTのためのチャネル形成領域構成層18Bの部分の領域上に、この部分を挟むようにnチャネル型TFTのためのソース/ドレイン電極16Bを形成する(図12の(A)参照)。具体的には、実施例3の[工程−320]と同様にして、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極16A,16Bとしての金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。これらの層の成膜を行う際、チャネル形成領域構成層18A,18Bの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極16A,16Bをフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。こうして、pチャネル型TFTを得ることができる。
[Step-420]
Thereafter, the source / drain electrode 16A is formed on the channel forming region constituting layer 18A for the p-channel TFT so as to sandwich the channel forming region 17A, and at the same time, the channel forming region constituting layer 18B for the n-channel TFT is formed. A source / drain electrode 16B for an n-channel TFT is formed on the region of this portion so as to sandwich this portion (see FIG. 12A). Specifically, in the same manner as in [Step-320] of Example 3, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as source / drain electrodes 16A and 16B. Are sequentially formed on the basis of a vacuum deposition method. When these layers are formed, the source / drain electrodes 16A and 16B can be formed without a photolithography process by covering part of the channel formation region constituting layers 18A and 18B with a hard mask. In this way, a p-channel TFT can be obtained.

[工程−430]
次いで、実施例3の[工程−350]と同様にして、nチャネル型TFTに変換すべきpチャネル型TFT以外のpチャネル型TFTをマスク層30によって被覆する。そして、実施例1の[工程−140]と同様にして、露出したチャネル形成領域構成層18Bを構成する結合層(ポルフィリン・ネットワーク単層膜)22を、第2導電型を有する第2の有機半導体分子と接触させる。具体的には、全体を、フラーレン(C60)のトルエン溶液に浸漬する。これによって、分子認識場(ネットワーク空間)にフラーレン(C60)が取り込まれ、導電路21Bを得ることができる。こうして、ソース/ドレイン電極16Bの間であってゲート絶縁層15上に形成され、導電路21Bによって構成されたチャネル形成領域17Bを形成することができ、nチャネル型TFTを得ることができる(図12の(B)参照)。
[Step-430]
Next, in the same manner as in [Step-350] in Example 3, the p-channel TFT other than the p-channel TFT to be converted into the n-channel TFT is covered with the mask layer 30. Then, in the same manner as in [Step-140] in Example 1, the bonding layer (porphyrin network monolayer film) 22 constituting the exposed channel forming region constituting layer 18B is formed into the second organic material having the second conductivity type. Contact with semiconductor molecules. Specifically, the whole is immersed in a toluene solution of fullerene (C 60 ). Thereby, fullerene (C 60 ) is taken into the molecular recognition field (network space), and the conductive path 21B can be obtained. Thus, a channel formation region 17B formed between the source / drain electrodes 16B and on the gate insulating layer 15 and constituted by the conductive path 21B can be formed, and an n-channel TFT can be obtained (FIG. 12 (B)).

[工程−440]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、実施例4の半導体装置を完成させることができる。
[Step-440]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 4 can be completed.

実施例5も、実施例1の変形である。実施例5にあっては、有機電子デバイスを、トップゲート/ボトムコンタクト型のFET(具体的には、TFT)とした。実施例5の電界効果型トランジスタ(より具体的には、nチャネル型TFT)は、図14の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)基体13に相当する絶縁層12上に形成されたソース/ドレイン電極16B、
(B)ソース/ドレイン電極16Bの間の基体13上に形成され、導電路21Bによって構成されたチャネル形成領域17B、
(C)ソース/ドレイン電極16B及びチャネル形成領域17B上に形成されたゲート絶縁層15B、並びに、
(D)ゲート絶縁層15B上に形成されたゲート電極14B、
を備えている。あるいは又、実施例5の電界効果型トランジスタ(より具体的には、pチャネル型TFT)は、図14の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)基体13に相当する絶縁層12上に形成されたソース/ドレイン電極16A、
(B)ソース/ドレイン電極16Aの間の基体13上に形成され、導電路21Aによって構成されたチャネル形成領域17A、
(C)ソース/ドレイン電極16A及びチャネル形成領域17A上に形成されたゲート絶縁層15A、並びに、
(D)ゲート絶縁層15A上に形成されたゲート電極14A、
を備えている。
The fifth embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 5, the organic electronic device was a top gate / bottom contact type FET (specifically, a TFT). The field effect transistor (more specifically, the n-channel TFT) of Example 5 has a schematic partial cross-sectional view shown in FIG.
(A) a source / drain electrode 16B formed on the insulating layer 12 corresponding to the base 13;
(B) a channel forming region 17B formed on the base 13 between the source / drain electrodes 16B and configured by the conductive path 21B;
(C) a gate insulating layer 15B formed on the source / drain electrode 16B and the channel formation region 17B, and
(D) a gate electrode 14B formed on the gate insulating layer 15B;
It has. Alternatively, the field effect transistor of the fifth embodiment (more specifically, a p-channel TFT) has a schematic partial cross-sectional view as shown in FIG.
(A) a source / drain electrode 16A formed on the insulating layer 12 corresponding to the substrate 13;
(B) a channel forming region 17A formed on the base 13 between the source / drain electrodes 16A and configured by the conductive path 21A;
(C) a gate insulating layer 15A formed on the source / drain electrode 16A and the channel formation region 17A, and
(D) a gate electrode 14A formed on the gate insulating layer 15A;
It has.

以下、基体等の模式的な一部端面図である図13の(A)、(B)及び図14の(A)、(B)を参照して、実施例5の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明する。   Hereinafter, referring to FIGS. 13A and 13B and FIGS. 14A and 14B, which are schematic partial end views of the substrate and the like, the organic electronic device of Example 5 (field effect) The outline of the manufacturing method of the type transistor) will be described.

[工程−500]
先ず、実施例3の[工程−320]と同様の方法で、基体13に相当する絶縁層12上にソース/ドレイン電極16A,16Bを形成した後、実施例1の[工程−120]と同様にして、ソース/ドレイン電極16A,16Bを含む基体13(より具体的には絶縁層12)上に、微粒子23から成る微粒子層20を形成する(図13の(A)参照)。
[Step-500]
First, after the source / drain electrodes 16A and 16B are formed on the insulating layer 12 corresponding to the substrate 13 by the same method as [Step-320] of Example 3, the same as [Step-120] of Example 1 is performed. Then, the fine particle layer 20 composed of the fine particles 23 is formed on the substrate 13 (more specifically, the insulating layer 12) including the source / drain electrodes 16A and 16B (see FIG. 13A).

[工程−510]
その後、実施例1の[工程−130]と同様にして、実施例1のポルフィリン分子溶液に全体を浸漬する。第1の有機半導体分子等であるポルフィリン分子が保護膜を構成する有機分子と置換される結果、微粒子23と第1の有機半導体分子等24との化学的な結合体が形成され、導電路21A(チャネル形成領域17A)、及び、結合層(ポルフィリン・ネットワーク単層膜)22を形成することができる(図13の(B)参照)。
[Step-510]
Thereafter, the whole is immersed in the porphyrin molecule solution of Example 1 in the same manner as in [Step-130] of Example 1. As a result of replacement of the porphyrin molecules, such as the first organic semiconductor molecules, with the organic molecules constituting the protective film, a chemical conjugate of the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules 24 is formed, and the conductive path 21A. (Channel forming region 17A) and a coupling layer (porphyrin network single layer film) 22 can be formed (see FIG. 13B).

[工程−520]
次いで、pチャネル型TFTのためのゲート絶縁層15Aを、実施例3の[工程−310]と同様の方法で形成する。その後、チャネル形成領域17Aの上のゲート絶縁層15Aの部分に、実施例3の[工程−300]と同様の方法でゲート電極14Aを形成してpチャネル型TFTを得た後(図14の(A)参照)、実施例3の[工程−350]と同様にしてpチャネル型TFTをマスク層30によって被覆する。
[Step-520]
Next, a gate insulating layer 15A for the p-channel TFT is formed by the same method as in [Step-310] of the third embodiment. Thereafter, a gate electrode 14A is formed in the same manner as in [Step-300] of Example 3 on the portion of the gate insulating layer 15A above the channel formation region 17A to obtain a p-channel TFT (FIG. 14). (See (A)), the p-channel TFT is covered with the mask layer 30 in the same manner as in [Step-350] of Example 3.

[工程−530]
その後、実施例1の[工程−140]と同様にして、露出した結合層22を、第2導電型を有する第2の有機半導体分子と接触させる。具体的には、全体を、フラーレン(C60)のトルエン溶液に浸漬する。これによって、分子認識場(ネットワーク空間)にフラーレン(C60)が取り込まれ、導電路21Bを得ることができる。
[Step-530]
Thereafter, in the same manner as in [Step-140] in Example 1, the exposed bonding layer 22 is brought into contact with the second organic semiconductor molecule having the second conductivity type. Specifically, the whole is immersed in a toluene solution of fullerene (C 60 ). Thereby, fullerene (C 60 ) is taken into the molecular recognition field (network space), and the conductive path 21B can be obtained.

[工程−540]
次に、nチャネル型TFTのためのゲート絶縁層15Bを、実施例3の[工程−310]と同様の方法で形成した後、チャネル形成領域17Bの上のゲート絶縁層15Bの部分に、実施例3の[工程−300]と同様の方法でゲート電極14Bを形成する(図14の(B)参照)。こうして、nチャネル型TFTを得ることができる。
[Step-540]
Next, after forming the gate insulating layer 15B for the n-channel TFT by the same method as [Step-310] in Example 3, the gate insulating layer 15B above the channel formation region 17B is formed. A gate electrode 14B is formed in the same manner as in [Step-300] in Example 3 (see FIG. 14B). Thus, an n-channel TFT can be obtained.

[工程−550]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、実施例5の半導体装置を完成させることができる。
[Step-550]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 5 can be completed.

実施例6も、実施例1の変形である。実施例6にあっては、有機電子デバイスを、トップゲート/トップコンタクト型のFET(具体的には、TFT)とした。実施例6の電界効果型トランジスタ(より具体的には、nチャネル型TFT)は、図16の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)基体13に相当する絶縁層12上に形成され、導電路21Bによって構成されたチャネル形成領域17Bを含むチャネル形成領域構成層18B、
(B)チャネル形成領域構成層18B上に形成されたソース/ドレイン電極16B、
(C)ソース/ドレイン電極16B及びチャネル形成領域17B上に形成されたゲート絶縁層15B、並びに、
(D)ゲート絶縁層15B上に形成されたゲート電極14B、
を備えている。あるいは又、実施例6の電界効果型トランジスタ(より具体的には、pチャネル型TFT)は、図16の(B)に模式的な一部断面図を示すように、
(A)基体13に相当する絶縁層12上に形成され、導電路21Aによって構成されたチャネル形成領域17Aを含むチャネル形成領域構成層18A、
(B)チャネル形成領域構成層18A上に形成されたソース/ドレイン電極16A、
(C)ソース/ドレイン電極16A及びチャネル形成領域17A上に形成されたゲート絶縁層15A、並びに、
(D)ゲート絶縁層15A上に形成されたゲート電極14A、
を備えている。
The sixth embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 6, the organic electronic device was a top gate / top contact type FET (specifically, TFT). In the field effect transistor of Example 6 (more specifically, an n-channel TFT), as shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG.
(A) a channel formation region constituting layer 18B including a channel formation region 17B formed on the insulating layer 12 corresponding to the base 13 and constituted by the conductive path 21B;
(B) a source / drain electrode 16B formed on the channel formation region constituting layer 18B,
(C) a gate insulating layer 15B formed on the source / drain electrode 16B and the channel formation region 17B, and
(D) a gate electrode 14B formed on the gate insulating layer 15B;
It has. Alternatively, the field-effect transistor of Example 6 (more specifically, a p-channel TFT) has a schematic partial cross-sectional view as shown in FIG.
(A) A channel forming region constituting layer 18A including a channel forming region 17A formed on the insulating layer 12 corresponding to the base 13 and constituted by the conductive path 21A;
(B) a source / drain electrode 16A formed on the channel formation region constituting layer 18A,
(C) a gate insulating layer 15A formed on the source / drain electrode 16A and the channel formation region 17A, and
(D) a gate electrode 14A formed on the gate insulating layer 15A;
It has.

以下、基体等の模式的な一部端面図である図15の(A)、(B)及び図16の(A)、(B)を参照して、実施例6の有機電子デバイス(電界効果型トランジスタ)の製造方法の概要を説明する。   Hereinafter, with reference to FIGS. 15A and 15B and FIGS. 16A and 16B which are schematic partial end views of the substrate and the like, the organic electronic device of Example 6 (field effect) The outline of the manufacturing method of the type transistor) will be described.

[工程−600]
先ず、実施例1の[工程−120]と同様にして、基体13(より具体的には絶縁層12)上に、微粒子23から成る微粒子層20を形成する。
[Step-600]
First, in the same manner as in [Step-120] of Example 1, the fine particle layer 20 composed of the fine particles 23 is formed on the substrate 13 (more specifically, the insulating layer 12).

[工程−610]
その後、実施例1の[工程−130]と同様にして、実施例1のポルフィリン分子溶液に全体を浸漬する。第1の有機半導体分子等であるポルフィリン分子が保護膜を構成する有機分子と置換される結果、微粒子23と第1の有機半導体分子等24との化学的な結合体が形成され、導電路21A(チャネル形成領域17A)及び結合層(ポルフィリン・ネットワーク単層膜)22を形成することができる(図15の(A)参照)。尚、導電路21A及び結合層22は、チャネル形成領域構成層18A,18Bに相当する。
[Step-610]
Thereafter, the whole is immersed in the porphyrin molecule solution of Example 1 in the same manner as in [Step-130] of Example 1. As a result of replacement of the porphyrin molecules, such as the first organic semiconductor molecules, with the organic molecules constituting the protective film, a chemical conjugate of the fine particles 23 and the first organic semiconductor molecules 24 is formed, and the conductive path 21A. (Channel forming region 17A) and coupling layer (porphyrin network monolayer film) 22 can be formed (see FIG. 15A). The conductive path 21A and the coupling layer 22 correspond to the channel formation region constituting layers 18A and 18B.

[工程−620]
次いで、実施例3の[工程−320]と同様の方法で、チャネル形成領域構成層18A,18B上にソース/ドレイン電極16A,16Bを形成する(図15の(B)参照)。
[Step-620]
Next, source / drain electrodes 16A and 16B are formed on the channel formation region constituting layers 18A and 18B in the same manner as in [Step-320] in Example 3 (see FIG. 15B).

[工程−630]
その後、pチャネル型TFTのためのゲート絶縁層15Aを、実施例3の[工程−310]と同様の方法で形成する。次いで、チャネル形成領域17Aの上のゲート絶縁層15Aの部分に、実施例3の[工程−300]と同様の方法でゲート電極14Aを形成してpチャネル型TFTを得た後(図16の(A)参照)、実施例3の[工程−350]と同様にしてpチャネル型TFTをマスク層30によって被覆する。
[Step-630]
Thereafter, a gate insulating layer 15A for the p-channel TFT is formed in the same manner as in [Step-310] in Example 3. Next, after forming a gate electrode 14A in the same manner as in [Step-300] of Example 3 on the portion of the gate insulating layer 15A above the channel formation region 17A to obtain a p-channel TFT (FIG. 16). (See (A)), the p-channel TFT is covered with the mask layer 30 in the same manner as in [Step-350] of Example 3.

[工程−640]
次に、実施例1の[工程−140]と同様にして、露出した結合層22を、第2導電型を有する第2の有機半導体分子と接触させる。具体的には、全体を、フラーレン(C60)のトルエン溶液に浸漬する。これによって、分子認識場(ネットワーク空間)にフラーレン(C60)が取り込まれ、導電路21Bを得ることができる。
[Step-640]
Next, in the same manner as in [Step-140] in Example 1, the exposed bonding layer 22 is brought into contact with the second organic semiconductor molecule having the second conductivity type. Specifically, the whole is immersed in a toluene solution of fullerene (C 60 ). Thereby, fullerene (C 60 ) is taken into the molecular recognition field (network space), and the conductive path 21B can be obtained.

[工程−650]
その後、nチャネル型TFTのためのゲート絶縁層15Bを、実施例3の[工程−310]と同様の方法で形成した後、チャネル形成領域17Bの上のゲート絶縁層15Bの部分に、実施例3の[工程−300]と同様の方法でゲート電極14Bを形成する(図16の(B)参照)。こうして、nチャネル型TFTを得ることができる。
[Step-650]
Thereafter, a gate insulating layer 15B for an n-channel TFT is formed by the same method as in [Step-310] of Example 3, and then the part of the gate insulating layer 15B above the channel forming region 17B is formed in the example. The gate electrode 14B is formed by the same method as in [Step-300] in FIG. 3 (see FIG. 16B). Thus, an n-channel TFT can be obtained.

[工程−660]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、実施例6の半導体装置を完成させることができる。
[Step-660]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 6 can be completed.

ポルフィリン(porphyrin)は、ピロールが4つ組み合わさってできた18個の電子を有する環状の共役系分子である。そして、その中心部で、亜鉛、ルテニウム、コバルト、金、マグネシウム、鉄等の多くの金属と安定な錯体を形成する。天然の光合成においては、ポルフィリン分子の集合体を利用し、光電変換を起こすことが知られている。例えば、ポルフィリン分子が光を吸収すると基底状態から電子が励起され、安定な励起子を形成する。この励起エネルギーは非常に高効率で分子間の移動を繰り返しながら反応中心への電子を渡し、光合成作用を引き起こす。   Porphyrin is a cyclic conjugated molecule having 18 electrons formed by combining four pyrroles. And in the center part, a stable complex is formed with many metals, such as zinc, ruthenium, cobalt, gold | metal | money, magnesium, and iron. In natural photosynthesis, it is known that photoelectric conversion occurs by using an assembly of porphyrin molecules. For example, when a porphyrin molecule absorbs light, electrons are excited from the ground state to form stable excitons. This excitation energy passes electrons to the reaction center while repeating the movement between molecules with very high efficiency, and causes photosynthesis.

式(104)に示した本発明の有機半導体分子は、図17に合成スキームを示すように、チオール基を修飾したオリゴチオフェンの誘導体(図17の化合物3)とアルキル基を修飾したジピロメテン(図17の化合物4)の縮合反応により合成されたポルフィリン誘導体(図17の化合物5)である。即ち、本発明の有機半導体分子であるポルフィリン分子は、例えば、オリゴチオフェン(n=1〜5であり、図17の化合物1)の一端にチオアセチル基を結合させてから(図17の化合物2)、他の一端にアルデヒド基を生成させる(図17の化合物3)。次に、ジピロメテン(図17の化合物4)との縮合反応、及び酸化反応によりポルフィリン誘導体(本発明の有機半導体分子であり、図17の化合物5)が合成される。尚、ピロールとの縮合反応、及び酸化反応により、参考例1の第1の有機半導体分子(式(105)参照)が合成される。   As shown in FIG. 17, the organic semiconductor molecule of the present invention represented by the formula (104) has a thiol-modified oligothiophene derivative (compound 3 in FIG. 17) and an alkyl group-modified dipyrromethene (see FIG. 17). 17 is a porphyrin derivative (compound 5 in FIG. 17) synthesized by a condensation reaction of 17 compound 4). That is, the porphyrin molecule, which is the organic semiconductor molecule of the present invention, is obtained by, for example, binding a thioacetyl group to one end of oligothiophene (n = 1 to 5, compound 1 in FIG. 17) (compound 2 in FIG. 17). Then, an aldehyde group is generated at the other end (compound 3 in FIG. 17). Next, a porphyrin derivative (the organic semiconductor molecule of the present invention, compound 5 in FIG. 17) is synthesized by a condensation reaction with dipyrromethene (compound 4 in FIG. 17) and an oxidation reaction. In addition, the 1st organic-semiconductor molecule | numerator (refer Formula (105)) of the reference example 1 is synthesize | combined by a condensation reaction with a pyrrole, and an oxidation reaction.

以下、式(104)に示した本発明の有機半導体分子の合成方法を説明する。   Hereinafter, a method for synthesizing the organic semiconductor molecule of the present invention represented by the formula (104) will be described.

[図17の化合物2の合成:但し、n=2]
化合物1(n=2)を10グラム(60ミリ・モル)含む100ミリ・リットルのTHF溶液に、アルゴン気流中、−78゜Cで、37ミリ・リットル(60ミリ・モル)の1.6M n−ブチルリチウム溶液をゆっくり滴下する。30分後、1.9グラム(60ミリ・モル)の硫黄(S)を加えた後、0゜Cで1時間攪拌する。次に、雰囲気を−78゜Cに冷却した後、5ミリ・リットル(72ミリ・モル)の塩化アセチルを添加し、1時間攪拌する。そして、反応液をそのまま室温に戻し、一晩攪拌する。その後、水を添加して反応を停止させた後、ジクロロメタンを加える。次に、水、飽和食塩水で順次洗浄して乾燥させる。そして、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:エーテル=2:1)で精製すると、10.5グラム(収率73%)の黄色の固体が得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
1HNMR(CDCl3):δ7.25(s,1H),7.20(d,1H),7.15(d,1H),7.07(d,1H),7.03(d,1H),2.41(s,3H)
[Synthesis of Compound 2 in FIG. 17 where n = 2]
In a 100 milliliter THF solution containing 10 grams (60 millimoles) of Compound 1 (n = 2), 37 milliliters (60 millimoles) 1.6 M at −78 ° C. in an argon stream. The n-butyllithium solution is slowly added dropwise. After 30 minutes, 1.9 grams (60 millimoles) of sulfur (S) is added and stirred at 0 ° C. for 1 hour. Next, after cooling the atmosphere to −78 ° C., 5 milliliters (72 millimoles) of acetyl chloride is added and stirred for 1 hour. Then, the reaction solution is allowed to return to room temperature and stirred overnight. Thereafter, water is added to stop the reaction, and then dichloromethane is added. Next, it is washed successively with water and saturated saline and dried. When purified by silica gel column chromatography (hexane: ether = 2: 1), 10.5 g (yield 73%) of a yellow solid was obtained. The analysis results were as follows.
1 HNMR (CDCl 3 ): δ 7.25 (s, 1H), 7.20 (d, 1H), 7.15 (d, 1H), 7.07 (d, 1H), 7.03 (d, 1H) ), 2.41 (s, 3H)

[図17の化合物3の合成:但し、n=2]
2グラム(8.3ミリ・モル)の化合物2(n=2)及び1.3ミリ・リットルのDMFを含む10ミリ・リットルのジクロロエタン溶液に、アルゴン気流中で0.9ミリ・リットル(9.1ミリ・モル)のオキシ塩化燐をゆっくり加える。そして、一晩還流した後、反応液を50ミリ・リットルの酢酸ナトリウム飽和水溶液にゆっくり滴下し、反応を停止させる。その後、ジクロロメタンを加え、水、飽和食塩水で順次洗浄して乾燥させる。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:ジクロロメタン=1:3)で精製すると、1.1グラム(収率50%)の黄色の固体が得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
1HNMR(CDCl3):δ9.85(s,1H),7.91(d,1H),7.80(d,1H),7.51(d,1H),7.12(d,1H),7.04(d,1H),2.40(s,3H)
MALDI−TOF−MS:m/z=268.37[M+
11823計算値 :m/z=268.69[M+
[Synthesis of Compound 3 in FIG. 17 where n = 2]
To a 10 milliliter dichloroethane solution containing 2 grams (8.3 millimoles) of Compound 2 (n = 2) and 1.3 milliliters of DMF was added 0.9 milliliter (9 Slowly add 1 millimol) of phosphorus oxychloride. Then, after refluxing overnight, the reaction solution is slowly added dropwise to 50 milliliters of a saturated aqueous solution of sodium acetate to stop the reaction. Thereafter, dichloromethane is added, and the mixture is washed successively with water and saturated brine and dried. Purification by silica gel column chromatography (hexane: dichloromethane = 1: 3) gave 1.1 grams (yield 50%) of a yellow solid. The analysis results were as follows.
1 HNMR (CDCl 3 ): δ 9.85 (s, 1H), 7.91 (d, 1H), 7.80 (d, 1H), 7.51 (d, 1H), 7.12 (d, 1H) ), 7.04 (d, 1H), 2.40 (s, 3H)
MALDI-TOF-MS: m / z = 268.37 [M + ]
C 11 H 8 O 2 S 3 calculated value: m / z = 268.69 [M + ]

[図17の化合物4の合成]
6ミリ・リットル(50ミリ・モル)のn−ヘキサナールを含む150ミリ・リットル(1.5モル)のピロールをアルゴン置換(20分間)した後、0.9ミリ・リットルのTFA(trifluoroacid)を加え、室温で30分間攪拌した後、1ミリ・リットルのTEAを加え、反応を停止させる。過量のピロールを減圧蒸留で除いた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:エチルアセテート:TEA=8:2:0.1)で精製すると、3.36グラム(収率30%)の茶色のオイルが得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
1HNMR(CDCl3):δ7.77(s,1H),6.65(s,2H),6.17(t,2H),6.09(s,2H),3.99(t,1H),1.96(m,2H),1.32(m,6H),0.89(t,3H)
[Synthesis of Compound 4 in FIG. 17]
After replacing 150 milliliters (1.5 moles) of pyrrole containing 6 milliliters (50 millimoles) of n-hexanal with argon (20 minutes), 0.9 milliliters of TFA (trifluoroacid) was added. In addition, after stirring at room temperature for 30 minutes, 1 milliliter of TEA is added to stop the reaction. Excess pyrrole was removed by distillation under reduced pressure and purified by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate: TEA = 8: 2: 0.1) to give 3.36 grams (yield 30%) of brown oil. was gotten. The analysis results were as follows.
1 HNMR (CDCl 3 ): δ 7.77 (s, 1H), 6.65 (s, 2H), 6.17 (t, 2H), 6.09 (s, 2H), 3.99 (t, 1H) ), 1.96 (m, 2H), 1.32 (m, 6H), 0.89 (t, 3H)

[図17の化合物5の合成:但し、n=2]
0.8グラム(3.0ミリ・モル)の化合物3(n=2)及び0.68グラム(3.0ミリ・モル)の化合物4を含む300ミリ・リットルのクロロメタン溶液をアルゴン置換(20分間)した後、0.36ミリ・リットルのTFAを加え、室温で3時間攪拌する。更に、0.72グラムのp−クロルアニルを添加し、1時間攪拌した後、0.64ミリ・リットルのTEAを加えて、反応を停止させる。その後、0.77グラムのZn(OAc)2を含む50ミリ・リットルのメタノール溶液を添加し、室温で2時間攪拌する。次いで、シリカのショットカラムで濾過した後、水、飽和食塩水で順次洗浄して乾燥させる。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:ジクロロメタン=1:2)で精製すると、0.22グラム(収率15%)の赤色の固体が得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
MALDI−TOF−MS :m/z=990.10[M+
5044428Zn計算値:m/z=990.69[M+
[Synthesis of Compound 5 in FIG. 17 where n = 2]
A 300 milliliter chloromethane solution containing 0.8 grams (3.0 millimoles) of compound 3 (n = 2) and 0.68 grams (3.0 millimoles) of compound 4 was purged with argon ( 20 minutes), add 0.36 milliliters TFA and stir at room temperature for 3 hours. An additional 0.72 grams of p-chloroanil is added and stirred for 1 hour, then 0.64 milliliters of TEA is added to stop the reaction. Thereafter, a 50 milliliter methanol solution containing 0.77 grams of Zn (OAc) 2 is added and stirred at room temperature for 2 hours. Next, after filtration through a silica shot column, the mixture is washed successively with water and saturated brine and dried. Purification by silica gel column chromatography (hexane: dichloromethane = 1: 2) gave 0.22 grams (15% yield) of a red solid. The analysis results were as follows.
MALDI-TOF-MS: m / z = 990.10 [M + ]
Calculated value of C 50 H 44 N 4 O 2 S 8 Zn: m / z = 990.69 [M + ]

[図17の化合物6の合成:但し、n=2]
350ミリ・グラム(1.0ミリ・モル)の化合物3(n=2)、120ミリ・グラム(1.0ミリ・モル)のn−ヘキサナール及び460ミリ・グラム(2.0ミリ・モル)の化合物4を含む200ミリ・リットルのクロロメタン溶液をアルゴン置換(20分間)した後、0.24ミリ・リットルのTFAを加え、室温で3時間攪拌する。更に、460ミリ・グラムのp−クロルアニルを添加し、1時間攪拌した後、0.28グラムのZn(OAc)2を含む20ミリ・リットルのメタノール溶液を添加する。次いで、シリカのショットカラムで濾過した後、水、飽和食塩水で順次洗浄して乾燥させる。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:ジクロロメタン=1:2)で精製すると、0.09グラム(収率11%)の赤色の固体が得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
MALDI−TOF−MS :m/z=820.19[M+
45484OS3Zn計算値:m/z=820.22[M+
[Synthesis of Compound 6 in FIG. 17 where n = 2]
350 milligrams (1.0 millimoles) of compound 3 (n = 2), 120 milligrams (1.0 millimoles) of n-hexanal and 460 milligrams (2.0 millimoles) After 200 milliliters of the chloromethane solution containing Compound 4 was replaced with argon (20 minutes), 0.24 milliliter of TFA was added and stirred at room temperature for 3 hours. Further, 460 milligrams of p-chloroanil is added and stirred for 1 hour, followed by the addition of 20 milliliters of methanol solution containing 0.28 grams of Zn (OAc) 2 . Next, after filtration through a silica shot column, the mixture is washed successively with water and saturated brine and dried. Purification by silica gel column chromatography (hexane: dichloromethane = 1: 2) gave 0.09 grams (11% yield) of a red solid. The analysis results were as follows.
MALDI-TOF-MS: m / z = 820.19 [M + ]
Calculated value of C 45 H 48 N 4 OS 3 Zn: m / z = 820.22 [M + ]

尚、図17の化合物5(実施例の有機半導体分子であり、n=2)及び化合物6(参考例の有機半導体分子であり、n=2)のMALDI−TOF−MSスペクトルを測定した結果を、図18の下段及び上段に示す。   In addition, the result of having measured the MALDI-TOF-MS spectrum of the compound 5 (the organic semiconductor molecule of an Example, n = 2) of FIG. 17 and the compound 6 (the organic semiconductor molecule of a reference example, n = 2) of FIG. FIG. 18 shows the lower and upper stages.

[図17の化合物2の合成:但し、n=3]
化合物1(n=3)を1.0グラム(4.0ミリ・モル)含む15ミリ・リットルのTHF溶液に、アルゴン気流中、−78゜Cで、3.0ミリ・リットル(4.8ミリ・モル)の1.6M n−ブチルリチウム溶液をゆっくり滴下する。30分後、0.15グラム(4.8ミリ・モル)の硫黄(S)を加えた後、0゜Cで1時間攪拌する。次に、雰囲気を−78゜Cに冷却した後、0.33ミリ・リットル(4.8ミリ・モル)の塩化アセチルを添加し、1時間攪拌する。そして、反応液をそのまま室温に戻し、一晩攪拌する。その後、水を添加して反応を停止させた後、ジクロロメタンを加える。次に、水、飽和食塩水で順次洗浄して乾燥させる。そして、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:エーテル=2:1)で精製すると、0.8グラム(収率63%)の黄色の固体が得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
1HNMR(CDCl3):δ7.26−7.05(m,7H),2.45(s,3H)
MALDI−TOF−MS:m/z=321.77[M+
1410OS4計算値 :m/z=321.96[M+
[Synthesis of Compound 2 in FIG. 17 where n = 3]
A 15 milliliter THF solution containing 1.0 gram (4.0 millimoles) of Compound 1 (n = 3) was charged with 3.0 milliliters (4.8 at −78 ° C. in an argon stream). A 1.6M n-butyllithium solution in millimoles is slowly added dropwise. After 30 minutes, 0.15 grams (4.8 millimoles) of sulfur (S) is added and stirred at 0 ° C. for 1 hour. Next, after cooling the atmosphere to −78 ° C., 0.33 milliliter (4.8 millimol) of acetyl chloride is added and stirred for 1 hour. Then, the reaction solution is allowed to return to room temperature and stirred overnight. Thereafter, water is added to stop the reaction, and then dichloromethane is added. Next, it is washed successively with water and saturated saline and dried. Purification by silica gel column chromatography (hexane: ether = 2: 1) gave 0.8 gram (yield 63%) of a yellow solid. The analysis results were as follows.
1 HNMR (CDCl 3 ): δ 7.26-7.05 (m, 7H), 2.45 (s, 3H)
MALDI-TOF-MS: m / z = 321.77 [M + ]
C 14 H 10 OS 4 calculated value: m / z = 321.96 [M + ]

[図17の化合物3の合成:但し、n=3]
0.54グラム(1.7ミリ・モル)の化合物2(n=3)及び0.14ミリ・リットルのDMFを含む10ミリ・リットルのジクロロエタン溶液に、アルゴン気流中で0.18ミリ・リットル(2.0ミリ・モル)のオキシ塩化燐をゆっくり加える。そして、一晩還流した後、反応液を50ミリ・リットルの酢酸ナトリウム飽和水溶液にゆっくり滴下し、反応を停止させる。その後、ジクロロメタンを加え、水、飽和食塩水で順次洗浄して乾燥させる。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:ジクロロメタン=1:3)で精製すると、1.9グラム(収率34%)の黄色の固体が得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
1HNMR(CDCl3):δ9.88(s,1H),7.29−7.08(m,6H),2.46(s,3H)
MALDI−TOF−MS:m/z=350.37[M+
151024計算値 :m/z=349.95[M+
[Synthesis of Compound 3 in FIG. 17 where n = 3]
0.18 milliliters in a 10 milliliter dichloroethane solution containing 0.54 grams (1.7 millimoles) of Compound 2 (n = 3) and 0.14 milliliter DMF in a stream of argon. Slowly add (2.0 millimoles) of phosphorus oxychloride. Then, after refluxing overnight, the reaction solution is slowly added dropwise to 50 milliliters of a saturated aqueous solution of sodium acetate to stop the reaction. Thereafter, dichloromethane is added, and the mixture is washed successively with water and saturated brine and dried. Purification by silica gel column chromatography (hexane: dichloromethane = 1: 3) gave 1.9 grams (34% yield) of a yellow solid. The analysis results were as follows.
1 HNMR (CDCl 3 ): δ 9.88 (s, 1H), 7.29-7.08 (m, 6H), 2.46 (s, 3H)
MALDI-TOF-MS: m / z = 350.37 [M + ]
C 15 H 10 O 2 S 4 calculated value: m / z = 349.95 [M + ]

[図17の化合物5の合成:但し、n=3]
1グラム(2.85ミリ・モル)の化合物3(n=3)及び0.66グラム(2.85ミリ・モル)の化合物4を含む300ミリ・リットルのクロロメタン溶液をアルゴン置換(20分間)した後、0.34ミリ・リットルのTFAを加え、室温で3時間攪拌する。更に、0.67グラムのp−クロルアニルを添加し、1時間攪拌した後、0.67ミリ・リットルのTEAを加えて、反応を停止させる。その後、0.77グラムのZn(OAc)2を含む50ミリ・リットルのメタノール溶液を添加し、室温で2時間攪拌する。次いで、シリカのショットカラムで濾過した後、水、飽和食塩水で順次洗浄して乾燥させる。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:ジクロロメタン=1:2)で精製すると、0.16グラム(収率10%)の赤色の固体が得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
MALDI−TOF−MS :m/z=1153.87[M+H]+
5849428Zn計算値:m/z=1153.08[M+H]+
[Synthesis of Compound 5 in FIG. 17 where n = 3]
A 300 milliliter chloromethane solution containing 1 gram (2.85 millimoles) of compound 3 (n = 3) and 0.66 grams (2.85 millimoles) of compound 4 was purged with argon (20 minutes). ), Add 0.34 milliliters of TFA, and stir at room temperature for 3 hours. An additional 0.67 grams of p-chloroanil is added and stirred for 1 hour, then 0.67 milliliters of TEA is added to stop the reaction. Thereafter, a 50 milliliter methanol solution containing 0.77 grams of Zn (OAc) 2 is added and stirred at room temperature for 2 hours. Next, after filtration through a silica shot column, the mixture is washed successively with water and saturated brine and dried. Purification by silica gel column chromatography (hexane: dichloromethane = 1: 2) gave 0.16 grams (10% yield) of a red solid. The analysis results were as follows.
MALDI-TOF-MS: m / z = 1153.87 [M + H] +
C 58 H 49 N 4 O 2 S 8 Zn Calculated value: m / z = 1153.08 [M + H] +

[図17の化合物6の合成:但し、n=3]
174ミリ・グラム(0.5ミリ・モル)の化合物3(n=3)、60ミリ・グラム(0.5ミリ・モル)のn−ヘキサナール及び230ミリ・グラム(1.0ミリ・モル)の化合物4を含む100ミリ・リットルのクロロメタン溶液をアルゴン置換(20分間)した後、0.12ミリ・リットルのTFAを加え、室温で3時間攪拌する。更に、230ミリ・グラムのp−クロルアニルを添加し、1時間攪拌した後、0.14グラムのZn(OAc)2を含む10ミリ・リットルのメタノール溶液を添加する。次いで、シリカのショットカラムで濾過した後、水、飽和食塩水で順次洗浄して乾燥させる。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン:ジクロロメタン=1:2)で精製すると、45ミリ・グラム(収率10%)の赤色の固体が得られた。分析結果は、以下のとおりであった。
MALDI−TOF−MS :m/z=903.97[M+H]+
49514OS4Zn計算値:m/z=903.21[M+H]+
[Synthesis of Compound 6 in FIG. 17 where n = 3]
174 milligrams (0.5 millimoles) of compound 3 (n = 3), 60 milligrams (0.5 millimoles) of n-hexanal and 230 milligrams (1.0 millimoles) After replacing 100 mL of the chloromethane solution containing Compound 4 with argon (20 minutes), add 0.12 mL of TFA, and stir at room temperature for 3 hours. Further, 230 milligrams of p-chloroanil is added and stirred for 1 hour, followed by the addition of 10 milliliters of methanol solution containing 0.14 grams of Zn (OAc) 2 . Next, after filtration through a silica shot column, the mixture is washed successively with water and saturated brine and dried. Purification by silica gel column chromatography (hexane: dichloromethane = 1: 2) gave 45 milligrams (10% yield) of a red solid. The analysis results were as follows.
MALDI-TOF-MS: m / z = 903.97 [M + H] +
C 49 H 51 N 4 OS 4 Zn calculated value: m / z = 903.21 [M + H] +

尚、図17の化合物5(実施例の有機半導体分子であり、n=3)及び化合物6(参考例の有機半導体分子であり、n=3)のMALDI−TOF−MSスペクトルを測定した結果を、図19の下段及び上段に示す。   In addition, the result of having measured the MALDI-TOF-MS spectrum of the compound 5 (the organic semiconductor molecule of an Example, n = 3) of FIG. 17 and the compound 6 (an organic semiconductor molecule of a reference example, n = 3) of FIG. FIG. 19 shows the lower and upper stages.

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。有機電子デバイスや導電路の構造や構成、形成条件、製造条件は例示であり、適宜変更することができる。本発明によって得られた有機電子デバイスである電界効果型トランジスタ(FET)を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体や支持部材に多数のFETを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各FETを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。微粒子は、金(Au)に限定するものではなく、他の金属(例えば、銀や白金等)、あるいは、半導体としての硫化カドミウム、セレン化カドミウム、シリコン等だけでなく、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性有機材料から構成することもできる。また、第1の有機半導体分子、第2の有機半導体分子も、ポルフィリンや4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)、フラーレン(C60)に限定するものではない。pチャネル型トランジスタとnチャネル型トランジスタとの間に素子分離領域を形成してもよいし、場合によっては、形成しなくともよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The structure, configuration, formation conditions, and manufacturing conditions of the organic electronic device and the conductive path are examples, and can be changed as appropriate. When a field effect transistor (FET), which is an organic electronic device obtained by the present invention, is applied to and used in a display device or various electronic devices, it is a monolithic integrated circuit in which a large number of FETs are integrated on a support or a support member. Alternatively, each FET may be cut and individualized and used as a discrete component. The fine particles are not limited to gold (Au), but are not limited to other metals (for example, silver and platinum), cadmium sulfide, cadmium selenide, silicon and the like as semiconductors, but also poly (3,4- It can also be composed of a conductive organic material such as ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid [PEDOT / PSS], polythiophene, polyaniline. Further, the first organic semiconductor molecule and the second organic semiconductor molecule are not limited to porphyrin, 4,4′-biphenyldithiol (BPDT), and fullerene (C 60 ). An element isolation region may be formed between the p-channel transistor and the n-channel transistor, or may not be formed in some cases.

10・・・支持体、11・・・ガラス基板、12・・・絶縁層、13・・・基体、14A,14B・・・ゲート電極、15,15A,15B・・・ゲート絶縁層、16A,16B・・・ソース/ドレイン電極、17A,17B・・・チャネル形成領域、18A,18B・・・チャネル形成領域構成層、20・・・微粒子層、21A,21B・・・導電路、22・・・微粒子/第1の有機半導体分子・結合層(結合層)、23・・・微粒子、24・・・第1の有機半導体分子等、30・・・マスク層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Support body, 11 ... Glass substrate, 12 ... Insulating layer, 13 ... Base | substrate, 14A, 14B ... Gate electrode, 15, 15A, 15B ... Gate insulating layer, 16A, 16B ... source / drain electrodes, 17A, 17B ... channel forming region, 18A, 18B ... channel forming region constituting layer, 20 ... fine particle layer, 21A, 21B ... conductive path, 22. Fine particles / first organic semiconductor molecules / bonding layer (bonding layer), 23... Fine particles, 24... First organic semiconductor molecule, etc. 30.

Claims (6)

(A)微粒子、及び、
(B)微粒子と微粒子とを結合した有機半導体分子、
から成り、p型としての挙動を示す導電路を具備し、
前記有機半導体分子は、下記の構造式(1)で表されることを特徴とする有機電子デバイス。
但し、構造式(1)中、R1,R2はアルキル基を表し、Mは、2H,Zn+2,Mg+2,Fe+2,Co+2,Ni+2,Cu+2を表し,nは1乃至5の整数である。
(A) fine particles, and
(B) an organic semiconductor molecule in which fine particles are combined,
Comprising a conductive path that behaves as a p-type,
The organic semiconductor device is represented by the following structural formula (1).
In Structural Formula (1), R 1 and R 2 represent alkyl groups, and M represents 2H, Zn +2 , Mg +2 , Fe +2 , Co +2 , Ni +2 , and Cu +2 . , N is an integer from 1 to 5.
前記有機半導体分子が末端に有するチオール基が、微粒子と化学的に結合していることを特徴とする請求項1に記載の有機電子デバイス。 The organic electronic device according to claim 1 , wherein a thiol group at a terminal of the organic semiconductor molecule is chemically bonded to the fine particles. 前記微粒子の平均粒径は1×10-8m以下であることを特徴とする請求項1に記載の有機電子デバイス。 2. The organic electronic device according to claim 1 , wherein an average particle diameter of the fine particles is 1 × 10 −8 m or less. 有機電子デバイスは、電界効果型トランジスタから成り、
前記導電路によってチャネル形成領域が構成されることを特徴とする請求項1に記載の有機電子デバイス。
Organic electronic devices consist of field-effect transistors,
The organic electronic device according to claim 1 , wherein a channel forming region is constituted by the conductive path.
基体上に、微粒子層を形成した後、下記の構造式(1)で表される有機半導体分子を含む溶液に浸漬することで、微粒子、及び、微粒子と微粒子とを結合した有機半導体分子から成り、p型としての挙動を示す導電路を形成することを特徴とする有機電子デバイスの製造方法。
但し、構造式(1)中、R1,R2はアルキル基を表し、Mは、2H,Zn+2,Mg+2,Fe+2,Co+2,Ni+2,Cu+2を表し,nは1乃至5の整数である。
After the fine particle layer is formed on the substrate, it is immersed in a solution containing an organic semiconductor molecule represented by the following structural formula (1) to form fine particles and organic semiconductor molecules in which the fine particles and the fine particles are combined. A method for producing an organic electronic device, comprising forming a conductive path exhibiting a p-type behavior.
In Structural Formula (1), R 1 and R 2 represent alkyl groups, and M represents 2H, Zn +2 , Mg +2 , Fe +2 , Co +2 , Ni +2 , and Cu +2 . , N is an integer from 1 to 5.
下記の構造式(2)で表される有機半導体分子。
但し、構造式(2)中、R1,R2はアルキル基を表し、Mは、2H,Zn+2,Mg+2,Fe+2,Co+2,Ni+2,Cu+2を表し,nは1乃至5の整数である。
An organic semiconductor molecule represented by the following structural formula (2).
In Structural Formula (2), R 1 and R 2 represent alkyl groups, and M represents 2H, Zn +2 , Mg +2 , Fe +2 , Co +2 , Ni +2 , and Cu +2 . , N is an integer from 1 to 5.
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