JP2012134457A - 非平面フタロシアニンの弱エピタキシー成長用の固溶体誘起層 - Google Patents

Abstract

【課題】非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜の調製用である固溶体誘起層、および固溶体誘起層上での弱エピタキシャル成長から生成される非平面フタロシアニンの薄膜、非平面フタロシアニンの弱エピタキシー成長薄膜に基づく有機薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】固溶体誘起層は、ＩおよびＩＩによって表される２つの誘起層分子の共蒸着によって調製される。

（式中、Ａｒは、共役芳香族基、または下記の構造：

の１つであり、Ｒ１、Ｒ２は、ＨまたはＦである）
【選択図】図１ｂ

Description

本発明は、非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜（ｗｅａｋ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｆｉｌｍ）の調製用である一連の固溶体誘起層およびそのようなエピタキシャル膜に基づく電子デバイスに関する。

軽量、加工の容易さ、柔軟性という特徴を有する有機半導体は、ディスプレイ、集積回路、光電池およびセンサーにおける広範な応用展望を示す。近年、有機エレクトロニクスの急速な発達に伴って、キャリア移動度の高い半導体材料および膜に対する要求がますます明らかになってきている。

Ｗａｎｇ Ｈａｉｂｏら（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、２００７、１９、２１６８〜２１７１頁）は、有機半導体の結晶性薄膜を調製するための弱エピタキシー成長という名称の方法を最初に報告したものであり、得られる結晶性薄膜のキャリア移動度は、対応する単結晶のレベルに達する。弱エピタキシー成長は、絶縁特性を有する結晶性有機誘起層が有機半導体の結晶性薄膜の成長を誘起するための基板として用いられる方法を指す。有機半導体の格子と誘起層との間には、有機半導体の配向成長を認識することができるエピタキシー関係が存在し、その一方で、誘起層分子と有機半導体分子との間には比較的弱いＶＤＷ（ファンデルワールス力）があるため、半導体分子は誘起層表面上に「立って」おり、これにより、有機半導体の電荷輸送方向は薄膜平面内にあるのが好ましい。弱エピタキシャル成長した有機半導体薄膜は、単結晶様の電気伝導性を提示する。非平面フタロシアニンは高移動度を有する一種の材料であり、その結晶充填は通常２Ｄπ−π積層である。

Ｈａｉｂｏ Ｗａｎｇら（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、２００７、９０、２５３５１０頁）は、ＶＯＰｃをエピタキシャルに成長させ、エピタキシャルＶＯＰｃ膜に１．５ｃｍ^２／Ｖｓの電界効果移動度をもたらすための誘起層としてｐ−６Ｐを使用した。しかしながら、ＶＯＰｃ薄膜の弱エピタキシー成長は、ｐ−６Ｐ誘起層上に、ｐ−６ＰとＶＯＰｃとの間の格子不一致に起因する不整合エピタキシーを示す。非平面金属フタロシアニンと平面金属フタロシアニンとの間には単位セルのパラメータおよびタイプにおける有意差があるため、誘起層の単位セルに関する要求も異なる。

中国特許（「Ｉｎｄｕｃｉｎｇ Ｌａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｗｅａｋ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｆｉｌｍｓ ｏｆ Ｎｏｎ−ｐｌａｎａｒ Ｍｅｔａｌ Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ」、出願第２００９１０２００４５９．５号）は、化学合成法で棒状分子構造を変化させることにより、一連の新たな誘起層材料を提供している。異なる格子パラメータを有するそのような単一の誘起層材料を選択することによって有機半導体材料を一致させるためには、膨大なスクリーニング作業が必要であり、その一方で、格子パラメータを微調整することは困難である。

Ｎｏｒｂｅｒｔ Ｋｏｃｈら（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、２００７、１１１、１４０９７〜１４１０１頁）は、有機半導体分子の混合膜の格子パラメータが混合の割合によって変動することを指摘している。そのような物理的共堆積法を使用して固溶体膜を形成することにより、格子パラメータを変化させることが好都合である。

本発明は、共堆積（ｃｏ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）という物理的方法を使用することにより、均質構造を有する固溶体薄膜（ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ）を調製し、該膜は、誘起層として非平面フタロシアニンの弱エピタキシー成長（ｗｅａｋ ｅｐｉｔａｘｙ ｇｒｏｗｔｈ）に作用する。ある特定の基板温度において、固溶体誘起層（ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｉｎｇ ｌａｙｅｒ）は共堆積によって形成される。該層はいかなる相分離もなく均質であり、各ドメインは単結晶構造を示し、隣接するドメインは密接に合体して連続的で平滑な膜を形成し、その格子パラメータは、成分割合の変化に伴って絶えず変動し、混合膜の電子構造は同じに作用する。

中国特許出願第２００９１０２００４５９．５号

Ｗａｎｇ Ｈａｉｂｏら（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、２００７、１９、２１６８〜２１７１頁） Ｈａｉｂｏ Ｗａｎｇら（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、２００７、９０、２５３５１０頁） Ｎｏｒｂｅｒｔ Ｋｏｃｈら（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、２００７、１１１、１４０９７〜１４１０１頁）

従来技術の欠陥を克服するために、本発明の１つの目的は、一種の固溶体誘起層を提供することであり、該層は、下記の一般式ＩおよびＩＩの２つの誘起層分子のいずれかを用い、ある特定の基板温度において共堆積法を利用して調製される。

本発明の別の目的は、前述の固溶体誘起層上での弱エピタキシャル成長から形成された非平面フタロシアニンの一種の薄膜（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｆ ｎｏｎ−ｐｌａｎａｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）を提供することである。

本発明の他の目的は、上記弱エピタキシャル成長非平面フタロシアニンで作られた一種の有機薄膜トランジスタを有機半導体層として提供することである。

本発明の原理は、共蒸着法（ｖａｐｏｒ ｃｏ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）によって固溶体誘起層を調製することである。２つの単一誘起層分子の共堆積は、ある特定の基板温度において、単結晶様構造を有する均質かつ大粒径の固溶体薄膜を形成する。固溶体薄膜の格子パラメータは成分割合によって制御され、その一方で、固溶体薄膜の電子構造は各単一成分の電子構造とは異なる。

本発明の利点の１つは、誘起層薄膜の格子パラメータが成分割合によって制御され得るため、誘起層と非平面フタロシアニンとの間の格子一致を適切となるように制御することができ、非平面フタロシアニンの高品質薄膜を生成するのに役立つことである。

別の観点では、固溶体誘起層の電子構造は成分割合によって制御され得る。誘起層と非平面フタロシアニンとの間には通常ヘテロ接合効果があるため、電子構造の変化は、非平面金属フタロシアニンと誘起層との間のヘテロ接合効果の変化につながり、非平面フタロシアニントランジスタデバイスの性能を調整するのに役立つ。

本発明において固溶体誘起層薄膜を構成するために使用される分子は、中国特許（「Ｉｎｄｕｃｉｎｇ Ｌａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｗｅａｋ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｆｉｌｍｓ ｏｆ Ｎｏｎ−ｐｌａｎａｒ Ｍｅｔａｌ Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ」、出願第２００９１０２００４５９．５号）によって提供されるものであり、下記の一般式の通りに示される。

一般式Ｉ中のＡｒは、共役芳香族基、または下記の構造：

の１つである。

一般式ＩおよびＩＩ中のＲ１およびＲ２は、水素原子（Ｈ）またはフッ素原子（Ｆ）である。

一般式Ｉ中のＡｒが共役芳香族基である場合、Ａｒは、下記の構造：

を含む。

誘起層中の分子は、
２，７−ビ（４−ビフェニリル）−フェナントレン（ＢＰＰｈ）、２，７−ビ（４−ビフェニリル）−ジベンゾチオフェン（ＢＰＢＴＢ）、２，６−ビ（４−ビフェニリル）−ベンゾ［１，２−β：４，５−β’］ビチオフェン（ＢＰＴＢＴ）、２，５−ビ（４−ビフェニリル）−［３，２−β］ビジチオフェン（ｂｉｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（ＢＰＴＴ）、５，５’’−ビ（ビフェニリル）−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン（ＢＰ３Ｔ）、５，５’’’−ビ（ビフェニリル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−クアテルチオフェン（ＢＰ４Ｔ）、１，１’：４’，１’’：４’’，１’’’：４’’’，１’’’’：４’’’’，１’’’’’：４’’’’’，１’’’’’’：４’’’’’’，１’’’’’’’−オクチフェニル（ｐ８Ｐ）、２，５−ビ（４−１，１’：４’，１’’−テルビフェニリル（ｔｅｒｂｉｐｈｅｎｙｌｙｌ））−チオフラン（３ＰＴ）、５，５’−ビ（４−１，１’：４’，１’’−テルビフェニリル）−２，２’−ビチオフェン（３Ｐ２Ｔ）、２，５−ビ（４−１，１’：４’，１’’−テルビフェニリル）−［３，２−β］ビジチオフェン（３ＰＴＴ）、２，７−ビ（４−４’−フルオロビフェニリル）−フェナントレン（Ｆ２−ＢＰＰｈ）、２，７−ビ（４−４’−フルオロビフェニリル）−ジベンゾチオフェン（Ｆ２−ＢＰＢＴＢ）、２，６−ビ（４−４’−フルオロビフェニリル）−ベンゾ［１，２−β：４，５−β’］ビチオフェン（Ｆ２−ＢＰＴＢＴ）、２，５−ビ（４−４’−フルオロビフェニリル）−［３，２−ｂ］ビジチオフェン（Ｆ２−ＢＰＴＴ）、５，５’−ビ（４−４’−フルオロビフェニリル）−２，２’−ビチオフェン（Ｆ２−ＢＰ２Ｔ）、５，５’’−ビ（４−４’−フルオロビフェニリル）−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン（Ｆ２−ＢＰ３Ｔ）、５，５’’’−ビ（４−４’−フルオロビフェニリル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−クアテルチオフェン（Ｆ２−ＢＰ４Ｔ）、４，４’’’’’−ビ（４−フルオロフェニル）−１，１’：４’，１’’：４’’，１’’’：４’’’，１’’’’：４’’’’，１’’’’’−セキシフェニル（Ｆ２−ｐ８Ｐ）、２，５−ビ（４−４’’−フルオロ−１，１’：４’，１’’−テルビフェニリル）−チオフラン（Ｆ２−３ＰＴ）、５，５’−ビ（４−４’’−フルオロ−１，１’：４’，１’’−テルビフェニリル）−２，２’−ビチオフェン（Ｆ２−３Ｐ２Ｔ）、２，５−ビ（４−４’’−フルオロ−１，１’：４’，１’’−テルビフェニリル）−［３，２−β］ビジチオフェン（Ｆ２−３ＰＴＴ）、２，７−ビ（４−３’，５’−ビフルオロビフェニリル（ｂｉｆｌｕｏｒｏｂｉｐｈｅｎｙｌｙｌ））−フェナントレン（Ｆ４−ＢＰＰｈ）、２，７−ビ（４−３’，５’−ビフルオロビフェニリル）−ジベンゾチオフェン（Ｆ４−ＢＰＢＴＢ）、２，６−ビ（４−３’，５’−ビフルオロビフェニリル）−ベンゾ［１，２−β：４，５−β’］ビチオフェン（Ｆ４−ＢＰＴＢＴ）、２，５−ビ（４−３’，５’−ビフルオロビフェニリル）−［３，２−β］ビジチオフェン（Ｆ４−ＢＰＴＴ）、５，５’−ビ（４−３’，５’−ビフルオロビフェニリル）−２，２−ビチオフェン（Ｆ４−ＢＰ２Ｔ）、５，５’’−ビ（４−３’，５’−ビフルオロビフェニリル）−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン（Ｆ４−ＢＰ３Ｔ）、５，５’’’−ビ（４−３’，５’−ビフルオロビフェニリル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−クアテルチオフェン（Ｆ４−ＢＰ４Ｔ）、４，４’’’’’−ビ（３，５−ビフルオロフェニル）−１，１’：４’，１’’：４’’，１’’’：４’’’，１’’’’：４’’’’，１’’’’’−オクチフェニル（Ｆ４−ｐ８Ｐ）、２，５−ビ（４−３’’，５’’−ジフルオロ−１，１’：４’，１’’−テルフェニリル）−チオフラン（Ｆ４−３ＰＴ）、５，５’−ビ（４−３’’，５’’−ジフルオロ−１，１’：４’，１’’−テルフェニリル）−２，２’−ビチオフェン（Ｆ４−３Ｐ２Ｔ）、２，５−ビ（４−３’’，５’’−ジフルオロ−１，１’：４’，１’’−テルフェニリル）−［３，２−β］ビジチオフェン（Ｆ４−３ＰＴＴ）、５，５’’’−ジフェニル−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−テトラチオフェン（Ｐ４Ｔ）、５，５’’’−ビ（４−フルオロフェニル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−テトラチオフェン（Ｆ２−Ｐ４Ｔ）および５，５’’’−ビ（３，５−ビフルオロフェニル）−２，２’：５’，２’’：５’’，２’’’−テトラチオフェン（Ｆ４−Ｐ４Ｔ）
である。

分子は、固溶体誘起層を構成した材料の選択によって下記のタイプに分類される。

タイプ１、誘起層の２つの分子における末端基、すなわち、Ｒ１としてフェニルが使用され、Ｒ２は、中央の共役芳香族基を変化させた水素原子に固定されている。例えば、ＢＰＰｈ：ＢＰＴＴ、ＢＰＰｈ：ＢＰ２Ｔ、ＢＰＰｈ：６Ｐ、ＢＰＰｈ：ＢＰＴＢＴ、ＢＰＰｈ：ＢＰＢＴＢ、ＢＰＰｈ：ＢＰ３Ｔ、ＢＰＴＴ：ＢＰＴＢＴ、ＢＰＴＴ：３ＰＴ、ＢＰ３Ｔ：３ＰＴ、ｐ６Ｐ：ｐ８Ｐ、ＢＰ３Ｔ：ＢＰ４Ｔ、ＢＰＴＢＴ：３ＰＴＴ、３ＰＴＴ：ｐ８Ｐ。

タイプ２、一方の誘起層中における末端基としてフェニルが使用され、他方の誘起層において末端基としてＦ原子を含有するフェニルが使用される、すなわち、Ｒ１またはＲ２はフッ素原子であり、ここで、中央の共役芳香族基は同じであっても異なっていてもよい。例えば、Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ、Ｐ４Ｔ：Ｆ４−Ｐ４Ｔ、ＢＰ３Ｔ：Ｆ２−ＢＰ３Ｔ、ＢＰ３Ｔ：Ｆ４−ＢＰ３Ｔ、ＢＰＰｈ：Ｆ２−ＢＰＰｈ、ＢＰＰｈ：Ｆ４−ＢＰＰｈ、ＢＰＴＴ：Ｆ２−ＢＰＴＴ、ＢＰＴＴ：Ｆ４−ＢＰＴＴ、ＢＰ４Ｔ：Ｆ２−ＢＰ４Ｔ、ＢＰ４Ｔ：Ｆ４−ＢＰ４Ｔ、ＢＰＴＢＴ：Ｆ２−ＢＰＴＢＴ、ＢＰＴＢＴ：Ｆ４−ＢＰＴＢＴ、ｐ８Ｐ：Ｆ２−ｐ８Ｐ、３ＰＴ：Ｆ２−３ＰＴ、３Ｐ２Ｔ：Ｆ２−３Ｐ２Ｔ、３ＰＴＴ：Ｆ２−３ＰＴＴ、ＢＰＴＴ：Ｆ２−ＢＰＰｈ、ＢＰＰｈ：Ｆ２−ＢＰＴＴ。

タイプ３、固溶体を形成する２つの分子中の末端基としてＦ原子を含有するフェニルが使用され、ここで、中央の共役芳香族基は同じであっても異なっていてもよい。例えば、Ｆ２−ＢＰＰｈ：Ｆ４−ＢＰＰｈ、Ｆ２−ＢＰＴＴ：Ｆ４−ＢＰＴＴ、Ｆ２−ＢＰ３Ｔ：Ｆ４−ＢＰ３Ｔ、Ｆ２−ＢＰＴＢＴ：Ｆ４−ＢＰＴＢＴ、Ｆ２−３ＰＴ：Ｆ４−３ＰＴ、Ｆ２−３ＰＴＴ：Ｆ４−３ＰＴＴ、Ｆ２ＢＰ３Ｔ：Ｆ２ＢＰ４Ｔ、Ｆ２−ＢＰＰｈ：Ｆ２−ＢＰＴＴ、Ｆ２−ＢＰＢＴＢ：Ｆ２：ＢＰＴＢＴ。

固溶体誘起層を調製するために使用される分子は、本発明の前述の分子の任意の２種またはそれらの組合せであってよい。

固溶体誘起層において使用される２つの誘起層分子は、本発明の任意の割合で共堆積されていてよい。

本発明における共堆積は、蒸着中に２つのサンプルソースを同時に蒸発させ、これによって基板上に２種の分子を同時に堆積させることであり、薄膜の成分割合は２つのサンプルソースの蒸発速度を調整することによって制御した。

２：１の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層膜の原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）凹凸像の図である。 １：１の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層膜のＡＦＭ凹凸像の図である。 １：２の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層膜のＡＦＭ凹凸像の図である。 異なる成分割合を有する２０ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体薄膜の面外Ｘ線回折パターンの図である。 （００１）の格子間隔をＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層の成分割合と相関させたグラフである。 異なる割合を有する５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層膜の面内斜入射Ｘ線回折（ＧＩＸＤ）パターンの図である。 （１１０）の格子間隔を５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層膜の成分割合と相関させたグラフである。 １：２の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層膜の制限視野電子回折およびその対応する電子顕微鏡写真である。 ２：１の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層膜の制限視野電子回折およびその対応する電子顕微鏡写真である。 ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層膜のＨＯＭＯエネルギーレベルと成分割合との間の関係の図である。 （２：１）の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ誘起層上でエピタキシャル成長した２０ｎｍ ＶＯＰｃのＡＦＭ凹凸像の図である。 （１：１）の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ誘起層上でエピタキシャル成長した２０ｎｍ ＶＯＰｃのＡＦＭ凹凸像の図である。 （１：２）の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ誘起層上でエピタキシャル成長した２０ｎｍ ＶＯＰｃのＡＦＭ凹凸像の図である。 （１）ソース／ドレイン電極、（２）有機半導体層、（３）固溶体誘起層、（４）絶縁体、（５）ゲート電極、（６）基板を含む誘起層として固溶体膜を使用する、エピタキシャル成長した非平面フタロシアニン薄膜に基づくトランジスタ配置の図である。 （２：１）の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ誘起層上でのＶＯＰｃ薄膜トランジスタエピタキシー成長の伝達曲線である。 （１：１）の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ誘起層上でのＶＯＰｃ薄膜トランジスタエピタキシー成長の伝達曲線である。 （１：２）の成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ誘起層上でのＶＯＰｃ薄膜トランジスタエピタキシー成長の伝達曲線である。 固溶体誘起層の薄膜トランジスタ移動度と成分割合との間の関係の図である。 固溶体誘起層の薄膜トランジスタ閾値電圧と成分割合との間の関係の図である。 （２：１）の成分割合を有する２．５ｎｍ Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層のＡＦＭ凹凸像の図である。 （１：１）の成分割合を有する２．５ｎｍ Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層のＡＦＭ凹凸像の図である。 （１：２）の成分割合を有する２．５ｎｍ Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層のＡＦＭ凹凸像の図である。 異なる割合の５ｎｍ Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層の面内斜入射Ｘ線回折パターンの図である。 （２：１）の割合を有する２．５ｎｍ Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層の制限視野電子回折およびその対応する電子顕微鏡写真である。 （１：１）の割合を有する２．５ｎｍ Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層の制限視野電子回折およびその対応する電子顕微鏡写真である。 （１：２）の割合を有する２．５ｎｍ Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層の制限視野電子回折およびその対応する電子顕微鏡写真である。 Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層のトランジスタ移動度と成分割合との間の関係の図である。 Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ固溶体誘起層の閾値電圧と成分割合との間の関係の図である。 （１：１）の成分割合を有する２．５ｎｍ Ｆ２−ＢＰ３Ｔ：Ｆ４−ＢＰ３Ｔ固溶体誘起層のＡＦＭ凹凸像の図である。 （１：１）の割合の２．５ｎｍ Ｆ２−ＢＰ３Ｔ：Ｆ４−ＢＰ３Ｔ固溶体を誘起層として使用するＶＯＰｃ薄膜トランジスタの伝達特性の図である。

以下の実施例との組合せによって本発明をさらに説明する。

実験において使用するガラス基板は、市販品Ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９（６）であり、ＵＳ ｃｏｒｎｉｎｇ ｃｏｍｐａｎｙから購入し、浄化した後に使用する。実験において使用する非平面フタロシアニンは、市販品であり、ＵＳ Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙから購入し、昇華によって精製した後に使用する。実験において使用する誘起層材料は、昇華によって精製した後に使用する。

まず、Ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９ガラス基板（６）上でＲＦマグネトロンスパッタリングを利用してＡｌ／Ｍｏ／Ｎｄ合金膜をメッキし、スパッタリング条件は、バックグラウンド真空が２×１０^−３Ｐａ、Ａｒの空気圧が１Ｐａ、ＲＦパワーが５００Ｗおよびグリッド電極（５）へのフォトエッチングとし、次いで、化学蒸着法を使用して、３００ｎｍの窒化ケイ素を絶縁層（４）として生成する。次いで、１〜３分子層の固溶体誘起層を窒化ケイ素の表面（３）に堆積させる。詳細な方法は、ＢＰＴＴおよびＢＰＰｈ等の２種の分子を２つのサンプルソースに入れ、その２つのソースの材料を蒸発させて絶縁層（４）上に同時に堆積させるというものであり、薄膜の成分割合は、２つのソースの蒸発速度を調整することによって制御した。堆積の過程において、真空は１０^−４Ｐａ、基板温度は２３０℃である。次いで、２０ｎｍの非平面フタロシアニンを誘起層上に有機半導体層（２）として堆積させ、圧力および基板温度は誘起層調製（３）中のものと同じにする。最後に、真空熱蒸発を使用し６０ｎｍのＡｕを堆積させてソース／ドレイン電極（１）を形成し、一方で、蒸発中の圧力は１０^−４Ｐａとする。

図１は、異なる成分割合を有する２．５ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体誘起層のＡＦＭ凹凸像であり、実験におけるすべての成分割合の中でも、該固溶体膜は、層ごとの成長、合体した隣接するドメイン、大粒径の連続的で平滑な薄膜の形成を提示し、上部半導体層のエピタキシャル成長にとって有益である。

図２ａは、異なる割合を有する２０ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ膜の面外Ｘ線回折パターンである。該パターンは、一連の（００ｌ）回折を含有し、これは薄膜が高秩序であることを意味する。その一方で、各回折ピークは、共堆積した薄膜が、単結晶様構造を有する均一組成のものであり、該膜は固溶体薄膜であることを表す単一ピークを示す。図２ｂは、回折ピークが成分割合に伴って絶えず変化することを表す。図３は、異なる割合の２０ｎｍ ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ薄膜の面内Ｘ線回折パターンであり、共堆積膜はすべて単一構造を有する一連の回折ピークを示し、その薄膜構造パラメータは成分割合に伴って直線的に変動する。図４ａおよび４ｂは、ＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ（１：２）および（２：１）固溶体膜の制限視野電子回折パターンであり、単一ドメインは、単結晶の回折パターンと同様の回折パターンを示し、単一ドメインは、共堆積薄膜が、単一成分薄膜の構造とは異なる構造を有する固溶体膜であることをさらに示す。

図５は、異なる成分割合を有する固溶体膜のＨＯＭＯエネルギーレベルであり、ＨＯＭＯ値は、２つの単一物質膜のＨＯＭＯ値の間であり、成分割合に伴って変動する。

図６は、（２：１）、（１：１）、（１：２）の成分割合を有するＢＰＴＴ：ＢＰＰｈ固溶体の誘起層上でエピタキシャル成長したＶＯＰｃ薄膜のＡＦＭ凹凸像である。ＶＯＰｃは、層および島状に成長する。図７ａは、有機半導体層としてエピタキシャルＶＯＰｃ薄膜を使用するトランジスタ配置を示す。図７ｂ、ｃ、ｄは、対応するトランジスタ伝達曲線であり、薄膜が高移動度を提示することを示す。図８ａは、固溶体誘起層のトランジスタ移動度と成分割合との間の関係を示し、薄膜移動度は、ほぼ（１：１）の比で最大値を獲得する。図８ｂは、閾値電圧と成分割合との間の関係である。

実験方法は実施例１と同じであり、誘起層材料はＰ４Ｔ、Ｆ２−Ｐ４Ｔである。

図９は、異なる成分割合を有する２．５ｎｍ Ｐ４Ｔ：Ｆ２−Ｐ４Ｔ膜のＡＦＭ凹凸像である。薄膜は、層ごとの成長モードを呈し、隣接するドメインは、大粒径の平滑な薄膜を形成する良好な合体を示す。これは、誘起層としてエピタキシー成長に適している。図１０は、前述の共堆積薄膜の面内ＸＲＤ回折パターンである。すべての成分割合の薄膜は、ほとんど同じ格子間隔を示す。これは、Ｐ４ＴおよびＦ２−Ｐ４Ｔの単位セルパラメータが非常に近似しているためである。図１１は、成分割合がそれぞれ（２：１）、（１：１）、（１：２）である共堆積薄膜の制限視野電子回折パターンを示し、薄膜の各単一ドメインは、単結晶様回折パターンを示す。

図１２ａは、ＶＯＰｃ薄膜のトランジスタ移動度と誘起層の成分割合との間の関係の図である。その移動度は、誘起層の成分割合に伴って直線的に増大する。図１１は、割合に伴う閾値電圧の変化を示し、同様に、閾値電圧が誘起層の成分割合に伴って直線的に変動するという傾向を示す。

実験方法は実施例１と同じであり、誘起層材料はＦ２−ＢＰ３Ｔ、Ｆ４−ＢＰ３Ｔである。

図１３は、２．５ｎｍ共堆積Ｆ２−ＢＰ３Ｔ：Ｆ４−ＢＰ３Ｔ薄膜（成分比は１：１である）のＡＦＭ凹凸像である。

図１４は、前述の薄膜上でエピタキシャル成長したＶＯＰｃ薄膜に基づくトランジスタのデバイス性能を示す。

表１は、異なる材料から共堆積させた固溶体誘起層薄膜、および対応する固溶体誘起層上でエピタキシャル成長した非平面フタロシアニン薄膜に基づくトランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｉｔｏｒ）性能を示す。

本発明は、上記した実施形態に限定されない。概して、本発明において開示されている弱エピタキシー成長（Ｗｅａｋ Ｅｐｉｔａｘｙ Ｇｒｏｗｔｈ）用の誘起層材料は、他の有機半導体部品において、２次元または３次元集積デバイスの部品を調製するために使用され得る。これらの集積デバイスは、集積回路、アクティブマトリックスディスプレイ、センサーおよび光電池に適用できる。本発明に基づく電子部品は、大規模生産しやすい。

１ ソース／ドレイン電極
２ 有機半導体層
３ 固溶体誘起層、窒化ケイ素の表面
４ 絶縁体、絶縁層
５ ゲート電極、グリッド電極
６ 基板、Ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９ガラス基板

Claims (10)

1. ある特定の基板温度下における２つの誘起層分子の共堆積によって形成されることを特徴とする、非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜用の固溶体誘起層であって、前記固溶体誘起層薄膜は十分に均一であり、かつドメインは単結晶様構造を示し、
   前記誘起層分子は、下記の構造式：
   

   

   ［式中、Ａｒは、共役芳香族基、または下記の構造：
   

   

   の１つであり、式ＩおよびＩＩ中のＲ１は、水素原子（Ｈ）またはフッ素原子（Ｆ）であり、
   Ｒ２は、水素原子（Ｈ）またはフッ素原子（Ｆ）である］
   を有する任意の種類の分子である、固溶体誘起層。
2. 式Ｉ中のＡｒが、下記の構造：
   

   

   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜用の固溶体誘起層。
3. 前記２つの誘起層分子が、下記のタイプ：［タイプ１、２つの分子が末端基としてフェニルを使用し、中央の共役芳香族基が異なる；タイプ２、一方の分子が末端基としてフェニルを使用し、他方の分子が末端基としてフッ素置換フェニルを使用し、中央の共役芳香族基が同じまたは異なる；タイプ３、２つの分子が末端基としてフッ素置換フェニルを使用し、中央の共役芳香族基が同じまたは異なる］のいずれかで組み合わせられていることを特徴とする、請求項１に記載の非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜用の固溶体誘起層。
4. 前記基板温度が１５０℃から２４０℃の間であることを特徴とする、請求項１または２に記載の非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜用の固溶体誘起層。
5. 前記共堆積が、前記誘起層の２つの分子を蒸着によって同時に堆積させることであることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜用の固溶体誘起層。
6. 前記蒸着が分子蒸着であり、ここで真空度は１０^−４から１０^−５Ｐａであることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜用の固溶体誘起層。
7. 前記誘起層分子の共堆積の前に、窒化ケイ素層が基板上に堆積され、その厚さは２００から５００ｎｍであることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜用の固溶体誘起層。
8. 基板上の共堆積固溶体誘起層の厚さが１から３分子層であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル膜用の固溶体誘起層。
9. 請求項１から７に記載の固溶体誘起層のいずれか１つの上に、非平面フタロシアニンの弱エピタキシャル成長から形成され、薄膜と前記固溶体誘起層との間に配向関係があることを特徴とする、非平面フタロシアニンの薄膜。
10. 請求項８に記載の前記固溶体誘起層（３）の上に、非平面フタロシアニン弱エピタキシャル成長の薄膜を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタであって、前記固溶体誘起層上の非平面フタロシアニン弱エピタキシャル成長の薄膜が、前記トランジスタ中の有機半導体層（２）である、有機薄膜トランジスタ。

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