JP2012174805A - Organic transistor, display device, and method of manufacturing organic transistor - Google Patents

Organic transistor, display device, and method of manufacturing organic transistor Download PDF

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Katsuichi Komura
勝一 香村
Shigeru Aomori
繁 青森
Yasuhiko Arakawa
泰彦 荒川
Masaki Kitamura
雅季 北村
Woogun KANG
宇建 康
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic transistor having an organic semiconductor layer with an enlarged crystal grain size, an increased high-crystalline region, and an improved carrier mobility, and to provide a display device using the organic transistor, and a method of manufacturing the organic transistor.SOLUTION: An organic transistor is configured by a substrate 1, a gate electrode 2, a gate insulating layer 3, an organic semiconductor layer 5, a source electrode 6, a drain electrode 7, and a crystallization acceleration layer 4 contacting with the organic semiconductor layer 5. The crystallization acceleration layer 4 is configured by at least a second monomolecular film contacting with the organic semiconductor layer 5 and a first monomolecular film contacting with the second monomolecular film. There is a region where an organic molecular skeleton group configuring the second monomolecular film is arranged at a constant inter-centroid distance in at least one direction in a plane. The organic molecular skeleton group configuring the organic semiconductor layer 5 and contacting with at least the region is arranged at a constant inter-centroid distance in at least one direction in a plane.

Description

本発明は、有機分子からなる薄膜を構成要素に用いた有機トランジスタ、該有機トランジスタを用いた表示装置、及び該有機トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to an organic transistor using a thin film made of organic molecules as a component, a display device using the organic transistor, and a method for manufacturing the organic transistor.

有機トランジスタは、シリコン等の無機半導体デバイスの作製において、一般的に用いられる真空プロセスや、200℃以上の高温プロセスを用いることなく、インクジェット法やスクリーン法などの印刷技術やスピンコート法、キャスト法などの溶液プロセスを用いて素子作製が可能である。そのため、大面積基板上や、プラスチック等からなるフレキシブル基板上での素子作製が可能であり、更にデバイス作製における製造コストや環境負荷の低減が可能であることから近年注目されている。   Organic transistors can be used in the production of inorganic semiconductor devices such as silicon without using vacuum processes or high-temperature processes of 200 ° C. or higher, printing techniques such as inkjet and screen methods, spin coating, and casting. The device can be manufactured using a solution process such as the above. Therefore, it is possible to fabricate elements on a large-area substrate or a flexible substrate made of plastic or the like, and has been attracting attention in recent years because it can reduce the manufacturing cost and environmental burden in device fabrication.

しかしながら、溶液プロセスにて有機半導体層を形成すると、有機半導体分子が配向している領域(結晶グレイン)が小さく、薄膜の膜質が不均一となり、キャリア移動度の向上が困難である。具体的な例として、非特許文献1では、有機半導体材料の中で高い移動度を示すことが知られているペンタセン薄膜を用いて、溶液プロセスで有機半導体層を作製して電界効果トランジスタに用いた場合のトランジスタ特性が開示されている。しかしながらその移動度は最大でも0.4cm/Vs程度であり、これは同材料を用いて真空蒸着法で有機半導体層を作製した場合に得られる移動度(1cm/Vs程度)よりも低く、トランジスタ特性に劣る。 However, when the organic semiconductor layer is formed by a solution process, the region where the organic semiconductor molecules are oriented (crystal grains) is small, the film quality of the thin film becomes nonuniform, and it is difficult to improve carrier mobility. As a specific example, in Non-Patent Document 1, an organic semiconductor layer is produced by a solution process using a pentacene thin film that is known to exhibit high mobility among organic semiconductor materials, and used for a field effect transistor. The transistor characteristics in the case of being present are disclosed. However, the mobility is at most about 0.4 cm 2 / Vs, which is lower than the mobility (about 1 cm 2 / Vs) obtained when an organic semiconductor layer is produced by vacuum deposition using the same material. Inferior in transistor characteristics.

溶液プロセスから形成された膜が低い移動度を示す原因には、複数の要因が混在していると考えられるが、その一つに、被成膜基板の表面エネルギーの制御が困難であることが挙げられる。真空蒸着によって成膜する場合には、基板の表面エネルギーを小さくすることによって、初期の基板表面上の核発生密度は低下し、その後、基板に到達した分子は基板表面上をマイグレーションすることが容易になるため、配向性の揃った領域(結晶グレイン)を大きくすることが可能である。無機半導体材料と同様に、結晶グレインが大きくなれば、移動度が向上するため、有機半導体の高移動度化が可能になる。しかしながら、溶液プロセスの場合には、有機半導体材料(溶質)及び基板、又は、その溶液(溶媒)及び基板の表面エネルギーを制御する因子が増加するため、結晶グレインサイズの制御が困難となる。   The reason why the film formed from the solution process shows low mobility is thought to be due to a mixture of multiple factors, but one of them is that it is difficult to control the surface energy of the deposition target substrate. Can be mentioned. When film formation is performed by vacuum deposition, by reducing the surface energy of the substrate, the nucleation density on the initial surface of the substrate decreases, and then molecules that have reached the substrate can easily migrate on the surface of the substrate. Therefore, it is possible to enlarge a region (crystal grain) with uniform orientation. Similar to the inorganic semiconductor material, if the crystal grain is increased, the mobility is improved, so that the mobility of the organic semiconductor can be increased. However, in the case of the solution process, since the factors controlling the surface energy of the organic semiconductor material (solute) and the substrate, or the solution (solvent) and the substrate increase, it becomes difficult to control the crystal grain size.

例えば、溶液プロセスにおいて、基板の表面エネルギーを小さくした場合には、溶液が基板上で撥液するため、基板表面の局所的な領域のみに薄膜が形成されてしまう恐れがある。したがって、チャネル領域に掛かるだけの十分な広さの有機薄膜を得ることが困難であった。
また、基板の表面エネルギーを大きくした場合には、溶液の濡れ性は改善されるが、結晶の核発生密度が上昇するため、結晶グレインのサイズが小さく、結晶粒界の多い薄膜となる。その結果、その小さな結晶グレインや結晶粒界がキャリア移動の障害となり、移動度の低下をもたらす。また、表面エネルギーの大きい基板表面には極性基が存在するため、該極性基が電子やホールのトラップサイトとして働く可能性があり、これも移動度低下の原因となる。
以上のことから、大きな結晶グレインが形成された有機薄膜を得るためには被成膜表面の表面エネルギーを成膜手段に合わせて適切に調整することが重要であった。
For example, in the solution process, when the surface energy of the substrate is reduced, the solution repels on the substrate, so that a thin film may be formed only in a local region of the substrate surface. Therefore, it has been difficult to obtain an organic thin film that is wide enough to cover the channel region.
When the surface energy of the substrate is increased, the wettability of the solution is improved, but the nucleation density of the crystal is increased, so that the crystal grain size is small and the thin film has many crystal grain boundaries. As a result, the small crystal grains and crystal grain boundaries become obstacles to carrier movement, leading to a decrease in mobility. In addition, since a polar group exists on the surface of the substrate having a large surface energy, the polar group may function as a trap site for electrons or holes, which also causes a decrease in mobility.
From the above, in order to obtain an organic thin film in which large crystal grains are formed, it is important to appropriately adjust the surface energy of the film formation surface according to the film forming means.

また、表面エネルギーの制御と同時に重要なこととして、有機半導体が形成される表面(下地)の結晶状態(分子または原子の配列)の制御が挙げられる。これは、無機半導体材料の結晶成長の分野では、エピタキシャル成長として知られる技術であり、成膜する半導体材料の結晶面に、下地の結晶面を揃えた状態で、結晶成長を行うことで良質な半導体の結晶薄膜が得られるというものである。この技術を有機半導体のような分子結晶に適用する場合には、下地が、有機半導体材料の結晶状態と同一もしくは類似した周期構造を有していることが重要だと考えられる。   In addition to controlling the surface energy, it is important to control the crystal state (molecular or atomic arrangement) of the surface (base) on which the organic semiconductor is formed. This is a technique known as epitaxial growth in the field of crystal growth of inorganic semiconductor materials, and a high-quality semiconductor can be obtained by performing crystal growth with the underlying crystal plane aligned with the crystal plane of the semiconductor material to be deposited. The crystal thin film can be obtained. When this technique is applied to a molecular crystal such as an organic semiconductor, it is important that the base has a periodic structure that is the same as or similar to the crystalline state of the organic semiconductor material.

上記のような技術的背景に基づき、特許文献1では、有機半導体層に接するアンカー膜を設けた有機薄膜トランジスタが開示されている。このアンカー膜は、π電子系共役分子をもった有機シラン化合物の単分子膜から構成されており、表面エネルギーを調整する機能を持っている。また、アンカー膜は結晶性を有していることが記載されており、アンカー膜表面に成膜された有機半導体の結晶グレインは大きくなり、高移動度が期待される旨が開示されている。   Based on the above technical background, Patent Document 1 discloses an organic thin film transistor provided with an anchor film in contact with an organic semiconductor layer. This anchor film is composed of a monomolecular film of an organosilane compound having a π-electron conjugated molecule, and has a function of adjusting the surface energy. Further, it is described that the anchor film has crystallinity, and it is disclosed that the crystal grain of the organic semiconductor formed on the surface of the anchor film becomes large and high mobility is expected.

特許第4065874号公報Japanese Patent No. 40658874

Minakataら、「Direct Formation of Pentacene Thin Films by Solution Process」、Synthetic Metals、2005年、第153巻、第1−3号、p.1−4Minata et al., “Direct Formation of Pentacene Thin Films by Solution Process”, Synthetic Metals, 2005, Vol. 153, No. 1-3, p. 1-4

しかしながら、上記特許文献1に記載されているアンカー膜が有機半導体材料の結晶成長促進に適した周期構造を有するように形成することは困難であり、有機半導体層の結晶グレインサイズの拡大、有機半導体層の結晶性の高い領域の拡大及びキャリア移動度の改善には未だ改善の余地があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、結晶グレインサイズが拡大し、結晶性の高い領域が増加し、キャリア移動度が向上した有機半導体層を有する有機トランジスタ、該有機トランジスタを用いた表示装置、及び該有機トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
However, it is difficult to form the anchor film described in Patent Document 1 so as to have a periodic structure suitable for promoting the crystal growth of the organic semiconductor material, and the crystal grain size of the organic semiconductor layer is increased. There is still room for improvement in expanding the high crystallinity region of the layer and improving the carrier mobility.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an organic transistor having an organic semiconductor layer in which crystal grain size is increased, a region having high crystallinity is increased, and carrier mobility is improved, and the organic transistor is used. It is an object of the present invention to provide a display device and a method for manufacturing the organic transistor.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、複数の有機単分子膜を組み合わせて結晶促進層とし、その上に有機半導体層を形成することにより、有機半導体層の結晶グレインサイズを拡大でき、有機半導体層中の結晶性の高い領域が増加するため、キャリア移動度を向上できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の特徴を有する有機トランジスタ、表示装置、及び有機トランジスタの製造方法を提供するものである。
As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention combined a plurality of organic monomolecular films into a crystal promotion layer, and formed an organic semiconductor layer thereon, thereby forming a crystal grain size of the organic semiconductor layer. It has been found that the carrier mobility can be improved because the region with high crystallinity in the organic semiconductor layer increases, and the present invention has been completed.
That is, the present invention provides an organic transistor, a display device, and an organic transistor manufacturing method having the following characteristics.

(1)基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層と接する結晶促進層とから構成される有機トランジスタであって、
前記結晶促進層は、少なくとも、前記有機半導体層に接する第二の単分子膜と、該第二の単分子膜に接する第一の単分子膜とから構成され、
前記第二の単分子膜を構成する有機分子骨格群が面内の少なくとも一方向に等しい重心間距離で配列した領域があり、
前記有機半導体層を構成する、少なくとも前記領域に接する有機分子骨格群が、面内の少なくとも一方向に等しい重心間距離で配列していることを特徴とする有機トランジスタ。
(2)前記第一の単分子膜を構成する有機分子骨格群の重心間距離と、前記第二の単分子膜を構成する有機分子骨格群の重心間距離とが、異なることを特徴とする(1)の有機トランジスタ。
(3)前記第一の単分子膜は、前記第一の単分子膜が形成される表面の原子と第一の化学結合を介して接続された有機分子骨格を含み、前記第二の単分子膜は、前記第一の単分子膜を構成する有機分子骨格と第二の化学結合を介して接続された有機分子骨格を含んでいることを特徴とする(1)又は(2)の有機トランジスタ。
(4)前記第一の単分子膜及び前記第二の単分子膜のうち少なくとも1つはラングミュアブロジェット膜であることを特徴とする(1)〜(3)の何れかの有機トランジスタ。
(5)第二の単分子膜を構成する有機分子骨格が、有機半導体層を構成する有機分子骨格と同じであることを特徴とする(1)〜(4)の何れかの有機トランジスタ。
(6)該第一の単分子膜を構成する有機分子骨格が脂肪族であり、該第二の単分子膜を構成する有機分子骨格が芳香族であることを特徴とする(1)〜(5)の何れかの有機トランジスタ。
(7)第一の単分子膜を構成する有機分子骨格が直鎖アルカンであり、
第二の単分子膜を構成する有機分子骨格がフラーレン、ペンタセンまたはオリゴチオフェンであることを特徴とする(6)の有機トランジスタ。
(8)(1)〜(7)の何れかの有機トランジスタが、電気的に接続された回路基板と、該回路基板上で、該有機トランジスタと電気的に接続された、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、または電気泳動方式の画素と、該トランジスタに電気信号を送るドライバとを含むことを特徴とする表示装置。
(9)(1)〜(7)の何れかの有機トランジスタを製造する製造方法であって、
前記基板上に、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁層を形成する第一の工程と、
前記ゲート絶縁層表面に、前記結晶促進層を形成する第二の工程と、
前記結晶促進層表面に前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する第三の工程とからなり、
前記第二の工程の結晶促進層を形成する工程は、前記ゲート絶縁層の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
(10)(1)〜(7)の何れか一項に記載の有機トランジスタを製造する製造方法であって、
前記基板上に、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁層を形成する第一の工程と、
前記ゲート絶縁層表面に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する第二の工程と、
少なくとも前記ゲート絶縁層表面に、もしくは、前記ゲート絶縁層表面、前記ソース電極及び前記ドレイン電極表面に、前記結晶促進層を形成した後、さらに前記有機半導体層を形成する第三の工程とからなり、
前記第三の工程の結晶促進層を形成する工程は、少なくとも前記ゲート絶縁層表面に、もしくは、前記ゲート絶縁層表面、前記ソース電極及び前記ドレイン電極表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
(11)前記第一の単分子膜を形成する工程が、前記ゲート絶縁層表面の原子と、該第一の単分子膜を構成する有機分子骨格とを第一の化学結合を介して接続する工程を含み、
前記第二の単分子膜を形成する工程が、前記第一の単分子膜を構成する有機分子骨格と、前記第二の単分子膜を構成する有機分子骨格とを、第二の化学結合を介して接続する工程を含むことを特徴とする(9)又は(10)の有機トランジスタの製造方法。
(12)(1)〜(7)の何れかの有機トランジスタを製造する製造方法であって、
前記基板上に前記結晶促進層を形成する第一の工程と、
前記結晶促進層表面に、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を任意の順番で形成する第二の工程と、
少なくとも前記有機半導体層表面に、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極を形成する第三の工程とからなり、
前記第一の工程の結晶促進層を形成する工程は、前記基板の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
(13)前記第一の単分子膜を形成する工程が、前記基板表面の原子と、該第一の単分子膜を構成する有機分子骨格とを第一の化学結合を介して接続する工程を含み、
前記第二の単分子膜を形成する工程が、前記第一の単分子膜を構成する有機分子骨格と、前記第二の単分子膜を構成する有機分子骨格とを、第二の化学結合を介して接続する工程を含むことを特徴とする(12)の有機トランジスタの製造方法。
(14)前記第一の単分子膜を形成する工程が、前記第一の化学結合として、シロキサン結合またはリン酸エステル結合を介して、直鎖アルカンを有機分子骨格とする有機分子からなる単分子膜を形成する工程であり、
前記の第二の単分子膜を形成する工程が、前記第二の化学結合として、アミン結合、イミン結合、またはトリアゾール環を介して、フラーレン、ペンタセンまたはオリゴチオフェンを形成する工程であることを特徴とする(11)又は(13)の有機トランジスタの製造方法。
(15)前記第一の単分子膜を形成する工程、及び、前記第二の単分子膜を形成する工程のうち、何れかの工程に、ラングミュアブロジェット法により単分子膜を形成する工程が含まれていることを特徴とする(9)〜(14)の何れかの有機トランジスタの製造方法。
(16)前記有機半導体層の形成が、有機半導体材料を溶媒に溶解し、溶液化する工程と、該溶液を結晶促進層表面に塗布する工程とを含むことを特徴とする(9)〜(15)の何れかの有機トランジスタの製造方法。
(17)前記第一の化学結合を形成する工程、及び、前記第二の化学結合を形成する工程のうち何れかの工程は、溶液浸漬法、気相反応法、及びスピンコート法の何れかの手法を用いることを特徴とする(9)〜(16)の何れかの有機トランジスタの製造方法。
(1) An organic transistor comprising a substrate, a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and a crystal promotion layer in contact with the organic semiconductor layer,
The crystal promotion layer is composed of at least a second monomolecular film in contact with the organic semiconductor layer and a first monomolecular film in contact with the second monomolecular film,
There is a region where the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film is arranged at a distance between the centers of gravity equal to at least one direction in the plane,
An organic transistor, wherein organic molecule skeleton groups in contact with at least the region constituting the organic semiconductor layer are arranged at a distance between centers of gravity equal to at least one direction in a plane.
(2) The distance between the center of gravity of the organic molecular skeleton group constituting the first monomolecular film is different from the distance between the center of gravity of the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film. (1) Organic transistor.
(3) The first monomolecular film includes an organic molecular skeleton connected via a first chemical bond to atoms on a surface on which the first monomolecular film is formed, and the second monomolecular film The film includes an organic molecular skeleton that is connected to the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film via a second chemical bond, and the organic transistor according to (1) or (2) .
(4) The organic transistor according to any one of (1) to (3), wherein at least one of the first monomolecular film and the second monomolecular film is a Langmuir Blodgett film.
(5) The organic transistor according to any one of (1) to (4), wherein the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film is the same as the organic molecular skeleton constituting the organic semiconductor layer.
(6) The organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film is aliphatic, and the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film is aromatic (1) to ( 5) The organic transistor in any one of.
(7) The organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film is a linear alkane,
(6) The organic transistor according to (6), wherein the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film is fullerene, pentacene or oligothiophene.
(8) A circuit board in which the organic transistor of any one of (1) to (7) is electrically connected, and a liquid crystal or organic electroluminescence in which the organic transistor is electrically connected on the circuit board. A display device comprising: an electrophoretic pixel; and a driver that sends an electric signal to the transistor.
(9) A manufacturing method for manufacturing the organic transistor according to any one of (1) to (7),
A first step of forming the gate electrode and the gate insulating layer on the substrate;
A second step of forming the crystal promotion layer on the surface of the gate insulating layer;
A third step of forming the organic semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode on the surface of the crystal promotion layer,
The step of forming the crystal promotion layer in the second step includes the step of forming at least one first monomolecular film in contact with the surface of the gate insulating layer, and the step of forming the first monomolecular film. And a step of forming the second monomolecular film in contact with the surface.
(10) A manufacturing method for manufacturing the organic transistor according to any one of (1) to (7),
A first step of forming the gate electrode and the gate insulating layer on the substrate;
A second step of forming the source electrode and the drain electrode on the surface of the gate insulating layer;
After forming the crystal promotion layer at least on the surface of the gate insulating layer, or on the surface of the gate insulating layer, the source electrode, and the drain electrode, the method further includes a third step of forming the organic semiconductor layer. ,
The step of forming the crystal promotion layer in the third step includes at least the surface of the gate insulating layer, or the first monomolecular film in contact with the surface of the gate insulating layer, the source electrode, and the drain electrode. A method for producing an organic transistor, comprising: forming at least one layer, and forming the second monomolecular film in contact with the surface of the first monomolecular film.
(11) The step of forming the first monomolecular film connects the atoms on the surface of the gate insulating layer and the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film through a first chemical bond. Including steps,
The step of forming the second monomolecular film comprises a second chemical bond between an organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film and an organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film. (9) The manufacturing method of the organic transistor of (10) characterized by including the process of connecting via.
(12) A manufacturing method for manufacturing the organic transistor according to any one of (1) to (7),
A first step of forming the crystal promotion layer on the substrate;
A second step of forming the organic semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode in any order on the surface of the crystal promotion layer;
A third step of forming the gate insulating layer and the gate electrode at least on the surface of the organic semiconductor layer,
The step of forming the crystal promotion layer of the first step includes the step of forming at least one layer of the first monomolecular film in contact with the surface of the substrate, and the surface of the first monomolecular film. And a step of forming the second monomolecular film in contact with the organic transistor.
(13) The step of forming the first monomolecular film includes a step of connecting atoms on the substrate surface and an organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film via a first chemical bond. Including
The step of forming the second monomolecular film comprises a second chemical bond between an organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film and an organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film. (12) The manufacturing method of the organic transistor characterized by including the process of connecting via.
(14) The step of forming the first monomolecular film is a single molecule composed of an organic molecule having a linear alkane as an organic molecular skeleton through a siloxane bond or a phosphate ester bond as the first chemical bond. A step of forming a film,
The step of forming the second monomolecular film is a step of forming fullerene, pentacene, or oligothiophene through the amine bond, imine bond, or triazole ring as the second chemical bond. The manufacturing method of the organic transistor of (11) or (13).
(15) A step of forming a monomolecular film by a Langmuir Blodget method in any one of the step of forming the first monomolecular film and the step of forming the second monomolecular film. (9) The manufacturing method of the organic transistor in any one of (14) characterized by the above-mentioned.
(16) The formation of the organic semiconductor layer includes a step of dissolving an organic semiconductor material in a solvent to form a solution, and a step of applying the solution to the surface of the crystal promotion layer (9) to (9) The method for producing an organic transistor according to any one of 15).
(17) Any one of the step of forming the first chemical bond and the step of forming the second chemical bond is any one of a solution immersion method, a gas phase reaction method, and a spin coating method. The method for producing an organic transistor according to any one of (9) to (16), wherein the method is used.

本発明の有機トランジスタは、結晶促進層が複数の単分子膜から構成されることで、有機半導体材料の単結晶が持つ周期構造と類似した周期構造を有する結晶促進層を実現する事が可能となり、これに接して形成される有機半導体層の結晶グレインサイズが拡大し、有機半導体層中に結晶性の高い領域が増加するため、キャリア移動度を向上させることができる
また、結晶促進層が複数の単分子膜から構成されるため、簡単な分子構造を選択して基板上で簡便に組み合わせることにより、単一分子に結晶促進能をもたせる場合の複雑な分子構造の作製や煩雑な合成を経ることなく、所望の構造を有する結晶促進層を得ることができる。
In the organic transistor of the present invention, it is possible to realize a crystal promotion layer having a periodic structure similar to the periodic structure of a single crystal of an organic semiconductor material because the crystal promotion layer is composed of a plurality of monomolecular films. The crystal grain size of the organic semiconductor layer formed in contact therewith increases, and the region having high crystallinity increases in the organic semiconductor layer, so that carrier mobility can be improved. Because it is composed of a monomolecular film, a complex molecular structure and complicated synthesis are required when a single molecule has crystal accelerating ability by selecting simple molecular structures and combining them easily on a substrate. Thus, a crystal promotion layer having a desired structure can be obtained.

本発明の有機トランジスタの具体例((a)ボトムゲート、トップコンタクト型、(b)ボトムゲート、ボトムコンタクト型、(c)トップゲート、トップコンタクト型、(d)トップゲート、ボトムコンタクト型)をそれぞれ示す概略図である。Specific examples of the organic transistor of the present invention ((a) bottom gate, top contact type, (b) bottom gate, bottom contact type, (c) top gate, top contact type, (d) top gate, bottom contact type) It is the schematic shown respectively. 分子の吸着を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows adsorption | suction of a molecule | numerator. 本発明の結晶促進層の具体例を示す模式図であって、(a)第一の単分子膜が1層から構成される場合、(b)第一の単分子膜が複数層(n層)から構成される場合の結晶促進層をそれぞれ示す。It is a schematic diagram which shows the specific example of the crystal promotion layer of this invention, Comprising: When the (a) 1st monomolecular film is comprised from one layer, (b) The 1st monomolecular film has multiple layers (n layer) The crystal promotion layers in the case of being composed of 本発明の結晶促進層の形成方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation method of the crystal promotion layer of this invention. 第一の態様の(a)有機トランジスタの模式図、(b)結晶促進層の模式図、(c)結晶促進層の断面図、及び(d)分子配置を示す模式図である。It is the (a) schematic diagram of an organic transistor of a 1st aspect, (b) The schematic diagram of a crystal promotion layer, (c) Sectional drawing of a crystal promotion layer, and (d) The schematic diagram which shows molecular arrangement | positioning. 第二の態様の(a)有機トランジスタの模式図、(b)結晶促進層の模式図、及び(c)分子配置を示す模式図である。It is the (a) schematic diagram of a 2nd aspect, (b) The schematic diagram of a crystal promotion layer, and (c) The schematic diagram which shows molecular arrangement | positioning. 第三の態様の(a)有機トランジスタの模式図、及び(b)結晶促進層の模式図である。It is the schematic diagram of (a) organic transistor of 3rd aspect, and (b) crystal | crystallization promotion layer. 第四の態様の(a)有機トランジスタの模式図、(b)結晶促進層の模式図、及び(c)分子配置を示す模式図である。It is the (a) schematic diagram of a 4th aspect, (b) The schematic diagram of a crystal acceleration layer, and (c) The schematic diagram which shows molecular arrangement | positioning. 第五の態様の(a)液晶表示装置の模式図、及び(b)画素の断面図である。It is the (a) schematic diagram of a liquid crystal display device of a 5th aspect, and (b) It is sectional drawing of a pixel. 実施例1において有機半導体層が形成されたガラス基板の写真(a)及び光学顕微鏡写真(b)である。It is the photograph (a) and optical microscope photograph (b) of the glass substrate in which the organic-semiconductor layer was formed in Example 1. FIG. 比較例1において有機半導体層が形成されたガラス基板の写真(a)及び光学顕微鏡写真(b)である。It is the photograph (a) and optical microscope photograph (b) of the glass substrate in which the organic-semiconductor layer was formed in the comparative example 1.

《有機トランジスタ》
本発明の有機トランジスタは、基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層と接する結晶促進層とから構成される。
以下、上記構成を有する有機トランジスタの具体例について、図を用いて説明する。なお、本発明の有機トランジスタは以下の具体例に限定されるものではない。
図1(a)に示す有機トランジスタは、ボトムゲート型、且つトップコンタクト型の有機トランジスタであって、基板1上に、ゲート電極2、ゲート絶縁層3、結晶促進層4、結晶促進層4に接した有機半導体層5、ソース電極6、ドレイン電極7がこの順に設けられている。
図1(b)に示す有機トランジスタは、ボトムゲート型、且つボトムコンタクト型の有機トランジスタであって、基板1上に、ゲート電極2、ゲート絶縁層3、ソース電極6、ドレイン電極7、結晶促進層4、結晶促進層4に接した有機半導体層5がこの順に設けられている。
図1(c)に示す有機トランジスタは、トップゲート型、且つトップコンタクト型の有機トランジスタであって、基板1上に、結晶促進層4、結晶促進層4に接した有機半導体層5、ソース電極6、ドレイン電極7、ゲート絶縁層3、ゲート電極2がこの順に設けられている。
図1(d)に示す有機トランジスタは、トップゲート型、且つボトムコンタクト型の有機トランジスタであって、基板1上に、結晶促進層4、ソース電極6、ドレイン電極7、結晶促進層4に接した有機半導体層5、ゲート絶縁層3、ゲート電極2がこの順に設けられている。
本発明における有機トランジスタは、ゲート電極2が基板1上にあるボトムゲート型(例えば、図1(a)、(b))であっても、ゲート電極2がゲート絶縁層3上にあるトップゲート型(例えば、図1(c)、(d))であってもよい。また、有機半導体層5上にソース電極6、ドレイン電極7を形成するトップコンタクト型(例えば、図1(a)、(c))であっても、ソース電極6、ドレイン電極7が有機半導体層5下部に形成されるボトムコンタクト型(例えば、図1(b)、(d))であっても、その他のタイプの有機トランジスタであってもよい。
以下、各構成要素について詳細に説明する。
<Organic transistor>
The organic transistor of the present invention includes a substrate, a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and a crystal promotion layer in contact with the organic semiconductor layer.
Hereinafter, specific examples of the organic transistor having the above structure will be described with reference to the drawings. The organic transistor of the present invention is not limited to the following specific examples.
The organic transistor shown in FIG. 1A is a bottom-gate and top-contact type organic transistor, which is formed on a substrate 1 with a gate electrode 2, a gate insulating layer 3, a crystal promotion layer 4, and a crystal promotion layer 4. The organic semiconductor layer 5, the source electrode 6 and the drain electrode 7 which are in contact with each other are provided in this order.
The organic transistor shown in FIG. 1B is a bottom-gate and bottom-contact type organic transistor, which has a gate electrode 2, a gate insulating layer 3, a source electrode 6, a drain electrode 7, and crystal promotion on a substrate 1. The organic semiconductor layer 5 in contact with the layer 4 and the crystal promotion layer 4 is provided in this order.
The organic transistor shown in FIG. 1C is a top-gate type and top-contact type organic transistor, and includes a crystal promotion layer 4, an organic semiconductor layer 5 in contact with the crystal promotion layer 4, and a source electrode on the substrate 1. 6, the drain electrode 7, the gate insulating layer 3, and the gate electrode 2 are provided in this order.
The organic transistor shown in FIG. 1D is a top-gate and bottom-contact type organic transistor that is in contact with the crystal promotion layer 4, the source electrode 6, the drain electrode 7, and the crystal promotion layer 4 on the substrate 1. The organic semiconductor layer 5, the gate insulating layer 3, and the gate electrode 2 are provided in this order.
The organic transistor according to the present invention is a bottom gate type in which the gate electrode 2 is on the substrate 1 (for example, FIGS. 1A and 1B), but the top electrode in which the gate electrode 2 is on the gate insulating layer 3. It may be a mold (for example, FIGS. 1C and 1D). Even in the top contact type in which the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the organic semiconductor layer 5 (for example, FIGS. 1A and 1C), the source electrode 6 and the drain electrode 7 are the organic semiconductor layer. 5 may be a bottom contact type (for example, FIGS. 1B and 1D) formed in the lower portion, or may be another type of organic transistor.
Hereinafter, each component will be described in detail.

本発明において基板1は、特に限定されるものではなく、通常、有機トランジスタ等の有機デバイスの基板として用いられるものを使用することができる。具体的には例えば、アルミニウム、鉄等の金属基板;シリコン、石英、ガラス等の金属以外の無機材料基板;ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルスルホン等の有機樹脂材料基板等が挙げられる。なかでも、フレキシブルデバイスへの応用を考慮すると、有機樹脂材料基板が好ましい。
基板1は、その表面にITO、金、銀、銅、白金、クロム等の電極を形成したものであってもよく、基板表面、又は基板上に形成した電極表面に、さらに他の薄膜を形成したものであってもよい。他の薄膜としては、二酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜等が挙げられる。
In this invention, the board | substrate 1 is not specifically limited, What is normally used as a board | substrate of organic devices, such as an organic transistor, can be used. Specifically, for example, a metal substrate such as aluminum or iron; an inorganic material substrate other than a metal such as silicon, quartz, or glass; an organic resin material substrate such as polycarbonate, polyetheretherketone, polyimide, polyester, or polyethersulfone; Can be mentioned. Among these, an organic resin material substrate is preferable in consideration of application to a flexible device.
The substrate 1 may be formed by forming an electrode such as ITO, gold, silver, copper, platinum, or chromium on the surface, and another thin film is formed on the surface of the substrate or the electrode formed on the substrate. It may be what you did. Examples of the other thin film include a gate insulating film made of silicon dioxide or the like.

本発明においてゲート電極2、ソース電極6、ドレイン電極7は、特に限定されるものではなく、通常、トランジスタのこれら電極に用いられるものを使用することができる。具体的には例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)等の金属材料;酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の酸化物導電体;酸化物導電体の一種である酸化インジウムと酸化亜鉛とからなる透明導電材料等が挙げられる。また、ポリアニリン、ポリチオフェン等の有機材料からなる電極、又は、導電性インキを塗布して形成した電極も用いることができる。 In the present invention, the gate electrode 2, the source electrode 6, and the drain electrode 7 are not particularly limited, and those usually used for these electrodes of a transistor can be used. Specifically, for example, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), tantalum (Ta), chromium (Cr) Metal materials such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ) and other oxide conductors; transparent conductive material composed of indium oxide and zinc oxide, which are a kind of oxide conductors Etc. Further, an electrode made of an organic material such as polyaniline or polythiophene, or an electrode formed by applying a conductive ink can also be used.

本発明において、ゲート絶縁層3は、特に限定されるものではなく、通常、トランジスタのゲート絶縁層に用いられる材料を使用することができる。具体的には例えば、二酸化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化タンタル(Ta)、のような無機酸化物;ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリビニルフェノールのようなポリマー材料等が挙げられる。
なかでも、ゲート絶縁層3に接して結晶促進層4を形成する場合(例えば、図1(a)や図1(b)の場合)、ゲート絶縁層3としては、二酸化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール等の表面に水酸基が露出されている材料を用いることが好ましい。
In the present invention, the gate insulating layer 3 is not particularly limited, and a material usually used for a gate insulating layer of a transistor can be used. Specifically, for example, inorganic oxides such as silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ); polyimide, polyethylene, polyethylene naphthalate, polyvinylphenol and the like And polymer materials.
In particular, when the crystal promotion layer 4 is formed in contact with the gate insulating layer 3 (for example, in the case of FIGS. 1A and 1B), the gate insulating layer 3 includes silicon dioxide (SiO 2 ), It is preferable to use a material in which a hydroxyl group is exposed on the surface, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), polyvinyl alcohol, and polyvinylphenol.

本発明において、結晶促進層4は、少なくとも、有機半導体層5に接する第二の単分子膜と、該第二の単分子膜に接する第一の単分子膜とから構成される。   In the present invention, the crystal promotion layer 4 is composed of at least a second monomolecular film in contact with the organic semiconductor layer 5 and a first monomolecular film in contact with the second monomolecular film.

上述したように、有機半導体層の結晶グレインサイズの拡大、並びに有機半導体層中の結晶性の高い領域の増加及びキャリア移動度の改善のためには、有機半導体層の結晶成長を促進する結晶促進層(アンカー膜)を設けることが有効であると考えられている。このような結晶促進層としては、図2(a)に示すように、単分子膜を構成する有機分子骨格群を等しい重心間距離で配列させた単一分子からなる単分子膜が考えられる。
具体的に説明すると、例えば、単分子膜を構成する有機分子骨格群内でのファンデルワール力によって有機分子骨格同士を自発的に凝集させることにより、等しい重心間距離とすることができる。この場合、単分子膜を構成する有機分子骨格のサイズによって、重心間距離は決定される。このような単分子膜であれば、該単分子膜中の有機分子骨格を、所望の周期構造(単分子膜内で隣接する、単分子膜を構成する有機分子骨格群の重心間距離が規則的である構造)とすることができる。しかし、結晶促進層に単一分子からなる単分子膜を用いた場合には周期構造の制御が困難であり、有機半導体材料の単結晶の周期構造に近い周期構造を作製することが困難であった。
As described above, in order to increase the crystal grain size of the organic semiconductor layer, increase the highly crystalline region in the organic semiconductor layer, and improve the carrier mobility, the crystal promotion that promotes the crystal growth of the organic semiconductor layer. Providing a layer (anchor film) is considered effective. As such a crystal promotion layer, as shown in FIG. 2A, a monomolecular film made of a single molecule in which organic molecular skeleton groups constituting the monomolecular film are arranged at equal distances between the centers of gravity can be considered.
More specifically, for example, the organic molecular skeletons are spontaneously aggregated by van der Waal forces in the organic molecular skeleton group constituting the monomolecular film, whereby the distance between the centers of gravity can be made equal. In this case, the distance between the centers of gravity is determined by the size of the organic molecular skeleton constituting the monomolecular film. In such a monomolecular film, the organic molecular skeleton in the monomolecular film has a desired periodic structure (the distance between the centers of gravity of the organic molecular skeleton groups constituting the monomolecular film adjacent in the monomolecular film is regular. Structure). However, when a monomolecular film made of a single molecule is used for the crystal promotion layer, it is difficult to control the periodic structure, and it is difficult to produce a periodic structure close to the periodic structure of a single crystal of an organic semiconductor material. It was.

また、上記のような単分子膜を有機トランジスタの結晶促進層とするにあたっては、有機半導体層形成時の溶液塗布プロセスや真空条件下においても剥離しない結晶促進層を形成する必要があり、結晶促進層は、結晶促進層を形成する下層(以下、「下層」という。)の上に確実に結合又は吸着させる必要がある。
つまり、単分子膜を下層に結合又は吸着する場合、単分子膜中の有機分子骨格の周期構造には、上記有機分子骨格のサイズのみならず、下層表面への結合又は吸着サイトの位置や数も関与する。
しかしながら、下層表面の結合又は吸着サイトの位置や数を制御することは難しく、実際のこれらサイトは図2(b)の左図の黒丸で示すように、ランダムであると考えられる。そのため、図2(b)の右図に示すように、単分子膜中の有機分子骨格のサイズが適切であったとしても、適切な位置に有機分子骨格を配することができず、有機半導体材料の単結晶の周期構造に近い周期構造を作製することが困難であった。
In addition, when using the monomolecular film as described above as a crystal promotion layer of an organic transistor, it is necessary to form a crystal promotion layer that does not peel off even under the solution coating process and vacuum conditions when forming the organic semiconductor layer. The layer needs to be securely bonded or adsorbed on the lower layer (hereinafter referred to as “lower layer”) that forms the crystal promotion layer.
That is, when the monomolecular film is bonded or adsorbed to the lower layer, the periodic structure of the organic molecular skeleton in the monomolecular film includes not only the size of the organic molecular skeleton but also the position and number of bonding or adsorption sites on the lower layer surface. Also involved.
However, it is difficult to control the position or number of bonding or adsorption sites on the lower surface, and these actual sites are considered to be random as shown by the black circles in the left diagram of FIG. Therefore, as shown in the right diagram of FIG. 2B, even if the size of the organic molecular skeleton in the monomolecular film is appropriate, the organic molecular skeleton cannot be arranged at an appropriate position, and the organic semiconductor It was difficult to produce a periodic structure close to that of a single crystal material.

そこで本発明では、結晶促進層4を少なくとも、第一の単分子膜と、第二の単分子膜との複数の単分子膜から構成されるものとして上記課題を解決した。図2(c)に示すように、下層表面における結合サイト(図2(c)中の黒丸)がランダムであったとしても、該ランダムな結合サイトに結合した第一の単分子膜により、第二の単分子膜の結合サイトの位置や数を調整することが可能となり、有機半導体層5と直接、接する第二の単分子膜に、有機半導体層の結晶成長に適した、有機半導体材料の単結晶の周期構造に近い周期構造を保有させることができる。このことにより、有機半導体層の結晶グレインサイズを拡大させ、且つ、有機半導体層中の結晶性の高い領域を増加させ、キャリア移動度を向上させることが可能となる。   Therefore, in the present invention, the above problem is solved by assuming that the crystal promotion layer 4 is composed of at least a plurality of monomolecular films including a first monomolecular film and a second monomolecular film. As shown in FIG. 2 (c), even if the binding sites on the lower layer surface (black circles in FIG. 2 (c)) are random, the first monomolecular film bound to the random binding sites It is possible to adjust the position and number of the binding sites of the second monomolecular film, and the second monomolecular film directly in contact with the organic semiconductor layer 5 is made of an organic semiconductor material suitable for crystal growth of the organic semiconductor layer. A periodic structure close to that of a single crystal can be retained. This makes it possible to increase the crystal grain size of the organic semiconductor layer, increase the highly crystalline region in the organic semiconductor layer, and improve carrier mobility.

以下、結晶促進層4の具体例について、図を用いて説明する。なお、本発明の結晶促進層4は、以下の具体例に限定されるものではない。
図3(a)は結晶促進層4の一例を示す模式図であって、図3(a)の結晶促進層4は、第一の単分子膜42と、第二の単分子膜44とを有し、基板1又はゲート絶縁層3と、第一の単分子膜42を構成する第一の有機分子骨格とは、第一の化学結合41を介して接続され、第一の単分子膜を構成する第一の有機分子骨格と、第二の単分子膜44を構成する第二の有機分子骨格とは、第二の化学結合43を介して接続されている。なお、第一の有機分子骨格が第一の化学結合41を介して接続されるのは、基板1又はゲート絶縁層3に限定されるものではなく、結晶促進層4の下層に位置する層、膜、支持体等(結晶促進層下地層)であればよく、有機トランジスタの構成に応じて適宜決定することができる。
Hereinafter, a specific example of the crystal promotion layer 4 will be described with reference to the drawings. The crystal promotion layer 4 of the present invention is not limited to the following specific examples.
FIG. 3A is a schematic diagram showing an example of the crystal promotion layer 4, and the crystal promotion layer 4 in FIG. 3A includes a first monomolecular film 42 and a second monomolecular film 44. And the substrate 1 or the gate insulating layer 3 and the first organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film 42 are connected via the first chemical bond 41, and the first monomolecular film is formed. The first organic molecular skeleton constituting the second organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film 44 is connected through the second chemical bond 43. Note that the first organic molecular skeleton is connected through the first chemical bond 41 is not limited to the substrate 1 or the gate insulating layer 3, but is a layer located under the crystal promotion layer 4, A film, a support, etc. (crystal promotion layer underlayer) may be used and can be appropriately determined according to the configuration of the organic transistor.

本発明において、第一の単分子膜42は、第二の単分子膜44に接する単分子膜である。第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格は、特に限定されるものではなく、有機単分子膜形成に通常用いられる有機分子骨格を、第一の単分子膜42に要求される特性に応じて適宜選択して使用することができ、該有機分子骨格は脂肪族であっても芳香族であってもよい。   In the present invention, the first monomolecular film 42 is a monomolecular film in contact with the second monomolecular film 44. The organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film 42 is not particularly limited, and the organic molecular skeleton normally used for forming the organic monomolecular film has characteristics required for the first monomolecular film 42. The organic molecular skeleton may be aliphatic or aromatic.

有機分子骨格が脂肪族の第一の単分子膜42として具体的には、脂肪族炭化水素基を主鎖骨格として含むものが挙げられる。なお、本発明において「脂肪族」は、芳香族に対する相対的な概念であり、芳香族性を持たない基や化合物等を意味する。
脂肪族炭化水素基は、飽和であっても不飽和であってもよいが、通常は飽和であることが好ましい。また、脂肪族炭化水素基は、鎖状であっても、環状であってもよい。
鎖状の脂肪族飽和炭化水素基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。
直鎖状の脂肪族飽和炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基等の−(CH−で表される直鎖状の炭化水素基(式中、pは1〜20の整数である。)が好ましい。
分岐鎖状の脂肪族飽和炭化水素基としては、−[C(CH−、−[C(CH)(CHCH)]−、−[C(CH)(CHCHCH)]−、−[C(CHCH−(式中、qはいずれも1〜20の整数である。)等の、アルキルメチレン基、アルキルエチレン基、アルキルトリメチレン基、アルキルテトラメチレン基等が好ましい。
Specific examples of the first monomolecular film 42 whose organic molecular skeleton is aliphatic include those containing an aliphatic hydrocarbon group as a main chain skeleton. In the present invention, “aliphatic” is a relative concept with respect to aromatics, and means a group or a compound having no aromaticity.
The aliphatic hydrocarbon group may be saturated or unsaturated, but is usually preferably saturated. Further, the aliphatic hydrocarbon group may be chain-like or cyclic.
The chain aliphatic saturated hydrocarbon group may be linear or branched.
Examples of the linear aliphatic saturated hydrocarbon group include methylene group, ethylene group, trimethylene group, tetramethylene group, pentamethylene group, heptamethylene group, octamethylene group, nonamethylene group, decamethylene group, undecamethylene group, dodecamethylene group. A linear hydrocarbon group represented by — (CH 2 ) p — such as a methylene group (wherein p is an integer of 1 to 20) is preferable.
As the branched aliphatic saturated hydrocarbon group, - [C (CH 3) 2] q -, - [C (CH 3) (CH 2 CH 3)] q -, - [C (CH 3) ( CH 2 CH 2 CH 3 )] q -,-[C (CH 2 CH 3 ) 2 ] q- (wherein q is an integer of 1 to 20), alkylmethylene groups, alkylethylene Group, alkyltrimethylene group, alkyltetramethylene group and the like are preferable.

環状の脂肪族炭化水素基としては、シクロペンタン、シクロへキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のモノシクロアルカンから水素原子を2つ除いた基や、デカリン、アダマンタン、ノルボルナン等のポリシクロアルカンから水素原子を2つ除いた基が挙げられる。
脂肪族炭化水素基は、その水素原子の一部または全部が、置換基により置換されていてもよい。置換基としては、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;該ハロゲン原子によりその水素原子の一部又は全部が置換されたハロゲン化アルキル基;酸素原子等が挙げられる。また、脂肪族炭化水素基が環状である場合、置換基として鎖状のアルキル基を有していてもよい。鎖状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。
また、脂肪族炭化水素基は、その骨格や環を構成する炭素原子の一部が、−O−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−等により置換されていてもよい。
Examples of the cyclic aliphatic hydrocarbon group include a group obtained by removing two hydrogen atoms from a monocycloalkane such as cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, and cyclooctane, and a polycycloalkane such as decalin, adamantane, and norbornane. Examples include groups in which two atoms have been removed.
In the aliphatic hydrocarbon group, part or all of the hydrogen atoms thereof may be substituted with a substituent. Examples of the substituent include a halogen atom such as a fluorine atom and a chlorine atom; a halogenated alkyl group in which part or all of the hydrogen atom is substituted with the halogen atom; an oxygen atom and the like. Further, when the aliphatic hydrocarbon group is cyclic, it may have a chain alkyl group as a substituent. Examples of the chain alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a t-butyl group.
In addition, in the aliphatic hydrocarbon group, a part of the carbon atoms constituting the skeleton and the ring are —O—, —C (═O) —, —C (═O) —O—, —O—C ( ═O) —O— or the like may be substituted.

有機分子骨格が脂肪族の第一の単分子膜42として具体的には、芳香族炭化水素環、又は芳香族へテロ環(芳香族複素環)を主骨格として含むものが好ましい。
芳香族炭化水素環を含むものとしては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、インデン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、C60フラーレン等を構成する異なる2つの炭素原子に結合した水素原子を2つ除いた基、若しくはこれらの繰り返しからなる基が挙げられる。
芳香族へテロ環を含むものとしては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール、ピラン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、インドール、プリン、キノリン、イソキノリン等の環を構成する異なる2つの炭素原子に結合した水素原子を2つ除いた基、若しくはこれらの繰り返しからなる基が挙げられる。
上記に挙げた、芳香族炭化水素環および芳香族へテロ環のなかでもベンゼン、又はピリジンの環を構成する異なる2つの炭素原子に結合した水素原子を2つ除いた基を有することが好ましい。
Specifically, the first monomolecular film 42 having an aliphatic organic molecular skeleton preferably includes an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocycle (aromatic heterocycle) as a main skeleton.
As those containing an aromatic hydrocarbon ring, hydrogen atoms bonded to two different carbon atoms constituting benzene, toluene, xylene, mesitylene, indene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pentacene, hexacene, C60 fullerene, etc. Examples thereof include a group obtained by removing two groups, or a group formed by repeating these groups.
Aromatic heterocycles include, for example, furan, thiophene, pyrrole, imidazole, pyran, pyridine, pyrimidine, pyrazine, indole, purine, quinoline, isoquinoline, hydrogen atoms bonded to two different carbon atoms And a group formed by repeating these groups.
Among the aromatic hydrocarbon rings and aromatic heterocycles mentioned above, it is preferable to have a group in which two hydrogen atoms bonded to two different carbon atoms constituting the ring of benzene or pyridine are removed.

本発明において、第一の単分子膜42としては、脂肪族の有機分子骨格を有することが好ましい。芳香族に比して柔軟性の高い脂肪族を有機分子骨格とすることにより、第一の単分子膜42が下層上にランダムな結合サイトで配置された場合であっても、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格が自由な配置を取ることができる。なかでも、より柔軟性に優れることから、直鎖状のアルカン(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数10〜20)を有機分子骨格として含むことがより好ましい。
また、本発明の第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格群の重心間距離は、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群の重心間距離と異なることが好ましい。詳細は後述する。
In the present invention, the first monomolecular film 42 preferably has an aliphatic organic molecular skeleton. Even when the first monomolecular film 42 is arranged on the lower layer at random binding sites by using an aliphatic organic molecule having a higher flexibility as compared with an aromatic group as the organic molecular skeleton, The organic molecular skeleton constituting the molecular film 44 can be freely arranged. Especially, since it is more excellent in a softness | flexibility, it is more preferable that linear alkane (Preferably C6-C20, More preferably C10-C20) is included as an organic molecular skeleton.
Further, the distance between the centers of gravity of the organic molecular skeleton group constituting the first monomolecular film 42 of the present invention is preferably different from the distance between the centers of gravity of the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film 44. Details will be described later.

本発明において、第一の単分子膜42は、複数層積層されていてもよい。該複数の第一の単分子膜42は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
第一の単分子膜42が2層以上積層されている場合、該複数の第一の単分子層42を構成する、複数の第一の有機分子骨格同士の間は、後述する第一の化学結合41により接続されていることが好ましい。
図3(b)は、第一単分子膜42が複数層(n層)積層された結晶促進層4の一例を示す模式図であって、図3(b)の結晶促進層4は、複数層の第一の単分子膜42を有し、第一の単分子膜42を構成する第一の有機分子骨格同士の間が、第一の化学結合41を介して接続されている以外は、図3(a)と同様である。
In the present invention, the first monomolecular film 42 may be laminated in a plurality of layers. The plurality of first monomolecular films 42 may be the same or different.
When two or more layers of the first monomolecular film 42 are laminated, the first chemistry described later is provided between the plurality of first organic molecular skeletons constituting the plurality of first monomolecular layers 42. It is preferably connected by a bond 41.
FIG. 3B is a schematic view showing an example of the crystal promotion layer 4 in which a plurality of (n layers) first monomolecular films 42 are stacked, and the crystal promotion layer 4 in FIG. Except that the first organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film 42 is connected via the first chemical bond 41, the first monomolecular film 42 of the layer. This is the same as FIG.

本発明において第一の単分子膜42は、その一端において第二の単分子膜と接する。この第一の単分子膜42と第二の単分子膜44との接点は、図3(a)に示すように、化学結合(図3中の第二の化学結合43)を介して、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格と、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格とが接続されていてもよい。第二の化学結合44については後述する。
また、第一の単分子膜42の他端は、図3(a)に示すように第一の化学結合41を介して、第一の単分子膜が形成される表面(下層表面)の原子と、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格とが接続されていることが好ましい。
なお、図3(b)のように第一の単分子膜42が複数層ある場合は、「第一の単分子膜42の他端」とは、複数の第一の単分子膜42のうち、最も第二の単分子膜44と離間した位置にある第一の単分子膜42の末端を指す。
In the present invention, the first monomolecular film 42 is in contact with the second monomolecular film at one end thereof. As shown in FIG. 3A, the contact point between the first monomolecular film 42 and the second monomolecular film 44 is formed through a chemical bond (second chemical bond 43 in FIG. 3). The organic molecular skeleton constituting one monomolecular film 42 and the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film 44 may be connected. The second chemical bond 44 will be described later.
Further, the other end of the first monomolecular film 42 has atoms on the surface (lower surface) on which the first monomolecular film is formed via the first chemical bond 41 as shown in FIG. And the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film 42 are preferably connected.
In addition, when there are a plurality of first monomolecular films 42 as shown in FIG. 3B, “the other end of the first monomolecular film 42” refers to the plurality of first monomolecular films 42. , The end of the first monomolecular film 42 that is farthest from the second monomolecular film 44.

また、本発明の第一の単分子膜42は、ラングミュアブロジェット膜であってもよい。第一の単分子膜42がラングミュアブロジェット膜である場合、該第一の単分子膜は、第一の化学結合41を介さずに下層上に形成されていてもよい(本形態は図示せず)。   The first monomolecular film 42 of the present invention may be a Langmuir Blodgett film. When the first monomolecular film 42 is a Langmuir Blodgett film, the first monomolecular film may be formed on the lower layer without the first chemical bond 41 (this form is not shown). )

本発明において、第一の化学結合41は特に限定されるものではなく、下層の部材、種類に応じて適宜決定することができる。具体的には、チオール基(−SH)、シランカップリング基(−SiR’)、ホスホン酸基(−POR”)、カルボン酸基(−COR”)、又はスルフォン酸基(−SOR”)(式中、Rは−OCH、−OCH−CH、−Clであり、R”は−OH、−Clである。)等の官能基により形成される結合であることが好ましい。なかでも、シランカップリング基と水酸基より得られるシロキサン結合や、ホスホン酸基と水酸基より得られるリン酸エステル結合は、下地の部材と強固に結合することができ、第二の単分子膜で得られる周期構造が安定化するため好ましい。また、チオール基と金属原子(例えば金、銀、白金、銅)より得られる金属―チオール結合を用いれば、下層が電極材料にも適用することができる。 In the present invention, the first chemical bond 41 is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the lower layer member and type. Specifically, a thiol group (—SH), a silane coupling group (—SiR ′ 3 ), a phosphonic acid group (—POR ″ 2 ), a carboxylic acid group (—COR ″), or a sulfonic acid group (—SO 3). R ″) (wherein R is —OCH 3 , —OCH 2 —CH 3 , —Cl, R ″ is —OH, —Cl), and the like. preferable. Among them, the siloxane bond obtained from the silane coupling group and the hydroxyl group, and the phosphate ester bond obtained from the phosphonic acid group and the hydroxyl group can be firmly bonded to the underlying member, and are obtained by the second monomolecular film. Since the periodic structure to be stabilized is preferable. Further, if a metal-thiol bond obtained from a thiol group and a metal atom (for example, gold, silver, platinum, copper) is used, the lower layer can be applied to an electrode material.

本発明において、第二の単分子膜44は、有機半導体層5と第一の単分子膜42とに接する単分子膜である。第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格は、特に限定されるものではなく、有機単分子膜として通常用いられる有機分子骨格を、第二の単分子膜44に要求される特性に応じて適宜選択して使用することができ、該有機分子骨格は脂肪族であっても芳香族であってもよい。   In the present invention, the second monomolecular film 44 is a monomolecular film in contact with the organic semiconductor layer 5 and the first monomolecular film 42. The organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film 44 is not particularly limited, and an organic molecular skeleton normally used as the organic monomolecular film is selected according to the characteristics required for the second monomolecular film 44. The organic molecular skeleton may be aliphatic or aromatic.

有機分子骨格が脂肪族、芳香族の第二の単分子膜44として具体的には、前記有機分子骨格が脂肪族、芳香族の第一の単分子膜42と同様のものが挙げられる。
本発明において、第二の単分子膜44としては、芳香族の主鎖骨格を有することが好ましい。π電子を有する芳香族の主鎖骨格を用いることにより、第二の単分子膜44内の隣接した有機分子骨格同士でπ−π相互作用による凝集力が働き、分子が自発的に凝集し、配列することで周期構造が得られやすくなるため、好ましい。特に、上記第一の単分子膜42が脂肪族の主鎖骨格を有し、第二の単分子膜44が芳香族の主鎖骨格を有する場合には、上述した脂肪族の柔軟性と芳香族のπ−π相互作用との二つの効果により、さらに第二の単分子膜44内に周期構造が形成されやすくなる。
Specific examples of the second monomolecular film 44 whose organic molecular skeleton is aliphatic or aromatic include those similar to the first monomolecular film 42 whose organic molecular skeleton is aliphatic or aromatic.
In the present invention, the second monomolecular film 44 preferably has an aromatic main chain skeleton. By using an aromatic main chain skeleton having π electrons, the cohesive force due to π-π interaction works between adjacent organic molecular skeletons in the second monomolecular film 44, and the molecules spontaneously aggregate, Arrangement is preferable because a periodic structure can be easily obtained. In particular, when the first monomolecular film 42 has an aliphatic main chain skeleton and the second monomolecular film 44 has an aromatic main chain skeleton, the above-described aliphatic flexibility and aromaticity can be obtained. Due to the two effects of the group π-π interaction, a periodic structure is more easily formed in the second monomolecular film 44.

また、本発明において、第二の単分子膜44は、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群が基板に対して水平方向の面内の少なくとも一方向に等しい重心間距離で配列した領域(グレイン)を有する。上述したように、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群が等しい重心間距離で配列することにより、その上層である有機半導体層5は、第二の単分子膜の有する周期構造に追従して周期構造を形成する。また、第二の単分子膜が配列した領域で結晶成長が促進されるため、少なくとも、第二の単分子膜が配列した領域の上層では大きなグレインを生じる。その結果、有機半導体層中の結晶性の高い領域が増加し、良好なキャリア移動度を獲得できる。つまり、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群が等しい重心間距離で配列して有機半導体層5の良好な結晶成長を促進させる周期構造となることが必要となる。なお、この第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群の配列は、第二の単分子層44の全面に亘って存在する必要はなく、有機トランジスタにおいて結晶性が高い必要のある領域(例えば、チャネル領域やチャネル領域の一部の領域)のみ配列していればよい。配列した領域が、チャネル領域の一部であっても、配列した領域と接する有機半導体層の結晶グレインサイズは大きくなるため、結果として、キャリア移動度の向上をもたらす。   Further, in the present invention, the second monomolecular film 44 is arranged with the distance between the centers of gravity equal to at least one direction in the plane in the horizontal direction with respect to the substrate in which the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film 44 is arranged The region has a grain. As described above, by arranging the organic molecular skeleton groups constituting the second monomolecular film 44 at the same distance between the centers of gravity, the organic semiconductor layer 5 as an upper layer thereof has the periodic structure of the second monomolecular film. To form a periodic structure. Further, since crystal growth is promoted in the region where the second monomolecular film is arranged, a large grain is generated at least in the upper layer of the region where the second monomolecular film is arranged. As a result, a region with high crystallinity in the organic semiconductor layer is increased, and good carrier mobility can be obtained. That is, it is necessary that the organic molecular skeleton groups constituting the second monomolecular film 44 are arranged at equal center-to-center distances to form a periodic structure that promotes good crystal growth of the organic semiconductor layer 5. Note that the arrangement of the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film 44 does not have to exist over the entire surface of the second monomolecular layer 44, and is a region that needs to have high crystallinity in the organic transistor. Only a channel region or a partial region of the channel region may be arranged. Even if the arranged region is a part of the channel region, the crystal grain size of the organic semiconductor layer in contact with the arranged region becomes large. As a result, the carrier mobility is improved.

ここで、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群が少なくとも一方向に等しい重心間距離で配列するためには、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格群の重心間距離と、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群の重心間距離とが、異なることが好ましい。
なお、本発明において、2つの有機分子骨格群の重心間距離が異なるとは、該2つの有機分子骨格群を同条件下において(例えば、単分子膜を構成する有機分子骨格間でのファンデルワール力に従って最も密に配列させた条件において、或いは、ラングミュアブロジェット法により水面上で圧縮し、同表面圧下で基板に転写した条件において)配列させた場合の、有機分子骨格群の重心間距離が異なることを意味する。有機分子骨格群の重心間距離は、後述する実施態様に示すように、膜の面内方向のX線回折(XRD in−plane)法により公知の装置を用いて測定することができる。また、密度汎関数法等(例えばB3LYP 6−31G d,pレベル)により有機分子骨格の最安定構造を見積もることで予め重心間距離を予測することもできる。
Here, in order to arrange the organic molecular skeleton groups constituting the second monomolecular film 44 at a distance between the centroids equal to at least one direction, the centroids of the organic molecular skeleton groups constituting the first monomolecular film 42 are arranged. It is preferable that the distance and the distance between the centers of gravity of the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film 44 are different.
In the present invention, the distance between the centers of gravity of two organic molecular skeleton groups is different when the two organic molecular skeleton groups are subjected to the same conditions (for example, van der Waals between organic molecular skeletons constituting a monomolecular film). The distance between the centroids of the organic molecular skeleton group when aligned in the most densely aligned condition according to the force, or when aligned on the water surface by the Langmuir-Blodget method and transferred to the substrate under the same surface pressure. Means different. The distance between the centers of gravity of the organic molecular skeleton group can be measured using a known apparatus by an X-ray diffraction (XRD in-plane) method in the in-plane direction of the film, as shown in an embodiment described later. Further, the distance between the centers of gravity can be predicted in advance by estimating the most stable structure of the organic molecular skeleton by a density functional method or the like (for example, B3LYP 6-31G d, p level).

第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格群の重心間距離と、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群の重心間距離とが異なることにより、第一の単分子膜42と第二の単分子膜44との間で結合サイトの位置や数が制御され、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群の配置が最適化され、第二の単分子膜44に所望の周期構造を獲得させることができる。
具体的には、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格が脂肪族炭化水素基であり、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格が芳香族炭化水素基であることが好ましく、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格が直鎖状のアルカン(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数10〜20)であり、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格がフラーレン、ペンタセン、オリゴチオフェン、又はナフタレン(より好ましくはフラーレン、ペンタセン又はオリゴチオフェン)であることがより好ましい。上記のような組み合わせとすることにより、第一の単分子膜42と第二の単分子膜44とを構成する有機分子骨格群の重心間距離が異なるため、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群が、面内の少なくとも一方向に等しい重心間距離で配列した領域を有することとなる。
The distance between the centroids of the organic molecular skeleton group constituting the first monomolecular film 42 is different from the distance between the centroids of the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film 44, whereby the first monomolecular film The position and number of binding sites are controlled between 42 and the second monomolecular film 44, the arrangement of the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film 44 is optimized, and the second monomolecular film 44 can obtain a desired periodic structure.
Specifically, the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film 42 is an aliphatic hydrocarbon group, and the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film 44 is an aromatic hydrocarbon group. Preferably, the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film 42 is a linear alkane (preferably having 6 to 20 carbon atoms, more preferably 10 to 20 carbon atoms), and the second monomolecular film 44 is It is more preferable that the organic molecular skeleton to be formed is fullerene, pentacene, oligothiophene, or naphthalene (more preferably fullerene, pentacene, or oligothiophene). By using the above combination, the distance between the centers of gravity of the organic molecular skeleton groups constituting the first monomolecular film 42 and the second monomolecular film 44 is different, so that the second monomolecular film 44 is constructed. The organic molecular skeleton group to be formed has a region arranged with a distance between the centers of gravity equal to at least one direction in the plane.

さらに、本発明では、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群と、有機半導体層5を構成する有機分子骨格群とが、同一または類似した重心間距離を有することが好ましい。
この構成を有することにより、有機半導体層5の有機分子骨格群が、第二の単分子膜44の有機分子骨格群の配列により追従しやすくなり、結晶成長が促進され、有機半導体層5の結晶グレインサイズが拡大し、且つ、有機半導体層5の結晶性の高い領域が増加し、キャリア移動度が向上する。
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film 44 and the organic molecular skeleton group constituting the organic semiconductor layer 5 have the same or similar center-to-center distance.
With this configuration, the organic molecular skeleton group of the organic semiconductor layer 5 can easily follow the arrangement of the organic molecular skeleton group of the second monomolecular film 44, and crystal growth is promoted. The grain size is increased, and the region having high crystallinity of the organic semiconductor layer 5 is increased, and the carrier mobility is improved.

また、更に好ましくは、上記の構造に加え、第二の単分子膜44と、有機半導体層5とが同一又は類似した表面エネルギーを有することが好ましい。
この構成を有することにより、有機半導体層5の濡れ性が向上し、有機半導体層5内に層状の結晶が形成されるため、更に有機半導体層5の結晶グレインサイズを大きくすることができ、結果としてキャリア移動度が向上する(表面エネルギーと結晶グレインサイズおよび移動度の関係性については、鎌田ら、「有機電界効果トランジスタの特性に及ぼす界面の影響」表面科学、2003年、第24巻、第2号、第69〜76頁参照)。
上記構成を作製するための第二の単分子膜44の有機分子骨格と、有機半導体層5の有機分子骨格との好ましい組み合わせについては後述する。
More preferably, in addition to the above structure, the second monomolecular film 44 and the organic semiconductor layer 5 preferably have the same or similar surface energy.
By having this configuration, the wettability of the organic semiconductor layer 5 is improved, and a layered crystal is formed in the organic semiconductor layer 5, so that the crystal grain size of the organic semiconductor layer 5 can be further increased. (As for the relationship between surface energy, crystal grain size, and mobility, Kamada et al., “Effect of Interface on Characteristics of Organic Field Effect Transistor”, Surface Science, 2003, Vol. 24, No. No. 2, pages 69-76).
A preferred combination of the organic molecular skeleton of the second monomolecular film 44 and the organic molecular skeleton of the organic semiconductor layer 5 for producing the above configuration will be described later.

本発明において、第二の化学結合43は特に限定されるものではなく、膜形成に用いる、第二の単分子膜44の有機分子骨格を有する有機分子の末端官能基と、膜形成に用いる、第一の単分子膜42の有機分子骨格を有する有機分子の末端官能基と、に応じて適宜決定することができる。例えば、第一の単分子膜42形成用に、アジド基(−N)を末端に有する有機分子を用いる場合であれば、第二の単分子膜44形成用に、フラーレン等に含まれるエテニル基(−C=C)を末端に有する有機分子を用いると、第二の化学結合43として、アミン結合(−N<)が形成される。末端官能基の組み合わせと、形成される結合との具体例を表1に示す。その他にも、エーテル結合、エステル結合、イミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、シロキサン結合、リン酸エステル結合を用いることも可能である。なかでも、トリアゾール環は構造的に安定なため、結合力が高く好ましい。なお、表中の官能基1と官能基2とは、いずれが第一の単分子膜42側の有機分子に結合していてもよい。 In the present invention, the second chemical bond 43 is not particularly limited, and is used for film formation, the terminal functional group of the organic molecule having the organic molecular skeleton of the second monomolecular film 44, and the film formation. It can be appropriately determined according to the terminal functional group of the organic molecule having the organic molecular skeleton of the first monomolecular film 42. For example, if an organic molecule having an azide group (—N 3 ) at the end is used for forming the first monomolecular film 42, ethenyl contained in fullerene or the like is used for forming the second monomolecular film 44. When an organic molecule having a group (—C═C) at the terminal is used, an amine bond (—N <) is formed as the second chemical bond 43. Specific examples of combinations of terminal functional groups and bonds to be formed are shown in Table 1. In addition, it is also possible to use an ether bond, an ester bond, an imide bond, a urethane bond, a urea bond, a siloxane bond, or a phosphate ester bond. Among these, the triazole ring is preferable because it has a high bonding force because it is structurally stable. Note that either functional group 1 or functional group 2 in the table may be bonded to the organic molecule on the first monomolecular film 42 side.

本発明において、有機半導体層5は、特に限定されるものではなく、通常、有機トラジスタの有機半導体層に用いられる材料を使用することができる。
具体的には例えば、有機半導体層5をp型半導体層とする場合であれば、ペンタセン、ルブレン、オリゴチオフェン、ポリチオフェン、ジナフトチオフェン、及びこれらのアルキル置換体を、有機半導体層5を構成する有機分子骨格として用いることができる。また、有機半導体層5をn型半導体層とする場合であれば、C60フラーレン、フッ化ペンタセン、ペリレンイミド化合物を、有機半導体層5を構成する有機分子骨格として用いることが好ましい。
なかでも、ペンタセン、C60フラーレンはキャリアの移動度が高く、有機トランジスタの高速動作を実現できるため好ましい。
In this invention, the organic-semiconductor layer 5 is not specifically limited, Usually, the material used for the organic-semiconductor layer of an organic transistor can be used.
Specifically, for example, when the organic semiconductor layer 5 is a p-type semiconductor layer, the organic semiconductor layer 5 is composed of pentacene, rubrene, oligothiophene, polythiophene, dinaphthothiophene, and alkyl substitution products thereof. It can be used as an organic molecular skeleton. If the organic semiconductor layer 5 is an n-type semiconductor layer, it is preferable to use C60 fullerene, fluorinated pentacene, or a perylene imide compound as the organic molecular skeleton constituting the organic semiconductor layer 5.
Among these, pentacene and C60 fullerene are preferable because they have high carrier mobility and can realize high-speed operation of the organic transistor.

また、上記したように本発明では、有機半導体層5を構成する有機分子骨格群と、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群とが、同一または類似した重心間距離を有することが好ましく、且つ、第二の単分子膜44と、有機半導体層5とが同一又は類似した表面エネルギーを有することが好ましい。
まず、有機半導体層5を構成し得る有機分子骨格の重心間距離を表2に、第二の単分子膜44を構成し得る有機分子骨格の重心間距離(第一の単分子膜42が直鎖アルカンである場合)を表3にそれぞれ示す。表2に示す有機分子骨格の重心間距離は、各有機半導体材料が単結晶を形成した時のa軸、b軸、c軸の3軸方向における格子定数であり、非特許文献2〜8を参考にした(数値の単位はnm)。また、表3に示す重心間距離は下記の方法から算出した。
まず、第一の単分子膜および第二の単分子膜を構成する有機分子骨格の最安定構造を計算ソフトGaussian09(密度汎関数法B3LYP 6−31G d,pレベル)を用いて見積もった。次に最安定構造の第一の単分子膜を構成する有機分子骨格が、基板に対して垂直方向に配向し、且つ、基板表面上で、六方最密充填で配列するモデルを組んだ。さらに、モデリングされた第一の単分子膜上の結合サイトに、第二の単分子膜を構成する有機分子骨格が、基板に対して垂直方向に配向し、且つ、有機分子骨格同士が重なることなく最密充填で配置したモデルを組み、その時の第二の単分子膜を構成する有機分子骨格の重心間距離を表3の重心間距離とした(数値の単位はnm)。
Further, as described above, in the present invention, the organic molecular skeleton group constituting the organic semiconductor layer 5 and the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film 44 have the same or similar distance between the centers of gravity. It is preferable that the second monomolecular film 44 and the organic semiconductor layer 5 have the same or similar surface energy.
First, the distance between the centroids of the organic molecular skeleton that can constitute the organic semiconductor layer 5 is shown in Table 2, and the distance between the centroids of the organic molecular skeleton that can constitute the second monomolecular film 44 (the first monomolecular film 42 is directly Table 3 shows the case of a chain alkane. The distance between the centers of gravity of the organic molecular skeletons shown in Table 2 is a lattice constant in the three axis directions of the a-axis, b-axis, and c-axis when each organic semiconductor material forms a single crystal. Referenced (the unit of the numerical value is nm). The distance between the centers of gravity shown in Table 3 was calculated from the following method.
First, the most stable structure of the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film and the second monomolecular film was estimated using calculation software Gaussian 09 (density functional method B3LYP 6-31G d, p level). Next, a model was constructed in which the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film having the most stable structure was oriented in the direction perpendicular to the substrate and arranged in a hexagonal close-packed manner on the substrate surface. Further, the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film is oriented in the direction perpendicular to the substrate at the binding site on the modeled first monomolecular film, and the organic molecular skeletons overlap each other. A model arranged in close-packing was assembled, and the distance between centroids of the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film at that time was defined as the distance between centroids in Table 3 (the unit of numerical values is nm).

非特許文献2:Acta Crystallographica Section C C57 (2001) 939 Matthuesら (ペンタセンの単結晶構造)
非特許文献3:Applied Physics Letters 91 (2007) 063514 Parkら (Tips−ペンタセンの単結晶構造)
非特許文献4:Science 303 (2004) 1644 Sunderら (ルブレンの単結晶構造)
非特許文献5:Journal of The American Chemical Society 129 (2007) 2224 Takimiyaら (ジナフトチエノチオフェンの単結晶構造)
非特許文献6:Physical Review Letters 66 (1991) 2911 Heineyら (フラーレンの単結晶構造)
非特許文献7:Journal of The American Chemical Society 126 (2004) 8138 Sakamotoら (フッ化ペンタセンの単結晶構造)
非特許文献8:Acta Cryst. C42 (1986) 189 Hadickeら (ペリレンイミド誘導体の結晶構造)
Non-Patent Document 2: Acta Crystallographica Section C C57 (2001) 939 Matthues et al. (Single Crystal Structure of Pentacene)
Non-Patent Document 3: Applied Physics Letters 91 (2007) 063514 Park et al. (Single Crystal Structure of Tips-Pentacene)
Non-Patent Document 4: Science 303 (2004) 1644 Sunder et al. (Single crystal structure of rubrene)
Non-Patent Document 5: Journal of The American Chemical Society 129 (2007) 2224 Takimiya et al. (Single Crystal Structure of Dinaphthothienothiophene)
Non-Patent Document 6: Physical Review Letters 66 (1991) 2911 Heiney et al. (Single crystal structure of fullerene)
Non-Patent Document 7: Journal of The American Chemical Society 126 (2004) 8138 Sakamoto et al. (Single Crystal Structure of Fluoropentacene)
Non-Patent Document 8: Acta Cryst. C42 (1986) 189 Hadicke et al. (Crystal Structure of Peryleneimide Derivative)

表2に示す3つの重心間距離のうち下線のものが最も距離が短く、キャリア輸送効率が高い(トランスファー積分が大きい)。そのため、有機半導体層5と接する第二の単分子膜44の重心間距離は、表2中の下線の値と同一又は近しい(類似している)ことが好ましく、表2中の下線の値及びその他の1つの値と(計2つの軸方向で、)重心間距離が同一又は近しいことがより好ましい。
表2〜3の値から、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格と、有機半導体層5を構成する有機分子骨格とが同じ場合(例えば、表2の2と表3のB;表2の5と表3のA)、双方の重心間距離が非常に近しいため好ましいことが分かる。また、表2〜3によれば、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格と、有機半導体層5を構成する有機分子骨格とが異なる場合であっても、例えば表2の1のa,b軸と表3のC;表2の3のb,c軸と表3のE;表2の4のa,b軸と表4のC;表2の6のb,c軸と表3のD;表2の7のa,b軸と表3のFのように、重心間距離が近しい場合も存在する。このような場合にも、重心間距離が近しいため、有機半導体層を構成する有機分子骨格群の結晶成長を促進することができる。重心間距離が同一又は近しい組み合わせは上記表のものに限定されるものではなく、上述した方法により重心間距離を測定又は予測し、重心間距離の同一又は近しい組み合わせを適宜選択することができる。
Of the three distances between the centers of gravity shown in Table 2, the underlined one has the shortest distance, and the carrier transport efficiency is high (the transfer integral is large). Therefore, the distance between the centers of gravity of the second monomolecular film 44 in contact with the organic semiconductor layer 5 is preferably the same as or close to (similar to) the underline value in Table 2, and the underline value in Table 2 and More preferably, the distance between the centroids is the same as or close to the other one value (in two axial directions in total).
From the values in Tables 2 to 3, when the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film 44 and the organic molecular skeleton constituting the organic semiconductor layer 5 are the same (for example, 2 in Table 2 and B in Table 3; It can be seen that it is preferable because the distance between the centers of gravity of both of 5 in Table 2 and A) in Table 3 is very close. Further, according to Tables 2 and 3, even if the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film 44 and the organic molecular skeleton constituting the organic semiconductor layer 5 are different, for example, 1 in Table 2 a, b axes and C in Table 3; b and c axes in Table 2 and E in Table 3; 4 a and b axes in Table 2 and C in Table 4; 6 b and c axes in Table 2 There are cases where the distance between the centers of gravity is short, as shown in Table 3, D; Even in such a case, since the distance between the centers of gravity is short, crystal growth of the organic molecular skeleton group constituting the organic semiconductor layer can be promoted. Combinations having the same or close distance between the centers of gravity are not limited to those in the above table, and the distance between the centers of gravity can be measured or predicted by the above-described method, and the same or close combination of the distances between the centers of gravity can be appropriately selected.

また、第二の単分子膜44と、有機半導体層5とが同一又は類似した表面エネルギーを有する点に関して言えば、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格と有機半導体5を構成する有機分子骨格とが同じであることにより、表面エネルギーが同一又は近似するため、好ましい。また、同一の骨格以外でも、第二の単分子膜を構成する有機分子骨格がπ電子を有していれば、表面エネルギーを近似させることができる。さらには、第二の単分子膜を構成する有機分子骨格の膜中の密度を制御することでも、表面エネルギーの制御が可能であるため、π電子を持っていない有機分子骨格でも、密度の制御により、近似させることができる。   In terms of the second monomolecular film 44 and the organic semiconductor layer 5 having the same or similar surface energy, the organic molecular skeleton and the organic semiconductor 5 constituting the second monomolecular film 44 are configured. Since the surface energy is the same or approximate when the organic molecular skeleton is the same, it is preferable. In addition to the same skeleton, the surface energy can be approximated if the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film has π electrons. Furthermore, the surface energy can also be controlled by controlling the density of the organic molecular skeleton that constitutes the second monomolecular film, so the density can be controlled even for organic molecular skeletons that do not have π electrons. Can be approximated.

本発明において結晶促進層4を形成する方法は、第一の単分子膜42及び第二の単分子膜44が好適に形成されるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、図4に示すように、下層(図では、基板1又はゲート絶縁層3)の上に、第一の単分子膜42形成用材料を用いて溶液浸漬法、気相反応法、スピンコート法・ディップコート法、ラングミュアブロジェット法等により第一の単分子膜42を形成した後、第二の単分子膜44形成用材料を用いて第一の単分子膜42上に第二の単分子膜を形成することにより、本発明の結晶促進層4が得られる。   In the present invention, the method for forming the crystal promotion layer 4 is not particularly limited as long as the first monomolecular film 42 and the second monomolecular film 44 are suitably formed. As shown in FIG. 4, a solution dipping method, a gas phase reaction method, a spin coating method, a dip method using the first monomolecular film 42 forming material on the lower layer (the substrate 1 or the gate insulating layer 3 in the figure). After the first monomolecular film 42 is formed by the coating method, the Langmuir Blodget method, etc., the second monomolecular film is formed on the first monomolecular film 42 using the second monomolecular film 44 forming material. By forming, the crystal promotion layer 4 of the present invention is obtained.

溶液浸漬法の場合、具体的には例えば、第一の単分子膜42を形成する有機分子骨格の一端に第一の化学結合に用いる官能基を結合させ、他端に第二の化学結合に用いる官能基を結合させた有機分子(第一の有機分子)を予め用意する。この第一の有機分子を溶媒に溶解し、溶液化した後、溶解した溶液中に下層を表面に有する基体を浸漬し、0〜100℃程度の温度において静置又は攪拌し、第一の化学結合を形成させた後に、余分な材料を溶媒により洗浄除去することで、下層上に第一の単分子膜42が形成される。本方法は、特別な装置を必要とせずに簡便に単分子膜を形成できるという効果を奏する。また、得られる単分子膜は、分子間の相互作用が高く、配向性が高い膜となる。   In the case of the solution immersion method, specifically, for example, a functional group used for the first chemical bond is bonded to one end of the organic molecular skeleton forming the first monomolecular film 42 and the second chemical bond is bonded to the other end. An organic molecule (first organic molecule) to which a functional group to be used is bonded is prepared in advance. After dissolving the first organic molecule in a solvent and making it into a solution, the substrate having the lower layer on the surface is immersed in the dissolved solution, and left standing or stirring at a temperature of about 0 to 100 ° C. After the bond is formed, the first monomolecular film 42 is formed on the lower layer by washing away the excess material with a solvent. This method has an effect that a monomolecular film can be easily formed without requiring a special apparatus. In addition, the obtained monomolecular film is a film having high intermolecular interaction and high orientation.

気相反応法の場合、具体的には例えば、上記同様の第一の有機分子を溶解した溶液と、下層を表面に有する基体とを、互いに直接接触しないように密閉容器内に封入し、該密閉容器を50〜150℃程度に加熱して第一の有機分子を揮発させて、下層表面に付着させ、第一の化学結合を形成させた後に、余分な材料を溶媒により洗浄除去することで、下層表面に第一の単分子膜42が形成される。本方法によれば、加熱を行うため迅速に反応が進み、形成の時間が短縮できる。また、本方法では揮発により基体に第一の有機分子を付着させるため、通常、単分子膜形成と同時に反応系中で自己重合を開始するシランカップリング剤のような自己重合性材料を用いた場合であっても、分子量が大きく沸点が高まった自己重合済み材料は揮発せず、基体に付着しないため、基体上では均一な単分子膜を得ることができる。   In the case of the gas phase reaction method, specifically, for example, a solution in which the same first organic molecule as described above is dissolved and a substrate having a lower layer on the surface are sealed in a sealed container so as not to be in direct contact with each other. By heating the sealed container to about 50 to 150 ° C. to volatilize the first organic molecules, adhere to the lower layer surface, and form the first chemical bond, the excess material is washed away with a solvent. The first monomolecular film 42 is formed on the lower layer surface. According to this method, since the heating is performed, the reaction proceeds rapidly and the formation time can be shortened. In addition, since the first organic molecules are attached to the substrate by volatilization in this method, a self-polymerizable material such as a silane coupling agent that starts self-polymerization in the reaction system at the same time as the formation of the monomolecular film is usually used. Even in this case, the self-polymerized material having a large molecular weight and a high boiling point does not volatilize and does not adhere to the substrate, so that a uniform monomolecular film can be obtained on the substrate.

スピンコート法・ディップコート法の場合、具体的には例えば、上記同様の第一の有機分子を溶解した溶液を、下層表面にスピンコート又はディップコートにより塗布する。その後、基体を50〜150℃程度に加熱するか、又は、塩酸やアンモニア等の脱水縮合反応促進剤の蒸気に曝すことにより、下層と第一の有機分子を化学的に結合させ、余分な材料を溶媒により洗浄除去することで、下層上に第一の単分子膜42が形成される。本方法では、第一の単分子膜42を形成するための材料が少なくてよいため、経済的であるという利点がある。また、加熱を行うため迅速に反応が進み、形成の時間が短縮できる。   In the case of the spin coating method / dip coating method, specifically, for example, a solution in which the same first organic molecule as described above is dissolved is applied to the lower layer surface by spin coating or dip coating. Thereafter, the base is heated to about 50 to 150 ° C. or exposed to the vapor of a dehydration condensation accelerator such as hydrochloric acid or ammonia, thereby chemically bonding the lower layer and the first organic molecule, and extra material. Is removed by washing with a solvent, whereby the first monomolecular film 42 is formed on the lower layer. This method has an advantage that it is economical because the material for forming the first monomolecular film 42 may be small. Further, since the heating is performed, the reaction proceeds rapidly, and the formation time can be shortened.

ラングミュアブロジェット法の場合、例えば、両親媒性とした上記同様の第一の有機分子を、水面上に展開し、単分子膜と予想される表面圧まで凝集させた後、被結晶促進層表面に該膜を移し取ることにより、第一の単分子膜42を形成することができる。
また、ラングミュアブロジェット法により単分子膜形成を行った後に、熱、光又は化学刺激を与えることによって、ラングミュアブロジェット膜の端部と、下層表面、第一の単分子膜42表面、又は第二の単分子膜44表面とを、結合させてもよい。このようにすることにより、ラングミュアブロジェット膜と、接する層又は膜表面との結合性向上による有機半導体層5形成時の安定性の高さ、並びに、ラングミュアブロジェット膜の周期性の高さを両立することができる。
In the case of the Langmuir Blodgett method, for example, the first organic molecule similar to the above, which is amphiphilic, is developed on the water surface and aggregated to a surface pressure expected to be a monomolecular film, and then the surface of the crystallization promoting layer The first monomolecular film 42 can be formed by transferring the film.
In addition, after forming a monomolecular film by the Langmuir Blodget method, by applying heat, light or chemical stimulation, the end of the Langmuir Blodget film, the lower layer surface, the surface of the first monomolecular film 42, or the second The surface of the second monomolecular film 44 may be bonded. By doing so, the stability at the time of forming the organic semiconductor layer 5 by improving the bonding between the Langmuir blowet film and the layer in contact with the film surface, and the periodicity of the Langmuir blowet film are increased. It can be compatible.

第一の単分子膜42が複数層存在する場合は、第一の単分子膜42を形成する有機分子骨格の両端に第一の化学結合に用いる官能基を結合させた有機分子(第一の有機分子)を用いて、予め1層以上の第一の単分子膜42を形成した後、第一の単分子膜42を形成する有機分子骨格の一端に第一の化学結合に用いる官能基を結合させ、他端に第二の化学結合に用いる官能基を結合させた有機分子(第一の有機分子)を用いて、最表面に、第二の化学結合に用いる官能基が露出された第一の単分子膜42を形成する。   When there are a plurality of layers of the first monomolecular film 42, an organic molecule (first molecule) in which functional groups used for the first chemical bond are bonded to both ends of the organic molecular skeleton forming the first monomolecular film 42. The first monomolecular film 42 having one or more layers is formed in advance using an organic molecule), and then a functional group used for the first chemical bond is formed on one end of the organic molecular skeleton forming the first monomolecular film 42. Using the organic molecule (first organic molecule) to which the functional group used for the second chemical bond is bonded at the other end, the functional group used for the second chemical bond is exposed on the outermost surface. One monomolecular film 42 is formed.

上記のようにして第一の単分子膜42を形成した後、第二の単分子膜44を形成する有機分子骨格の一端に第二の化学結合に用いる官能基を結合させた有機分子(第二の有機分子)を用いて、上記同様に第二の単分子膜44を形成することができる。
また、形成された第二の単分子膜44上に有機半導体層5を形成する方法は特に限定されるものではなく、一般的な溶液浸漬法、気相反応法、スピンコート法・ディップコート法、ラングミュアブロジェット法等の他に、キャスト法、引き上げ法、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、真空蒸着法等の公知の方法を用いることができる。
本発明の有機トランジスタにおいて、基板上に、ゲート電極2、ゲート絶縁層3、ソース電極6、ドレイン電極7を配設する方法は特に限定されるものではなく、公知の方法により行うことができる。
After the formation of the first monomolecular film 42 as described above, an organic molecule (first molecule) in which a functional group used for the second chemical bond is bonded to one end of the organic molecular skeleton forming the second monomolecular film 44. As described above, the second monomolecular film 44 can be formed using the second organic molecule.
Further, the method for forming the organic semiconductor layer 5 on the formed second monomolecular film 44 is not particularly limited, and a general solution immersion method, a gas phase reaction method, a spin coating method, a dip coating method, and the like. In addition to the Langmuir Blodget method and the like, known methods such as a casting method, a pulling method, an ink jet printing method, a screen printing method, a gravure printing method, and a vacuum deposition method can be used.
In the organic transistor of the present invention, the method of disposing the gate electrode 2, the gate insulating layer 3, the source electrode 6, and the drain electrode 7 on the substrate is not particularly limited, and can be performed by a known method.

《表示装置》
本発明の表示装置は、上記本発明の有機トランジスタが、電気的に接続された回路基板と、該回路基板上で、該有機トランジスタと電気的に接続された、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、または電気泳動方式の画素と、該トランジスタに電気信号を送るドライバとを含む表示装置である。本発明の有機トランジスタを用いること以外は、従来の表示装置と同様の構成とすることができ、回路基板、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、電気泳動方式の画素、ドライバは特に限定されるものではなく、公知慣用のものを用いることができる。
<Display device>
The display device of the present invention includes a circuit board in which the organic transistor of the present invention is electrically connected, and a liquid crystal, organic electroluminescence, or electricity electrically connected to the organic transistor on the circuit board. The display device includes an electrophoretic pixel and a driver that sends an electric signal to the transistor. Except for using the organic transistor of the present invention, it can be the same configuration as the conventional display device, circuit board, liquid crystal, organic electroluminescence, electrophoresis pixel, driver is not particularly limited, A well-known and usual thing can be used.

《有機トランジスタの製造方法》
本発明の有機トランジスタの製造方法は、上記本発明の有機トランジスタを製造する製造方法である。
上記図1(a)に示されるようなボトムゲート型且つトップコンタクト型の有機トランジスタを製造する場合であれば、本発明の有機トランジスタの製造方法は、基板上に、ゲート電極及びゲート絶縁層を形成する第一の工程と、前記ゲート絶縁層表面に、結晶促進層を形成する第二の工程と、前記結晶促進層表面に有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を形成する第三の工程とからなり、前記第二の工程の結晶促進層を形成する工程は、前記ゲート絶縁層の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含む。
<< Method for Manufacturing Organic Transistor >>
The manufacturing method of the organic transistor of the present invention is a manufacturing method of manufacturing the organic transistor of the present invention.
If a bottom gate type and top contact type organic transistor as shown in FIG. 1A is manufactured, the organic transistor manufacturing method of the present invention includes a gate electrode and a gate insulating layer on a substrate. A first step of forming, a second step of forming a crystal promotion layer on the surface of the gate insulating layer, and a third step of forming an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode on the surface of the crystal promotion layer, The step of forming the crystal promotion layer in the second step includes the step of forming at least one first monomolecular film in contact with the surface of the gate insulating layer, and the step of forming the first monolayer. Forming a second monomolecular film in contact with the surface of the molecular film.

上記方法における基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、結晶促進層、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極は前記同様である。
第一の工程において基板上にゲート電極及びゲート絶縁層を形成する方法は特に限定されるものではないが、具体的には例えば、マスクを介したスパッタリングによりゲート電極を形成した後、ゲート絶縁層材料をその上からスパッタリングすることにより、ゲート絶縁層を形成することができる。
第二の工程における結晶促進層を形成する方法は、上記同様である。
第三の工程における有機半導体層を形成する方法は上記同様である。
また、第三の工程におけるソース電極及びドレイン電極を形成する方法は特に限定されるものではないが、具体的には例えば、有機半導体層上に、マスクを介した真空蒸着により、ソース・ドレイン電極を形成することができる。
The substrate, gate electrode, gate insulating layer, crystal promotion layer, organic semiconductor layer, source electrode, and drain electrode in the above method are the same as described above.
The method for forming the gate electrode and the gate insulating layer on the substrate in the first step is not particularly limited. Specifically, for example, after forming the gate electrode by sputtering through a mask, the gate insulating layer is formed. A gate insulating layer can be formed by sputtering material from above.
The method for forming the crystal promotion layer in the second step is the same as described above.
The method for forming the organic semiconductor layer in the third step is the same as described above.
The method for forming the source electrode and the drain electrode in the third step is not particularly limited. Specifically, for example, the source / drain electrodes are formed on the organic semiconductor layer by vacuum deposition through a mask. Can be formed.

さらに、上記図1(b)に示されるようなボトムゲート型且つボトムコンタクト型の有機トランジスタを製造する場合であれば、本発明の有機トランジスタの製造方法は、基板上に、ゲート電極及びゲート絶縁層を形成する第一の工程と、前記ゲート絶縁層表面に、ソース電極及びドレイン電極を形成する第二の工程と、少なくとも前記ゲート絶縁層表面に、もしくは、前記ゲート絶縁層表面、前記ソース電極及び前記ドレイン電極表面に、結晶促進層を形成した後、さらに有機半導体層を形成する第三の工程とからなり、前記第三の工程の結晶促進層を形成する工程は、前記ゲート絶縁層の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含む。   Further, in the case of manufacturing a bottom gate type and bottom contact type organic transistor as shown in FIG. 1B, the organic transistor manufacturing method of the present invention includes a gate electrode and a gate insulation on a substrate. A first step of forming a layer, a second step of forming a source electrode and a drain electrode on the surface of the gate insulating layer, and at least the surface of the gate insulating layer, or the surface of the gate insulating layer, the source electrode And a third step of further forming an organic semiconductor layer after forming the crystal promotion layer on the drain electrode surface, and the step of forming the crystal promotion layer of the third step includes the step of forming the gate insulating layer. Forming at least one first monomolecular film in contact with the surface; and forming the second monomolecular film in contact with the surface of the first monomolecular film. Including the.

上記方法における基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、結晶促進層、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極は前記同様である。
第一の工程において基板上にゲート電極及びゲート絶縁層を形成する方法は特に限定されるものではないが、具体的には例えば、マスクを介したスパッタリングによりゲート電極を形成した後、ゲート絶縁層材料をその上からスパッタリングすることによりゲート絶縁層を形成することができる。
第二の工程においてソース電極及びドレイン電極を形成する方法は特に限定されるものではないが、具体的には例えば、有機半導体層上に、マスクを介した真空蒸着やリソグラフィーにより、ソース・ドレイン電極を形成することができる。
第三の工程における結晶促進層を形成する方法、有機半導体層を形成する方法は上記同様である。なお、ゲート絶縁層上のみならず、ソース・ドレイン電極上にも結晶促進層を形成することにより、ソース・ドレイン電極表面上での結晶グレインサイズも大きくなり、ソース・ドレイン電極から、結晶促進層の上層である有機半導体層へのキャリア輸送が効率的に行われ、接触抵抗が低下するため、好ましい。
The substrate, gate electrode, gate insulating layer, crystal promotion layer, organic semiconductor layer, source electrode, and drain electrode in the above method are the same as described above.
The method for forming the gate electrode and the gate insulating layer on the substrate in the first step is not particularly limited. Specifically, for example, after forming the gate electrode by sputtering through a mask, the gate insulating layer is formed. A gate insulating layer can be formed by sputtering a material from above.
The method for forming the source electrode and the drain electrode in the second step is not particularly limited. Specifically, for example, the source / drain electrodes are formed on the organic semiconductor layer by vacuum deposition or lithography through a mask. Can be formed.
The method for forming the crystal promotion layer and the method for forming the organic semiconductor layer in the third step are the same as described above. In addition, by forming the crystal promotion layer not only on the gate insulating layer but also on the source / drain electrode, the crystal grain size on the surface of the source / drain electrode also increases, and the crystal acceleration layer extends from the source / drain electrode. It is preferable because carrier transport to the organic semiconductor layer, which is an upper layer, is efficiently performed and contact resistance is reduced.

さらに、上記図1(c)に示されるようなトップゲート型且つトップコンタクト型の有機トランジスタを製造する場合であれば、本発明の有機トランジスタの製造方法は、基板上に結晶促進層を形成する第一の工程と、前記結晶促進層表面に、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を順に形成する第二の工程と、少なくとも前記有機半導体層表面に、ゲート絶縁層及びゲート電極を形成する第三の工程とからなり、前記第一の工程の結晶促進層を形成する工程は、前記基板の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含む。   Furthermore, in the case of manufacturing a top gate type and top contact type organic transistor as shown in FIG. 1 (c), the organic transistor manufacturing method of the present invention forms a crystal promotion layer on a substrate. A first step, a second step of sequentially forming an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode on the surface of the crystal promotion layer; and a first step of forming a gate insulating layer and a gate electrode on at least the surface of the organic semiconductor layer. And the step of forming the crystal promotion layer of the first step includes the step of forming at least one first monomolecular film in contact with the surface of the substrate, and the first step Forming the second monomolecular film in contact with the surface of the monomolecular film.

上記方法における基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、結晶促進層、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極は前記同様である。
第一の工程において基板上に結晶促進層を形成する方法は上記同様である。
第二の工程において有機半導体層を形成する方法は上記同様である。また、第二の工程においてソース電極及びドレイン電極を形成する方法は特に限定されるものではないが、具体的には例えば、有機半導体層上に、マスクを介した真空蒸着やリソグラフィーにより、ソース・ドレイン電極を形成することができる。
第三の工程においてゲート電極及びゲート絶縁層を形成する方法は特に限定されるものではないが、具体的には例えば、マスクを介したスパッタリングによりゲート電極を形成した後、ゲート絶縁層材料をその上からスパッタリングすることによりゲート絶縁層を形成することができる。
The substrate, gate electrode, gate insulating layer, crystal promotion layer, organic semiconductor layer, source electrode, and drain electrode in the above method are the same as described above.
The method for forming the crystal promotion layer on the substrate in the first step is the same as described above.
The method for forming the organic semiconductor layer in the second step is the same as described above. In addition, the method for forming the source electrode and the drain electrode in the second step is not particularly limited. Specifically, for example, the source / drain electrode may be formed on the organic semiconductor layer by vacuum deposition or lithography via a mask. A drain electrode can be formed.
The method of forming the gate electrode and the gate insulating layer in the third step is not particularly limited. Specifically, for example, after forming the gate electrode by sputtering through a mask, the gate insulating layer material A gate insulating layer can be formed by sputtering from above.

また、上記図1(d)に示されるようなトップゲート型且つボトムコンタクト型の有機トランジスタを製造する場合であれば、本発明の有機トランジスタの製造方法は、基板上に結晶促進層を形成する第一の工程と、前記結晶促進層表面に、ソース電極及びドレイン電極、有機半導体層を順に形成する第二の工程と、前記有機半導体層表面に、ゲート絶縁層及びゲート電極を形成する第三の工程とからなり、前記第一の工程の結晶促進層を形成する工程は、前記基板の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含む。また、基板上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する第一の工程と、少なくとも前記基板表面に、もしくは、前記基板表面、前記ソース電極及び前記ドレイン電極表面に、結晶促進層を形成した後、さらに有機半導体層を形成する第二の工程と、前記有機半導体層表面に、ゲート絶縁層及びゲート電極を形成する第三の工程とからなり、前記第二の工程の結晶促進層を形成する工程は、少なくとも前記基板表面に、もしくは、前記基板表面、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とからも作製することができる。   In the case of manufacturing a top gate type and bottom contact type organic transistor as shown in FIG. 1 (d), the organic transistor manufacturing method of the present invention forms a crystal promotion layer on a substrate. A first step, a second step of sequentially forming a source electrode and a drain electrode and an organic semiconductor layer on the surface of the crystal promotion layer, and a third step of forming a gate insulating layer and a gate electrode on the surface of the organic semiconductor layer. And the step of forming the crystal promotion layer of the first step is in contact with the surface of the substrate and forming at least one first monomolecular film, and the first step Forming a second monomolecular film in contact with the surface of the monomolecular film. Further, after forming a crystal promotion layer on the substrate, the first step of forming the source electrode and the drain electrode and at least the substrate surface, or the substrate surface, the source electrode and the drain electrode surface, Further, a step of forming the organic semiconductor layer and a third step of forming a gate insulating layer and a gate electrode on the surface of the organic semiconductor layer, and forming the crystal promotion layer of the second step Forming at least one layer of the first monomolecular film at least on the surface of the substrate or in contact with the surface of the substrate, the source electrode and the drain electrode, and the first monomolecule It can also be produced from the step of forming the second monomolecular film in contact with the surface of the film.

上記方法における基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、結晶促進層、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極は前記同様である。
有機半導体層上または基板上にソース電極及びドレイン電極を形成する方法は上記同様である。
結晶促進層を形成する方法、有機半導体層を形成する方法は上記同様である。なお、基板上のみならず、ソース・ドレイン電極上にも結晶促進層を形成することにより、ソース・ドレイン電極表面上での結晶グレインサイズも大きくなり、ソース・ドレイン電極から、結晶促進層の上層である有機半導体層へのキャリア輸送が効率的に行われ、接触抵抗が低下するため、好ましい。
第三の工程においてゲート電極及びゲート絶縁層を形成する方法は上記同様である。
The substrate, gate electrode, gate insulating layer, crystal promotion layer, organic semiconductor layer, source electrode, and drain electrode in the above method are the same as described above.
The method for forming the source electrode and the drain electrode on the organic semiconductor layer or the substrate is the same as described above.
The method for forming the crystal promotion layer and the method for forming the organic semiconductor layer are the same as described above. In addition, by forming the crystal promotion layer not only on the substrate but also on the source / drain electrode, the crystal grain size on the surface of the source / drain electrode also increases, and from the source / drain electrode to the upper layer of the crystal promotion layer. It is preferable because carrier transport to the organic semiconductor layer is efficiently performed and contact resistance is reduced.
The method for forming the gate electrode and the gate insulating layer in the third step is the same as described above.

以下、本発明の実施の態様について、具体例を用いて説明するが、本発明は以下の態様に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using specific examples, but the present invention is not limited to the following embodiments.

[第一の態様・有機トランジスタ]
第一の態様は、ボトムゲート型、且つ、トップコンタクト型の有機トランジスタである。
以下に、第一の態様の有機トランジスタの具体例を、図5の模式図を用いて説明する。
図5(a)に示す第一の態様の有機トランジスタは、ガラス基板1(20mm×20mm)と、アルミニウムからなるゲート電極2と、二酸化シリコンからなるゲート絶縁層3と、結晶促進層4と、フラーレンからなる有機半導体層5と、フッ化リチウム層の上に積層されたアルミニウムからなるソース電極6とドレイン電極7とから構成される。第一の態様の結晶促進層4は、図5(b)に示すように、ゲート絶縁層3上に、第一の化学結合41を介して1層積層された第一の単分子膜42と、第二の化学結合43を介して積層された第二の単分子膜44とからなる。
第一の態様の結晶促進層4において、第一の化学結合41はシロキサン結合であり、第一の単分子膜42の有機分子骨格はウンデカンであり、第二の化学結合43はアミン結合であり、第二の単分子膜44の有機分子骨格はフラーレンである。
[First embodiment / Organic transistor]
The first embodiment is a bottom gate type and top contact type organic transistor.
Below, the specific example of the organic transistor of a 1st aspect is demonstrated using the schematic diagram of FIG.
The organic transistor of the first aspect shown in FIG. 5A includes a glass substrate 1 (20 mm × 20 mm), a gate electrode 2 made of aluminum, a gate insulating layer 3 made of silicon dioxide, a crystal promotion layer 4, The organic semiconductor layer 5 is made of fullerene, and the source electrode 6 and the drain electrode 7 are made of aluminum and stacked on the lithium fluoride layer. As shown in FIG. 5B, the crystal promotion layer 4 of the first aspect includes a first monomolecular film 42 laminated on the gate insulating layer 3 via a first chemical bond 41, and , And a second monomolecular film 44 stacked via the second chemical bond 43.
In the crystal promotion layer 4 of the first embodiment, the first chemical bond 41 is a siloxane bond, the organic molecular skeleton of the first monomolecular film 42 is undecane, and the second chemical bond 43 is an amine bond. The organic molecular skeleton of the second monomolecular film 44 is fullerene.

第一の態様では、第二の単分子膜44と有機半導体層5との有機分子骨格が同一のフラーレンであるため、結晶促進層4と、有機半導体層5との表面エネルギーを等しくすることができる。表面エネルギーが等しいことにより、半導体材料がよく濡れるため、有機半導体層を構成するフラーレンの結晶が層状に成長し、有機半導体層5の結晶グレインを大きくすることができる。
また、第一の態様では、第一の単分子膜42の骨格が直鎖アルカンであり、第二の単分子膜44の骨格が芳香族分子であるフラーレンであることにより、第二の単分子膜44内の分子同士が自由な配置を取ることができ、芳香族のπ電子によるπ−π相互作用の凝集力により、第二の単分子膜44内に周期構造が形成される。
In the first aspect, since the organic molecular skeletons of the second monomolecular film 44 and the organic semiconductor layer 5 are the same fullerene, the surface energy of the crystal promotion layer 4 and the organic semiconductor layer 5 can be made equal. it can. When the surface energy is equal, the semiconductor material is well wetted, so that the fullerene crystals constituting the organic semiconductor layer grow in layers, and the crystal grains of the organic semiconductor layer 5 can be increased.
In the first embodiment, the skeleton of the first monomolecular film 42 is a linear alkane and the skeleton of the second monomolecular film 44 is a fullerene that is an aromatic molecule. The molecules in the film 44 can be freely arranged, and a periodic structure is formed in the second monomolecular film 44 by the cohesive force of the π-π interaction by the aromatic π electrons.

さらに、図5(c)は、第二の単分子膜44のフラーレンの垂直位置中央部にて基板と並行方向に結晶促進層を切断した場合を想定した概略断面図であり、図5(d)は非特許文献6に記載のフラーレンが単結晶状態で配列した際の模式図である。図5(c)に示されるように、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格群(直鎖アルカン)の上に、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群(フラーレン)が配されることにより、図5(d)に示すようなフラーレンの単結晶状態と同様の重心間距離をもった配列をとる。この結果、第二の単分子膜44のフラーレンの上に塗布した有機半導体層5のフラーレンは、第二の単分子膜44の結晶格子に従って配列し、結晶グレインの大きい有機半導体層が得られる。
第一の態様の有機トランジスタは、例えば、以下のようにして製造することができる。
Further, FIG. 5C is a schematic cross-sectional view assuming a case where the crystal promotion layer is cut in a direction parallel to the substrate at the center of the second monomolecular film 44 at the vertical position of the fullerene, and FIG. ) Is a schematic diagram when fullerenes described in Non-Patent Document 6 are arranged in a single crystal state. As shown in FIG. 5C, the organic molecular skeleton group (fullerene) constituting the second monomolecular film 44 on the organic molecular skeleton group (straight chain alkane) constituting the first monomolecular film 42. ) Is arranged, the arrangement has the same distance between the centers of gravity as in the single crystal state of fullerene as shown in FIG. As a result, the fullerene of the organic semiconductor layer 5 applied on the fullerene of the second monomolecular film 44 is arranged according to the crystal lattice of the second monomolecular film 44, and an organic semiconductor layer having a large crystal grain is obtained.
The organic transistor of the first aspect can be manufactured as follows, for example.

1.基板上にゲート電極、ゲート絶縁層の形成
ガラス基板(例えば基板サイズ20mm×20mm)を準備する。該基板上に、アルミニウムを、メタルマスクを介して60nm程度スパッタリングすることにより、ゲート電極を形成する。さらに、ゲート絶縁層として、二酸化シリコンをスパッタリングにより基板全面に200nm程度形成する。
1. Formation of gate electrode and gate insulating layer on substrate A glass substrate (for example, a substrate size of 20 mm × 20 mm) is prepared. A gate electrode is formed on the substrate by sputtering aluminum with a thickness of about 60 nm through a metal mask. Further, as a gate insulating layer, silicon dioxide is formed on the entire surface of the substrate by sputtering to a thickness of about 200 nm.

2.第一の単分子膜の形成
11−アジドウンデシルトリメトキシシラン(AzUDTMS)の2mMのトリクロロエチレン溶液を調製し、その溶液を、1.の基板上にスピンコートする。その後、塩酸蒸気に曝した後に、基板を超音波洗浄することで、該分子の単分子膜を形成する。得られた単分子膜の膜厚をX線反射率測定(GIXR)から求め、AzUDTMSの分子長(1.7nm)と近い値を示す場合には、単分子膜が得られていることが確認できる。
2. Formation of first monolayer A solution of 11-azidoundecyltrimethoxysilane (AzUDTMS) in 2 mM trichlorethylene is prepared. Spin coat on the substrate. Then, after exposing to hydrochloric acid vapor, the substrate is ultrasonically cleaned to form a monomolecular film of the molecule. When the film thickness of the obtained monomolecular film is obtained from X-ray reflectivity measurement (GIXR) and shows a value close to the molecular length (1.7 nm) of AzUDTMS, it is confirmed that the monomolecular film is obtained. it can.

3.第二の単分子膜の形成
フラーレン(C60)の1mMのトルエン溶液を調製し、その溶液に、2.の基板を浸漬させ、窒素雰囲気下で100℃、3日間撹拌する。反応終了後、トルエン中で基板を超音波洗浄し、過剰に付着したフラーレンを除去する。上記の処理により、C60からなる第二の単分子膜を形成する。GIXRから膜厚を求め、C60の分子サイズ(1.10nm)と近い値の増加を示す場合には、単分子のフラーレン膜が得られていることが確認できる。また、X線回折法(XRD in−plane)から面内方向の分子間距離を求め、C60の単結晶の分子間距離(1.1nmと1.4nm)と一致又は近似した値を示す場合には、有機半導体層であるフラーレンの結晶促進に好適な周期構造が得られていることが確認できる。
3. Formation of second monomolecular film A 1 mM toluene solution of fullerene (C60) was prepared, and 2. Are immersed and stirred at 100 ° C. for 3 days in a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the substrate is ultrasonically cleaned in toluene to remove the excessively attached fullerene. By the above processing, a second monomolecular film made of C60 is formed. When the film thickness is obtained from GIXR and shows an increase in a value close to the molecular size of C60 (1.10 nm), it can be confirmed that a monomolecular fullerene film is obtained. In addition, when the intermolecular distance in the in-plane direction is obtained from the X-ray diffraction method (XRD in-plane), and shows a value that matches or approximates the intermolecular distance (1.1 nm and 1.4 nm) of C60 single crystal. It can be confirmed that a periodic structure suitable for crystallization promotion of fullerene which is an organic semiconductor layer is obtained.

4.有機半導体層の形成
有機半導体層としてC60のジクロロベンゼン溶液(1wt%)を調製し、3の基板上に0.1mlドロップキャストし、室温で1晩放置し、溶媒が蒸発するのを待つ。得られた有機半導体層の結晶グレインのサイズについては、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡(SEM)から評価することができる。
5.ソース・ドレイン電極の形成
上記の有機半導体層の上にフッ化リチウム(1nm)とアルミニウム(60nm)を順にメタルマスクを介して真空蒸着し、ソース・ドレイン電極を形成する。チャネル長およびチャネル幅は50mと100μmとすることが好ましい。
4). Formation of Organic Semiconductor Layer A dichlorobenzene solution (1 wt%) of C60 is prepared as an organic semiconductor layer, 0.1 ml drop-cast on 3 substrates, left overnight at room temperature, and waits for the solvent to evaporate. About the size of the crystal grain of the obtained organic-semiconductor layer, it can evaluate from an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM).
5. Formation of Source / Drain Electrode On the organic semiconductor layer, lithium fluoride (1 nm) and aluminum (60 nm) are sequentially vacuum-deposited through a metal mask to form a source / drain electrode. The channel length and channel width are preferably 50 m and 100 μm.

上記の様にして得られる第一の態様の有機トランジスタ(n型)は、結晶促進層4を備えることで、有機半導体層5の結晶グレインサイズが大きくなり、その結果、良好なトランジスタ特性(例えば、移動度)を示すことができる。移動度は公知の方法により測定することができる。   The organic transistor (n-type) according to the first aspect obtained as described above includes the crystal promotion layer 4 to increase the crystal grain size of the organic semiconductor layer 5, and as a result, excellent transistor characteristics (for example, , Mobility). The mobility can be measured by a known method.

また、上記の様にして得られた結晶促進層4において、第一の単分子膜42又は第二の単分子膜44が形成されたことは、以下の手法から判断する事ができる。
1.膜厚測定
X線反射率測定を行うことで、有機膜の膜厚を測定する。その膜厚が、第一の単分子膜および第二の単分子膜を形成するための分子の長軸方向の分子長と同程度であれば、分子の長軸が基板に対し垂直方向に配向していることが分かる。また、X線反射率測定法による膜厚測定の他に、分光エリプソメーターからも膜厚を評価することも可能である。
Moreover, it can be judged from the following method that the first monomolecular film 42 or the second monomolecular film 44 is formed in the crystal promotion layer 4 obtained as described above.
1. Film thickness measurement The film thickness of an organic film is measured by measuring X-ray reflectivity. If the film thickness is about the same as the molecular length in the major axis direction of the molecule for forming the first monomolecular film and the second monomolecular film, the major axis of the molecule is oriented in the direction perpendicular to the substrate. You can see that In addition to measuring the film thickness by the X-ray reflectivity measurement method, the film thickness can also be evaluated from a spectroscopic ellipsometer.

2.FT−IR測定
膜が形成された基板に対し、斜め方向(例えば基板面に対して5°)から光を入射し、反射吸収スペクトルを測定することで、基板表面上の分子の同定や配向性を評価することができる。この手法は、多くの単分子膜に適用可能であるが、長鎖脂肪族炭化水素基を有する分子を用いて単分子膜を形成した場合には、分子の同定と配向性の評価とを同時に行うことができるため好ましい。長鎖脂肪族炭化水素基を有する単分子膜の具体例としては、前記第一の態様及び後述する第三の態様の第一の単分子膜AzUDTMSや、後述する第二の態様の第一の単分子膜AzUDPや、後述する第四の態様のAmUDCが挙げられる。観測されるピークは、AzUDTMSやAzUDPでは、2919cm−1、2850cm−1に脂肪族炭化水素鎖(アルキレン鎖)のCH伸縮に起因するピークと、2096cm−1にアジド基に起因するピークが観測される。また、AmUDCでは、2919cm−1、2850cm−1に脂肪族炭化水素鎖のCH伸縮に起因するピークと、3400cm−1付近にアミノ基に起因するピークが観測される。
また、脂肪族炭化水素鎖のCH伸縮に起因するピーク位置から配向性を評価することができる。具体的には、脂肪族炭化水素鎖が高密度にパックし配向した場合には、2919cm−1、2850cm−1にピークが観測される。一方で脂肪族炭化水素鎖がランダムに配向している溶液中のような状態の場合には、2924cm−1および2854cm−1にピークが観測され、配向が乱れるにつれてピークが高波数側にシフトすることが知られている(例えば、非特許文献9:Journal of The American Chemistry 130 (2008) 10556 Leeら)。つまり、得られたスペクトルのピーク位置から単分子膜中の分子の配向状態を評価することができる。
尚、上記の評価方法は反射吸収法と呼ばれ、基板表面に金属のような赤外光を反射する層を備えているときに、好適である。その一方で、ガラスや低濃度ドープされたシリコン基板のように、赤外光の一部を透過する基板を用いる場合には、透過吸収法が好適である。その他にも、GeやZnSeなどのプリズム上に、膜を形成した基板を押し当て、減衰全反射(ATR)法により吸収スペクトルを評価してもよい。
2. FT-IR measurement The light is incident on the substrate on which the film is formed from an oblique direction (for example, 5 ° with respect to the substrate surface), and the reflection absorption spectrum is measured. Can be evaluated. This method can be applied to many monomolecular films, but when a monomolecular film is formed using molecules having a long-chain aliphatic hydrocarbon group, molecular identification and orientation evaluation are performed simultaneously. Since it can be performed, it is preferable. Specific examples of the monomolecular film having a long-chain aliphatic hydrocarbon group include the first monomolecular film AzUDTMS of the first aspect and the third aspect described later, and the first of the second aspect described later. Monomolecular film AzUDP and AmUDC of the 4th aspect mentioned later are mentioned. Peaks observed, AzUDTMS in and AzUDP, 2919cm -1, a peak attributed to CH 2 stretching of aliphatic hydrocarbon chains in 2850 cm -1 (alkylene chain), observed peaks due to azide group to 2096cm -1 Is done. Further, the AmUDC, 2919cm -1, a peak attributed to CH 2 stretching of aliphatic hydrocarbon chains in 2850 cm -1, a peak attributable to the amino group near 3400 cm -1 is observed.
Further, the orientation can be evaluated from the peak position resulting from CH 2 stretching of the aliphatic hydrocarbon chain. Specifically, aliphatic hydrocarbon chains when densely packed orientation, 2919Cm -1, peak 2850 cm -1 is observed. On the other hand, in a state like that in a solution in which aliphatic hydrocarbon chains are randomly oriented, peaks are observed at 2924 cm −1 and 2854 cm −1, and the peak shifts to the higher wavenumber side as the orientation is disturbed. (For example, Non-Patent Document 9: Journal of The American Chemistry 130 (2008) 10556 Lee et al.). That is, the orientation state of molecules in the monomolecular film can be evaluated from the peak position of the obtained spectrum.
The above evaluation method is called a reflection absorption method, and is suitable when the substrate surface is provided with a layer that reflects infrared light such as metal. On the other hand, the transmission absorption method is suitable when using a substrate that transmits a part of infrared light, such as glass or a lightly doped silicon substrate. In addition, the absorption spectrum may be evaluated by an attenuated total reflection (ATR) method by pressing a substrate on which a film is formed on a prism such as Ge or ZnSe.

3.UV−visスペクトル
膜が形成された基板に対し、垂直方向や斜め方向(例えば45°)に光を入射し、透過吸収スペクトルを測定し、基板表面上の分子の同定や配向性及び結晶状態を評価することができる。この手法は、前記第一の態様及び後述する第三の態様の第二の単分子膜C60や、後述する第二の態様の第二の単分子膜EtPen、後述する第四の態様の第二の単分子膜T3−Aldのような紫外−可視光の波長領域で強い吸収を示す分子に対して好適である。上記のFT−IRに比べ、空気の吸収を考慮せず、大気雰囲気下で測定ができるため、測定が簡便である。単分子膜が形成されたことは、形成した分子の溶液中で測定し、吸収スペクトルと比較することで、材料の同定が可能である。
また、基板に対して斜め方向から偏光を入射することで、膜中分子の配向状態やパッキング(結晶状態)を評価することができる。詳しく説明すると、分子の吸収は、分子が有する遷移双極子モーメントの向きに依存して起こる。基板上で分子が配列した場合には、遷移双極子モーメントも配列しているため、吸収に異方性を生じる。つまり、適切な方向から適切な偏光を入射することで、特定の遷移双極子モーメントを吸収させることができるため、配向性の評価が可能になる。一方で、結晶状態の評価方法について説明する。複数の遷移双極子モーメントが接近し会合すると、双極子―双極子相互作用を起こし、吸収波長ピークがシフトすることが知られている(例えば非特許文献10:Thin Solid Films 160 (1988) 87 Nakaokaら)。また、シフトする量は、分子間の距離に依存し、シフトする方向は、分子の相対的な位置関係により決まる。つまり、ランダムな状態と単分子膜の吸収波長位置を比較することで、膜中の分子の位置関係が分かるため、格子定数を概算することができる。
具体例として、UV−visスペクトルから後述する第四の態様のT3−Aldの配向性及び結晶状態を評価する例を示す。T3−Aldは分子の長軸方向に約400nmで吸収する遷移双極子モーメントを有している。そのため、T3−Aldが後述する第四の態様の工程図3)で示すように基板に対して垂直配向した場合には、垂直方向からの入射光に対しては、励起されないため非常に弱い吸収を示す。一方で、基板に対して斜め45°でp偏光を入射した場合には、基板に対して垂直方向に配列した遷移双極子モーメントが励起されるため吸収が観測される。更に、その吸収ピーク位置は、分子間の相互作用により400nmよりも短波長にシフトした330nm付近で観測される。このような評価結果から、分子は基板に対して垂直方向に配列し、分子間距離つまりT3−Aldの重心間距離が、溶液中のようなランダムな状態に比べて短く(分子間距離は2nm以下)、T3−Aldの単結晶の状態に近いと判断することができる。
次に、第一の化学結合及び第二の化学結合の形成を確認する手法を示す。上記の化学結合の形成は、XPS、FT−IR、固体NMRを評価し、形成された化学結合の構造を同定することから判断できる。具体的には、化学結合が形成される前の基板の評価結果と、化学結合が形成後の基板の評価結果を比較し、化学結合形成後に、結合の構造が形成されていることを確認する。
具体例として、前記第一の態様及び後述する第三の態様の第二の化学結合(アミン結合)が形成されたことを確認する手法を示す。まず、第二の化学結合が形成される前に、第一の単分子膜のXPS測定を行うと400eVと404eVに面積比(1:2)の強度で、末端のアジド基に由来するN 1sのピークが観測される。次に、第二の化学結合形成後に測定すると、404eVのピーク強度が減少し、アミン結合のN 1sのピーク位置は400eVに出現するため、400eVの強度が増加する。このようなピーク強度の変化から、アミン結合の形成を確認することが出来る。同様に、FT−IRからも判断することができる。アミン結合形成前の基板にはアジド基に由来する2096cm−1に観測されるが、アミン結合形成後はアミン結合に由来する1250cm−1のピークが出現する。アミン結合のピークの出現と、ピーク強度の比較からも、第二の化学結合の形成を確認することができる。また、本実施例で示す第一の単分子膜と第二の単分子膜を構成する有機分子骨格の重心間距離は異なるため、上記図5(b)および(c)に示すように第一の単分子膜を構成する有機分子骨格に対し、第二の単分子膜を構成する有機分子骨格は1:1で結合されていない。そのため、第二の単分子膜を形成後、上記測定を行うと、第一の単分子膜上の未反応の官能基(アジド基)と、第二の化学結合(アミン結合)に由来するピークの両方が検出される。この両ピークの検出から、本発明の結晶促進層が第一の単分子膜と第二の単分子膜からなる複数の単分子膜から構成され、第一の単分子膜および第二の単分子膜を構成する有機分子骨格の重心間距離が異なっていることを確かめることができる。
また、結晶促進層以外の有機トランジスタを構成する層(例えば有機半導体層)が形成された後に、基板上に本発明の結晶促進層が形成されていることを確かめるためには、有機溶媒中での洗浄もしくは真空加熱条件下に曝すことにより、結晶促進層上に形成された層を除去・剥離した上で、結晶促進層の解析を行うことが好ましい。
3. UV-vis spectrum With respect to the substrate on which the film is formed, light is incident in a vertical direction or an oblique direction (for example, 45 °), a transmission absorption spectrum is measured, and molecular identification, orientation and crystal state on the substrate surface are measured. Can be evaluated. This method includes the second monomolecular film C60 of the first embodiment and the third embodiment described later, the second monomolecular film EtPen of the second embodiment described later, and the second monolayer of the fourth embodiment described later. It is suitable for a molecule that exhibits strong absorption in the wavelength region of ultraviolet-visible light, such as the monomolecular film T3-Ald. Compared to the above FT-IR, the measurement can be performed in an air atmosphere without considering the absorption of air, so that the measurement is simple. The formation of the monomolecular film is measured in a solution of the formed molecule and compared with an absorption spectrum, whereby the material can be identified.
In addition, when polarized light is incident on the substrate from an oblique direction, the orientation state and packing (crystal state) of molecules in the film can be evaluated. More specifically, the absorption of molecules occurs depending on the direction of the transition dipole moment that the molecules have. When molecules are arranged on the substrate, the transition dipole moment is also arranged, so that anisotropy occurs in absorption. In other words, by entering appropriate polarized light from an appropriate direction, a specific transition dipole moment can be absorbed, and thus the orientation can be evaluated. On the other hand, the crystal state evaluation method will be described. It is known that when a plurality of transition dipole moments approach and meet, a dipole-dipole interaction occurs and the absorption wavelength peak shifts (for example, Non-Patent Document 10: Thin Solid Films 160 (1988) 87 Nakaoka. Et.) The amount of shift depends on the distance between molecules, and the shift direction is determined by the relative positional relationship of the molecules. That is, by comparing the random wavelength and the absorption wavelength position of the monomolecular film, the positional relationship of the molecules in the film can be understood, so the lattice constant can be estimated.
As a specific example, an example in which the orientation and crystal state of T3-Ald of the fourth aspect described later is evaluated from the UV-vis spectrum will be shown. T3-Ald has a transition dipole moment that absorbs at about 400 nm in the long axis direction of the molecule. Therefore, when T3-Ald is vertically oriented with respect to the substrate as shown in a process diagram 3) of the fourth mode described later, incident light from the vertical direction is not excited and is very weakly absorbed. Indicates. On the other hand, when p-polarized light is incident on the substrate at an angle of 45 °, absorption is observed because the transition dipole moment arranged in the direction perpendicular to the substrate is excited. Further, the absorption peak position is observed in the vicinity of 330 nm shifted to a wavelength shorter than 400 nm due to the interaction between molecules. From such an evaluation result, the molecules are arranged in a direction perpendicular to the substrate, and the intermolecular distance, that is, the distance between the centers of gravity of T3-Ald is shorter than the random state in the solution (the intermolecular distance is 2 nm Hereinafter, it can be determined that it is close to the single crystal state of T3-Ald.
Next, a method for confirming the formation of the first chemical bond and the second chemical bond will be described. The formation of the chemical bond can be judged by evaluating XPS, FT-IR, and solid-state NMR and identifying the structure of the formed chemical bond. Specifically, the evaluation result of the substrate before the chemical bond is formed is compared with the evaluation result of the substrate after the chemical bond is formed, and it is confirmed that the structure of the bond is formed after the chemical bond is formed. .
As a specific example, a method for confirming the formation of the second chemical bond (amine bond) of the first aspect and the third aspect described later is shown. First, when XPS measurement of the first monomolecular film is performed before the second chemical bond is formed, N 1s derived from the terminal azide group at an intensity ratio of 1: 2 in 400 eV and 404 eV. The peak is observed. Next, when measured after the formation of the second chemical bond, the peak intensity of 404 eV decreases, and the peak position of the amine bond N 1s appears at 400 eV, so the intensity of 400 eV increases. From such a change in peak intensity, the formation of an amine bond can be confirmed. Similarly, it can be determined from FT-IR. Although it is observed at 2096 cm −1 derived from an azide group on the substrate before amine bond formation, a peak at 1250 cm −1 derived from amine bond appears after amine bond formation. The formation of the second chemical bond can also be confirmed from the appearance of the peak of the amine bond and the comparison of the peak intensity. In addition, since the distance between the centers of gravity of the organic molecular skeletons constituting the first monomolecular film and the second monomolecular film shown in this example is different, the first monomolecular film shown in FIGS. 5B and 5C is used. The organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film is not bonded 1: 1 with respect to the organic molecular skeleton constituting the monomolecular film. Therefore, when the above measurement is performed after forming the second monomolecular film, the peak derived from the unreacted functional group (azide group) on the first monomolecular film and the second chemical bond (amine bond) Both are detected. From the detection of both peaks, the crystal promotion layer of the present invention is composed of a plurality of monomolecular films composed of the first monomolecular film and the second monomolecular film, and the first monomolecular film and the second monomolecular film It can be confirmed that the distance between the centers of gravity of the organic molecular skeletons constituting the film is different.
In addition, in order to confirm that the crystal promotion layer of the present invention is formed on the substrate after the layer constituting the organic transistor other than the crystal promotion layer (for example, organic semiconductor layer) is formed, It is preferable to analyze the crystal promotion layer after removing and peeling off the layer formed on the crystal promotion layer by exposing to a cleaning or vacuum heating condition.

[第二の態様・有機トランジスタ]
第二の態様は、ボトムゲート型、且つ、ボトムコンタクト型の有機トランジスタである。ボトムコンタクト型とすることで、ソース電極6及びドレイン電極7の形成に、既存技術であるフォトリソグラフィーを用いることができるため、ソース電極6とドレイン電極7との間隔(チャネル長)を短くすることができる。
以下に、第二の態様の有機トランジスタの具体例を、図6の模式図を用いて説明する。
図6(a)に示す第二の態様の有機トランジスタは、ガラス基板1(20mm×20mm)と、アルミニウムからなるゲート電極2と、酸化アルミニウムからなるゲート絶縁層3と、結晶促進層4と、6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン(Tips−ペンタセン)からなる有機半導体層5と、金からなるソース電極6、ドレイン電極7とから構成される。第二の態様の結晶促進層4は、図6(b)に示すように、ゲート絶縁層3上に、第一の化学結合41を介して1層積層された第一の単分子膜42と、第二の化学結合43を介して積層された第二の単分子膜44とからなる。
第二の態様の結晶促進層4において、第一の化学結合41はリン酸エステル結合であり、第一の単分子膜42の有機分子骨格はウンデカン(C11)であり、第二の化学結合43はトリアゾール環であり、第二の単分子膜44の有機分子骨格はペンタセンである。
さらに、本態様では、ソース・ドレイン電極6,7表面上にも結晶促進層46および47が形成されている。結晶促進層46および47は、第一の化学結合が金―チオール結合である以外は、結晶促進層4と同じ構成である。
[Second embodiment / Organic transistor]
The second aspect is a bottom gate type and bottom contact type organic transistor. By using the bottom contact type, photolithography which is an existing technique can be used for forming the source electrode 6 and the drain electrode 7, so that the distance (channel length) between the source electrode 6 and the drain electrode 7 is shortened. Can do.
Below, the specific example of the organic transistor of a 2nd aspect is demonstrated using the schematic diagram of FIG.
The organic transistor of the second embodiment shown in FIG. 6A includes a glass substrate 1 (20 mm × 20 mm), a gate electrode 2 made of aluminum, a gate insulating layer 3 made of aluminum oxide, a crystal promotion layer 4, The organic semiconductor layer 5 is made of 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene (Tips-pentacene), and the source electrode 6 and the drain electrode 7 are made of gold. As shown in FIG. 6B, the crystal promotion layer 4 of the second embodiment includes a first monomolecular film 42 laminated on the gate insulating layer 3 via the first chemical bond 41, and , And a second monomolecular film 44 stacked via the second chemical bond 43.
In the crystal promotion layer 4 of the second embodiment, the first chemical bond 41 is a phosphate ester bond, the organic molecular skeleton of the first monomolecular film 42 is undecane (C11), and the second chemical bond 43 Is a triazole ring, and the organic molecular skeleton of the second monomolecular film 44 is pentacene.
Further, in this embodiment, crystal promotion layers 46 and 47 are also formed on the surfaces of the source / drain electrodes 6 and 7. The crystal promotion layers 46 and 47 have the same configuration as the crystal promotion layer 4 except that the first chemical bond is a gold-thiol bond.

第二の態様では、第二の単分子膜44と有機半導体層5との有機分子骨格の主鎖骨格が同一のペンタセンであるため、結晶促進層4と、有機半導体層5との表面エネルギーを等しくすることができる。表面エネルギーが等しいことにより、半導体材料がよく濡れるため、半導体材料の結晶が層状に成長し、有機半導体層5の結晶グレインを大きくすることができる。
また、第二の態様では、第一の単分子膜42の骨格が直鎖アルカンであり、第二の単分子膜44の骨格が芳香族分子であるペンタセンであることにより、第二の単分子膜44内の分子同士が自由な配置を取ることができ、芳香族のπ電子によるπ−π相互作用の凝集力により、第二の単分子膜44内に周期構造が形成される。
In the second embodiment, since the main chain skeletons of the organic molecular skeletons of the second monomolecular film 44 and the organic semiconductor layer 5 are the same pentacene, the surface energy of the crystallization promoting layer 4 and the organic semiconductor layer 5 is reduced. Can be equal. Since the surface energy is equal, the semiconductor material is well wetted, so that the crystal of the semiconductor material grows in layers and the crystal grain of the organic semiconductor layer 5 can be increased.
In the second embodiment, the skeleton of the first monomolecular film 42 is a linear alkane, and the skeleton of the second monomolecular film 44 is pentacene, which is an aromatic molecule. The molecules in the film 44 can be freely arranged, and a periodic structure is formed in the second monomolecular film 44 by the cohesive force of the π-π interaction by the aromatic π electrons.

さらに、図6(c)は、Tips−ペンタセンが単結晶状態で配列した際の模式図である。図6(b)で示すように、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格群(直鎖アルカン)の上に、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群(ペンタセン)が配されることにより、図6(C)に示すような有機半導体層であるTips−ペンタセンの単結晶状態と同様の重心間距離を持った配列をとることができる。この結果、第二の単分子膜44のペンタセンの上に塗布した有機半導体層5のTips−ペンタセンは、第二の単分子膜44の結晶格子に従って配列し、結晶グレインの大きい有機半導体層が得られる。
さらに、ソース・ドレイン電極6,7上にも、結晶促進層4が形成されることで、ソース・ドレイン電極6,7表面上での結晶グレインサイズも大きくなるため、ソース・ドレイン電極6,7から有機半導体層5へのキャリア輸送が効率的に行われ、接触抵抗を低下させる効果も生じる。
第二の態様の有機トランジスタは、例えば、以下のようにして製造することができる。
Further, FIG. 6C is a schematic view when Tips-pentacene is arranged in a single crystal state. As shown in FIG. 6B, the organic molecular skeleton group (pentacene) constituting the second monomolecular film 44 on the organic molecular skeleton group (linear alkane) constituting the first monomolecular film 42. As shown in FIG. 6C, an arrangement having a distance between the centers of gravity similar to the single crystal state of Tips-pentacene, which is an organic semiconductor layer, can be obtained. As a result, the Tips-pentacene of the organic semiconductor layer 5 coated on the pentacene of the second monomolecular film 44 is arranged according to the crystal lattice of the second monomolecular film 44, and an organic semiconductor layer having a large crystal grain is obtained. It is done.
Further, since the crystal promotion layer 4 is formed also on the source / drain electrodes 6, 7, the crystal grain size on the surface of the source / drain electrodes 6, 7 is increased. Is efficiently transported to the organic semiconductor layer 5, and the effect of reducing the contact resistance is also produced.
The organic transistor of the second aspect can be manufactured, for example, as follows.

1.基板上にゲート電極、ゲート絶縁層の形成
実施例1と同様の材料および手法にて、基板上にゲート絶縁層までを形成する。
1. Formation of Gate Electrode and Gate Insulating Layer on Substrate Up to the gate insulating layer is formed on the substrate by the same material and method as in Example 1.

2.ソース・ドレイン電極の形成
既存のフォトリソグラフィーを用いて、フォトレジストのパターンを形成した後に、クロムと金を5nmおよび60nmずつ真空蒸着し、リフトオフすることで、チャネル長5μm、チャネル幅1000μmのソース・ドレイン電極を形成する。
2. Formation of Source / Drain Electrodes After forming a photoresist pattern using existing photolithography, chromium and gold are vacuum-deposited by 5 nm and 60 nm respectively, and lift-off is performed. Thus, source / drain electrodes having a channel length of 5 μm and a channel width of 1000 μm are formed. A drain electrode is formed.

3.第一の単分子膜の形成
11−アジドウンデシルホスホン酸(AzUDP)の1mMの無水トルエン溶液を調製し、その溶液に、2.の基板を浸漬し、窒素雰囲気下で24時間放置する。その後、基板をトルエン中で超音波洗浄することで、該分子の単分子膜をゲート絶縁層表面に形成する。
さらに、11−アジドウンデシルチオール(AzUDT)の1mMの無水アセトニトリル溶液を調製し、その溶液に、基板を浸漬し、窒素雰囲気下で24時間放置する。AzUDPのホスホン酸基は選択的にゲート絶縁層上の酸化アルミニウムとホスホン酸結合を形成し、AzUDTのチオール基は選択的にソース、ドレイン電極上の金と金―チオール結合を形成する。
3. Formation of first monomolecular film A 1 mM anhydrous toluene solution of 11-azidoundecylphosphonic acid (AzUDP) was prepared, and 2. The substrate is immersed and left under a nitrogen atmosphere for 24 hours. Thereafter, the substrate is ultrasonically cleaned in toluene to form a monomolecular film of the molecule on the surface of the gate insulating layer.
Furthermore, a 1 mM anhydrous acetonitrile solution of 11-azidoundecylthiol (AzUDT) is prepared, and the substrate is immersed in the solution and left under a nitrogen atmosphere for 24 hours. The phosphonic acid group of AzUDP selectively forms a phosphonic acid bond with aluminum oxide on the gate insulating layer, and the thiol group of AzUDT selectively forms a gold and gold-thiol bond on the source and drain electrodes.

4.第二の単分子膜の形成
6,13−ビスエチニルペンタセン(EtPen)の1mMのジメチルホルムアミド(DMF)溶液を調製し、その溶液に、3.の基板を浸漬させ、窒素雰囲気下で、触媒としてアスコルビン酸と硫酸銅をEtPenに対して1mol%加えた後、70℃で24時間撹拌した。反応終了後、DMF中で基板を超音波洗浄し、過剰に付着したEtPenを除去した。上記の処理により、ペンタセン骨格を有する第二の単分子膜を形成する。尚、EtPenは水酸化カリウムの5mMのDMF溶液にTips−ペンタセンを溶解させ、室温、12時間反応させることで得る。
X線回折法(XRD in−plane)から面内方向の分子間距離を求め、Tipsペンタセンの単結晶の分子間距離(0.78nmと0.77nm)と一致又は近似した値を示す場合には、有機半導体層であるTips−ペンタセンの結晶成長に好適な周期構造が得られていることが確認できる。
4). Formation of Second Monomolecular Film A 1 mM dimethylformamide (DMF) solution of 6,13-bisethynylpentacene (EtPen) is prepared. In a nitrogen atmosphere, 1 mol% of ascorbic acid and copper sulfate were added as a catalyst with respect to EtPen, followed by stirring at 70 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the substrate was ultrasonically washed in DMF to remove excessively attached EtPen. By the above treatment, a second monomolecular film having a pentacene skeleton is formed. EtPen is obtained by dissolving Tips-pentacene in a 5 mM DMF solution of potassium hydroxide and reacting at room temperature for 12 hours.
When the intermolecular distance in the in-plane direction is obtained from the X-ray diffraction method (XRD in-plane), and shows a value that matches or approximates the intermolecular distance (0.78 nm and 0.77 nm) of the single crystal of Tips pentacene. It can be confirmed that a periodic structure suitable for crystal growth of Tips-pentacene, which is an organic semiconductor layer, is obtained.

5.有機半導体層の形成
有機半導体層としてTips−ペンタセンのトルエン溶液(1wt%)を調製し、3の基板上に0.1mlドロップキャストし、室温で3時間放置し、溶媒が蒸発するのを待つ。形成された有機半導体層の結晶グレインサイズは、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡から評価することができる。
5. Formation of Organic Semiconductor Layer A toluene solution of Tips-pentacene (1 wt%) is prepared as an organic semiconductor layer, 0.1 ml drop-cast on 3 substrates, left at room temperature for 3 hours, and waits for the solvent to evaporate. The crystal grain size of the formed organic semiconductor layer can be evaluated from an optical microscope or a scanning electron microscope.

上記の様にして得られる第二の態様の有機トランジスタ(p型)は、結晶促進層4を備えることで、ゲート絶縁層上(チャネル領域)およびソース、ドレイン電極表面上で有機半導体層5の結晶グレインサイズが大きくなり、その結果、良好なトランジスタ特性(例えば、移動度)を示すことができる。移動度は公知の方法により測定することができる。また、従来(例えば特許文献1のアンカー層を設ける場合)に比べて、煩雑な合成を経ることなく簡便に結晶促進層を設け、良好な特性を有するトランジスタを得ることができる。   The organic transistor (p-type) of the second aspect obtained as described above includes the crystal promotion layer 4 so that the organic semiconductor layer 5 is formed on the gate insulating layer (channel region) and on the source and drain electrode surfaces. The crystal grain size is increased, and as a result, good transistor characteristics (eg, mobility) can be exhibited. The mobility can be measured by a known method. Further, as compared with the conventional case (for example, in the case where the anchor layer of Patent Document 1 is provided), a transistor having favorable characteristics can be obtained by simply providing a crystal promotion layer without complicated synthesis.

[第三の態様・有機トランジスタ]
第三の態様は、トップゲート型、且つ、トップコンタクト型の有機トランジスタである。
以下に、第三の態様の有機トランジスタの具体例を、図7の模式図を用いて説明する。
図7(a)に示す第三の態様の有機トランジスタは、ガラス基板1(20mm×20mm)と、アルミニウムからなるゲート電極2と、ポリビニルフェノールからなるゲート絶縁層3と、結晶促進層4と、フラーレン(C60)からなる有機半導体層5と、フッ化リチウム層の上に積層されたアルミニウムからなるソース電極6とドレイン電極7とから構成される。第三の態様の結晶促進層4は、図7(b)に示すように、基板1上に、第一の化学結合41を介して1層積層された第一の単分子膜42と、第二の化学結合43を介して積層された第二の単分子膜44とからなる。
第三の態様の結晶促進層4において、第一の化学結合41はシロキサン結合であり、第一の単分子膜42の有機分子骨格はウンデカンであり、第二の化学結合43はアミン結合であり、第二の単分子膜44の有機分子骨格はフラーレンである。
[Third Aspect / Organic Transistor]
The third embodiment is a top gate type and top contact type organic transistor.
Below, the specific example of the organic transistor of a 3rd aspect is demonstrated using the schematic diagram of FIG.
The organic transistor of the third embodiment shown in FIG. 7 (a) includes a glass substrate 1 (20 mm × 20 mm), a gate electrode 2 made of aluminum, a gate insulating layer 3 made of polyvinylphenol, a crystal promotion layer 4, The organic semiconductor layer 5 is made of fullerene (C60), and the source electrode 6 and the drain electrode 7 are made of aluminum laminated on the lithium fluoride layer. As shown in FIG. 7B, the crystal promotion layer 4 of the third aspect includes a first monomolecular film 42 laminated on the substrate 1 via a first chemical bond 41, And a second monomolecular film 44 laminated through two chemical bonds 43.
In the crystal promotion layer 4 of the third embodiment, the first chemical bond 41 is a siloxane bond, the organic molecular skeleton of the first monomolecular film 42 is undecane, and the second chemical bond 43 is an amine bond. The organic molecular skeleton of the second monomolecular film 44 is fullerene.

第三の態様では、第二の単分子膜44と有機半導体層5との有機分子骨格が同一のフラーレンであるため、結晶促進層4と、有機半導体層5との表面エネルギーを等しくすることができる。表面エネルギーが等しいことにより、半導体材料がよく濡れるため、半導体材料の結晶が層状に成長し、有機半導体層5の結晶グレインを大きくすることができる。
また、第三の態様では、第一の単分子膜42の骨格が直鎖アルカンであり、第二の単分子膜44の骨格が芳香族分子であるフラーレンであることにより、第二の単分子膜44内の分子同士が自由な配置を取ることができ、芳香族のπ電子によるπ−π相互作用の凝集力により、第二の単分子膜44内に周期構造が形成される。
第三の態様の有機トランジスタは、例えば、以下のようにして製造することができる。
In the third aspect, since the organic molecular skeletons of the second monomolecular film 44 and the organic semiconductor layer 5 are the same fullerene, the surface energy of the crystal promotion layer 4 and the organic semiconductor layer 5 can be made equal. it can. Since the surface energy is equal, the semiconductor material is well wetted, so that the crystal of the semiconductor material grows in layers and the crystal grain of the organic semiconductor layer 5 can be increased.
In the third embodiment, the skeleton of the first monomolecular film 42 is a linear alkane, and the skeleton of the second monomolecular film 44 is a fullerene that is an aromatic molecule. The molecules in the film 44 can be freely arranged, and a periodic structure is formed in the second monomolecular film 44 by the cohesive force of the π-π interaction by the aromatic π electrons.
The organic transistor of the third aspect can be manufactured as follows, for example.

1.基板上にゲート電極、ゲート絶縁層の形成
基板サイズ20mm×20mmのガラス基板を準備する。
2.第一の単分子膜及び第二の単分子膜の形成
ガラス基板を超音波洗浄により洗浄した後に、基板上に第一の態様の2と同様の条件を用いてAzUSTMSからなる第一の単分子膜を形成する。さらに、第一の態様の3と同様の条件を用いてC60からなる第二の単分子膜を形成する。X線回折法(XRD in−plane)から面内方向の分子間距離を求め、C60の単結晶の分子間距離(1.1nmと1.4nm)と一致又は近似した値を示す場合には、有機半導体層のフラーレンの結晶成長に好適な周期構造が得られていることが確認できる。
3.有機半導体層の形成
有機半導体層としてフラーレン(60nm)を真空蒸着法(蒸着速度0.05nm/s)にて成膜する。形成された有機半導体層のフラーレンの結晶グレインサイズについては、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡から評価することができる。
4.ソース・ドレイン電極の形成
第一の態様の5と同様の条件を用いてフッ化リチウム(1nm)とアルミニウム(60nm)からなるソース・ドレイン電極を形成する。
5.ゲート絶縁層およびゲート電極の形成
上記の有機半導体層およびソース・ドレイン電極上にポリビニルフェノール(300nm)からなるゲート絶縁層を形成する。形成手法としては、ポリビニルフェノールのクロロホルム溶液を調製し、その溶液を基板上にスピンコート(例えば、500rpmで10秒間の後に、3000rpmで1分間)することにより形成する。最後に、ゲート絶縁層上に、ゲート電極としてアルミニウム(60nm)をスパッタリングにより形成する。
1. Formation of a gate electrode and a gate insulating layer on a substrate A glass substrate having a substrate size of 20 mm × 20 mm is prepared.
2. Formation of the first monomolecular film and the second monomolecular film After the glass substrate is cleaned by ultrasonic cleaning, the first monomolecule composed of AzUSTMS is used on the substrate under the same conditions as in the first embodiment 2. A film is formed. Further, a second monomolecular film made of C60 is formed using the same conditions as in 3 of the first aspect. When the intermolecular distance in the in-plane direction is determined from the X-ray diffraction method (XRD in-plane) and shows a value that matches or approximates the intermolecular distance (1.1 nm and 1.4 nm) of the C60 single crystal, It can be confirmed that a periodic structure suitable for fullerene crystal growth of the organic semiconductor layer is obtained.
3. Formation of Organic Semiconductor Layer Fullerene (60 nm) is formed as an organic semiconductor layer by vacuum evaporation (deposition rate 0.05 nm / s). The crystal grain size of fullerene of the formed organic semiconductor layer can be evaluated from an optical microscope or a scanning electron microscope.
4). Formation of Source / Drain Electrode A source / drain electrode made of lithium fluoride (1 nm) and aluminum (60 nm) is formed using the same conditions as in 5 of the first embodiment.
5. Formation of Gate Insulating Layer and Gate Electrode A gate insulating layer made of polyvinylphenol (300 nm) is formed on the organic semiconductor layer and the source / drain electrodes. As a forming method, a chloroform solution of polyvinylphenol is prepared, and the solution is formed on a substrate by spin coating (for example, 500 rpm for 10 seconds and then 3000 rpm for 1 minute). Finally, aluminum (60 nm) is formed as a gate electrode on the gate insulating layer by sputtering.

上記の様にして得られる第三の態様の有機トランジスタ(n型)は、トップゲート型の有機トランジスタであるが、結晶促進層4を備えることで、有機半導体層5の結晶グレインサイズが大きくなり、その結果、良好なトランジスタ特性(例えば、移動度)を示すことができる。移動度は公知の方法により測定することができる。   The organic transistor (n-type) of the third aspect obtained as described above is a top gate type organic transistor, but the crystal grain size of the organic semiconductor layer 5 is increased by providing the crystal promotion layer 4. As a result, good transistor characteristics (for example, mobility) can be exhibited. The mobility can be measured by a known method.

[第四の態様・有機トランジスタ]
第四の態様は、ボトムゲート型、且つ、トップコンタクト型の有機トランジスタである。
以下に、第四の態様の有機トランジスタの具体例を、図8の模式図を用いて説明する。
図8(a)に示す第四の態様の有機トランジスタは、ガラス基板1(20mm×20mm)と、アルミニウムからなるゲート電極2と、ポリイミドからなるゲート絶縁層3と、結晶促進層4と、ペンタセンからなる有機半導体層5と、金からなるソース電極6、ドレイン電極7とから構成される。第四の態様の結晶促進層4は、図8(b)に示すように、ゲート絶縁層3上に、ラングミュアブロジェット膜である第一の単分子膜42と、第一の単分子膜42上に第二の化学結合43を介して積層された第二の単分子膜44とからなる。
第四の態様の結晶促進層4において、第一の単分子膜42の有機分子骨格はウンデカン(C11)であり、第二の化学結合43はイミン結合であり、第二の単分子膜44の有機分子骨格はターチオフェンである。
[Fourth Aspect / Organic Transistor]
The fourth embodiment is a bottom gate type and top contact type organic transistor.
Below, the specific example of the organic transistor of a 4th aspect is demonstrated using the schematic diagram of FIG.
The organic transistor of the fourth embodiment shown in FIG. 8A includes a glass substrate 1 (20 mm × 20 mm), a gate electrode 2 made of aluminum, a gate insulating layer 3 made of polyimide, a crystal promotion layer 4, a pentacene. An organic semiconductor layer 5 made of gold, and a source electrode 6 and a drain electrode 7 made of gold. As shown in FIG. 8B, the crystal promotion layer 4 of the fourth aspect includes a first monomolecular film 42 that is a Langmuir Blodget film and a first monomolecular film 42 on the gate insulating layer 3. And a second monomolecular film 44 laminated on the second chemical bond 43.
In the crystal promotion layer 4 of the fourth aspect, the organic molecular skeleton of the first monomolecular film 42 is undecane (C11), the second chemical bond 43 is an imine bond, and the second monomolecular film 44 The organic molecular skeleton is terthiophene.

第四の態様では、第一の単分子膜がラングミュアブロジェット膜であることにより、被結晶促進層形成表面の材質や結合サイトに関係なく、周期構造を有する第一の単分子膜42を形成することができる。また、ラングミュアブロジェット膜作製時の表面圧の調整により、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格の重心間距離を適宜調整することができるため、第一の単分子膜42として所望の重心間距離を持った周期構造を持たせることができ、さらには第二の単分子膜44の周期構造も適宜決定することができ、有機半導体層5の結晶グレインを大きくすることができる。なお、第二の単分子膜44にラングミュアブロジェット法による膜を適用した場合であっても、同様の効果を、より直接的に得ることができる。
第四の態様では、第二の単分子膜44と有機半導体層5との有機分子骨格が同一のフラーレンであるため、結晶促進層4と、有機半導体層5との表面エネルギーを等しくすることができる。表面エネルギーが等しいことにより、半導体材料がよく濡れるため、半導体材料の結晶が層状に成長し、有機半導体層5の結晶グレインを大きくすることができる。
また、第四の態様では、第一の単分子膜42の骨格が直鎖アルカンであり、第二の単分子膜44の骨格が芳香族分子であるターチオフェンであることにより、第二の単分子膜44内の分子同士が自由な配置を取ることができ、芳香族のπ電子によるπ−π相互作用の凝集力により、第二の単分子膜44内に周期構造が形成される。
さらに、図8(c)は、ペンタセンが単結晶状態で配列した際の模式図である。図8(b)で示すように、第一の単分子膜42を構成する有機分子骨格群(直鎖アルカン)の上に、第二の単分子膜44を構成する有機分子骨格群(ターチオフェン)が配されることにより、図8(C)に示すような有機半導体層であるペンタセンの単結晶状態と同様の重心間距離を持った配列をとることができる。この結果、第二の単分子膜44のペンタセンの上に塗布した有機半導体層5のペンタセンは、第二の単分子膜44の結晶格子に従って配列し、結晶グレインの大きい有機半導体層が得られる。また、第二の単分子膜を構成する有機分子骨格群と、有機半導体層の骨格群は異なるが、両者ともπ電子を有しているため、表面エネルギーは類似しており、結晶グレインサイズを拡大させる効果を生じる。
第四の態様の有機トランジスタは、例えば、以下のようにして製造することができる。
In the fourth aspect, since the first monomolecular film is a Langmuir Blodgett film, the first monomolecular film 42 having a periodic structure is formed regardless of the material and the binding site of the crystal-promoting layer forming surface. can do. In addition, since the distance between the centers of gravity of the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film 42 can be appropriately adjusted by adjusting the surface pressure during the production of the Langmuir Blodgett film, the first monomolecular film 42 is desired. The periodic structure having a distance between the centers of gravity of the second monomolecular film 44 can be appropriately determined, and the crystal grains of the organic semiconductor layer 5 can be increased. Even when a Langmuir Blodgett film is applied to the second monomolecular film 44, the same effect can be obtained more directly.
In the fourth aspect, since the organic molecular skeletons of the second monomolecular film 44 and the organic semiconductor layer 5 are the same fullerene, the surface energy of the crystal promotion layer 4 and the organic semiconductor layer 5 can be made equal. it can. Since the surface energy is equal, the semiconductor material is well wetted, so that the crystal of the semiconductor material grows in layers and the crystal grain of the organic semiconductor layer 5 can be increased.
In the fourth embodiment, the skeleton of the first monomolecular film 42 is a linear alkane and the skeleton of the second monomolecular film 44 is a terthiophene that is an aromatic molecule. The molecules in the molecular film 44 can be freely arranged, and a periodic structure is formed in the second monomolecular film 44 by the cohesive force of the π-π interaction by the aromatic π electrons.
Further, FIG. 8C is a schematic diagram when pentacene is arranged in a single crystal state. As shown in FIG. 8B, the organic molecular skeleton group (terthiophene) constituting the second monomolecular film 44 on the organic molecular skeleton group (straight chain alkane) constituting the first monomolecular film 42. ) Is arranged, an arrangement having a distance between the centers of gravity similar to the single crystal state of pentacene, which is an organic semiconductor layer, as shown in FIG. 8C can be obtained. As a result, the pentacene of the organic semiconductor layer 5 coated on the pentacene of the second monomolecular film 44 is arranged according to the crystal lattice of the second monomolecular film 44, and an organic semiconductor layer having a large crystal grain is obtained. In addition, the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film and the skeleton group of the organic semiconductor layer are different, but both have π electrons, so the surface energy is similar and the crystal grain size is reduced. Produces an effect of enlarging.
The organic transistor of the fourth aspect can be manufactured, for example, as follows.

1.基板上にゲート電極、ゲート絶縁層の形成
第一の態様と同様の手法にて基板上にゲート電極を形成した後に、ゲート絶縁層として、ポリイミドをスピンコート法により形成する。
2.第一の単分子膜の形成
11−アミノウンデシルカルボン酸(AmUDC)の1mMヘキサン溶液を調製し、LB膜作製装置のトラフに展開する。水面上の分子を単分子膜と予想される表面圧(20mN/m)まで圧縮した後、基板に移し取り、11−アミノウンデシルカルボン酸からなるLB膜を得る。得られた単分子膜の膜厚をX線反射率測定(GIXR)から求め、AmUDCの分子長(1.7nm)と一致又は近似した値を示す場合には、ゲート絶縁層に結合基の無いポリイミド上にも単分子膜を形成できることが確認できる。
3.第二の単分子膜の形成
ターチオフェンアルデヒド(T3−Ald)の1mMのテトラヒドロフラン(THF)溶液を調製し、その溶液を基板にディップコートし、窒素雰囲気下で120℃、5時間加熱する。反応終了後、THF中で基板を超音波洗浄し、過剰に付着したT3−Aldを除去する。上記の処理により、第一の単分子膜とイミン結合で接続された、第二の単分子膜が形成できる。
また、X線回折法(XRD in−plane)から面内方向の分子間距離を求め、ペンタセンの単結晶の分子間距離(0.63nmと0.77nm)と一致又は近似した値を示す場合には、有機半導体層のペンタセンの結晶成長に好適な周期構造が得られていることが確認できる。
4.有機半導体層の形成
有機半導体層としてペンタセン(60nm)を真空蒸着法により、3の基板上に形成する。
5.ソース・ドレイン電極の形成
上記の有機半導体層の上に金(60nm)をメタルマスクを介して真空蒸着し、ソース・ドレイン電極を形成する。チャネル長およびチャネル幅は50mと100μmとが好ましい。
1. Formation of Gate Electrode and Gate Insulating Layer on Substrate After a gate electrode is formed on the substrate by the same method as in the first embodiment, polyimide is formed as a gate insulating layer by spin coating.
2. Formation of first monomolecular film A 1 mM hexane solution of 11-aminoundecylcarboxylic acid (AmUDC) is prepared and developed in the trough of the LB film production apparatus. The molecules on the water surface are compressed to a surface pressure (20 mN / m) expected to be a monomolecular film, and then transferred to a substrate to obtain an LB film made of 11-aminoundecylcarboxylic acid. When the thickness of the obtained monomolecular film is obtained from X-ray reflectivity measurement (GIXR) and shows a value that matches or approximates the molecular length of AmUDC (1.7 nm), there is no bonding group in the gate insulating layer. It can be confirmed that a monomolecular film can also be formed on polyimide.
3. Formation of Second Monomolecular Film A 1 mM tetrahydrofuran (THF) solution of terthiophene aldehyde (T3-Ald) is prepared, the solution is dip-coated on a substrate, and heated at 120 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the substrate is ultrasonically cleaned in THF to remove excessively attached T3-Ald. By the above treatment, a second monomolecular film connected to the first monomolecular film by an imine bond can be formed.
In addition, when the intermolecular distance in the in-plane direction is obtained from an X-ray diffraction method (XRD in-plane) and shows a value that matches or approximates the intermolecular distance (0.63 nm and 0.77 nm) of a pentacene single crystal. It can be confirmed that a periodic structure suitable for crystal growth of pentacene in the organic semiconductor layer is obtained.
4). Formation of Organic Semiconductor Layer Pentacene (60 nm) is formed as an organic semiconductor layer on the three substrates by vacuum deposition.
5. Formation of Source / Drain Electrode Gold (60 nm) is vacuum-deposited on the organic semiconductor layer through a metal mask to form a source / drain electrode. The channel length and channel width are preferably 50 m and 100 μm.

上記の様にして得られる第四の態様の有機トランジスタ(p型)は、結晶促進層4を備えることで、有機半導体層5の結晶グレインサイズが大きくなり、その結果、良好なトランジスタ特性(例えば、移動度)を示すことができる。移動度は公知の方法により測定することができる。   The organic transistor (p-type) according to the fourth aspect obtained as described above includes the crystal promotion layer 4 to increase the crystal grain size of the organic semiconductor layer 5, and as a result, excellent transistor characteristics (for example, , Mobility). The mobility can be measured by a known method.

[第五の態様・液晶表示装置]
第五の態様は、前記第一の態様の有機トランジスタを用いた液晶表示装置である。
以下に、第五の態様の液晶表示装置の具体例を、図9の模式図を用いて説明する。
図9(b)に示す第五の態様の液晶表示装置は、前記第一の態様の有機トランジスタの基板上に、該有機トランジスタと、ITOからなる画素電極とを備え、有機トランジスタのドレイン電極と画素電極とが電気的に接続されている。有機トランジスタ及び画素電極が設けられた回路基板と対向するように、ITOからなる対向電極を備えた対向基板がスペーサ(図示せず)を介して設けられていて、回路基板と対向基板との間は液晶層となっている。
図9(a)に示すように有機トランジスタのゲート電極、ソース電極はそれぞれゲートバスライン、ソースバスラインに電気的に接続され、各バスラインは表示用の信号を供給するための映像信号用ドライバに接続されている。
上記の様にして得られる第五の態様の液晶表示装置は、本発明の有機トランジスタが画素駆動用トランジスタとしての性能を十分に満たすため、液晶表示装置として満足に駆動する。
[Fifth Aspect / Liquid Crystal Display Device]
The fifth aspect is a liquid crystal display device using the organic transistor of the first aspect.
Below, the specific example of the liquid crystal display device of a 5th aspect is demonstrated using the schematic diagram of FIG.
The liquid crystal display device of the fifth aspect shown in FIG. 9B includes the organic transistor and a pixel electrode made of ITO on the substrate of the organic transistor of the first aspect, and a drain electrode of the organic transistor, The pixel electrode is electrically connected. A counter substrate having a counter electrode made of ITO is provided via a spacer (not shown) so as to face the circuit substrate on which the organic transistor and the pixel electrode are provided, and between the circuit substrate and the counter substrate. Is a liquid crystal layer.
As shown in FIG. 9A, the gate electrode and the source electrode of the organic transistor are electrically connected to the gate bus line and the source bus line, respectively, and each bus line supplies a video signal driver for supplying a display signal. It is connected to the.
The liquid crystal display device of the fifth aspect obtained as described above is driven satisfactorily as a liquid crystal display device because the organic transistor of the present invention sufficiently satisfies the performance as a pixel driving transistor.

[実施例1]
上記第一の態様と同様にして、基板上にゲート電極及びゲート絶縁層を形成し、さらに結晶促進層及びフラーレンからなる有機半導体層を形成した。有機半導体層が形成された基板を肉眼により観察したところ、図10(a)に示すように、フラーレンの薄膜が基板全体に亘って形成されていた。また、該有機半導体層が形成された基板の中央部を光学顕微鏡により観察したところ、図10(b)に示すように、フラーレンの結晶からなる薄膜によって表面のほぼ全面が覆われていた。
[Example 1]
In the same manner as in the first aspect, a gate electrode and a gate insulating layer were formed on a substrate, and an organic semiconductor layer made of a crystal promotion layer and fullerene was further formed. When the substrate on which the organic semiconductor layer was formed was observed with the naked eye, as shown in FIG. 10A, a fullerene thin film was formed over the entire substrate. Further, when the central portion of the substrate on which the organic semiconductor layer was formed was observed with an optical microscope, almost the entire surface was covered with a thin film made of fullerene crystals, as shown in FIG.

[比較例1]
上記第一の態様と同様にして基板上にゲート電極及びゲート絶縁層を形成した後、結晶促進層を形成せずに、上記第一の態様と同様にしてフラーレンからなる有機半導体層を形成した。有機半導体層が形成された基板を肉眼により観察したところ、図11(a)に示すように、基板の縁にフラーレンの結晶が業収支、基板中央部にはフラーレン薄膜が形成されていなかった。また、該有機半導体層が形成された基板の中央部を光学顕微鏡により観察したところ、図11(b)に示すように、短辺5μm、長辺10μm程度の小さな結晶が点在しており、薄膜が形成されていなかった。
[Comparative Example 1]
After forming a gate electrode and a gate insulating layer on the substrate in the same manner as in the first aspect, an organic semiconductor layer made of fullerene was formed in the same manner as in the first aspect without forming a crystal promotion layer. . When the substrate on which the organic semiconductor layer was formed was observed with the naked eye, as shown in FIG. 11 (a), fullerene crystals were in balance at the edge of the substrate, and no fullerene thin film was formed at the center of the substrate. Further, when the central portion of the substrate on which the organic semiconductor layer was formed was observed with an optical microscope, as shown in FIG. 11B, small crystals having a short side of about 5 μm and a long side of about 10 μm were scattered, A thin film was not formed.

上記の結果から、フラーレン単結晶の周期構造と同じ周期構造を有する結晶促進層を設けることで、結晶グレインサイズを大きくできることが確認できた。   From the above results, it was confirmed that the crystal grain size can be increased by providing a crystal promotion layer having the same periodic structure as that of the fullerene single crystal.

本発明の有機トランジスタは、有機デバイス製造の分野において好適に利用することができる。   The organic transistor of the present invention can be suitably used in the field of organic device production.

1…基板
2…ゲート電極
3…ゲート絶縁層
4…結晶促進層
5…有機半導体層
6…ソース電極
7…ドレイン電極
41・・・第一の化学結合
42・・・第一の単分子膜
43・・・第二の化学結合
44・・・第二の単分子膜
46・・・結晶促進層
47・・・結晶促進層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Gate electrode 3 ... Gate insulating layer 4 ... Crystal promotion layer 5 ... Organic semiconductor layer 6 ... Source electrode 7 ... Drain electrode 41 ... First chemical bond 42 ... First monomolecular film 43 ... Second chemical bond 44 ... Second monomolecular film 46 ... Crystal accelerating layer 47 ... Crystal accelerating layer

Claims (17)

基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層と接する結晶促進層とから構成される有機トランジスタであって、
前記結晶促進層は、少なくとも、前記有機半導体層に接する第二の単分子膜と、該第二の単分子膜に接する第一の単分子膜とから構成され、
前記第二の単分子膜を構成する有機分子骨格群が面内の少なくとも一方向に等しい重心間距離で配列した領域があり、
前記有機半導体層を構成する、少なくとも前記領域に接する有機分子骨格群が、面内の少なくとも一方向に等しい重心間距離で配列していることを特徴とする有機トランジスタ。
An organic transistor comprising a substrate, a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and a crystal promotion layer in contact with the organic semiconductor layer,
The crystal promotion layer is composed of at least a second monomolecular film in contact with the organic semiconductor layer and a first monomolecular film in contact with the second monomolecular film,
There is a region where the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film is arranged at a distance between the centers of gravity equal to at least one direction in the plane,
An organic transistor, wherein organic molecule skeleton groups in contact with at least the region constituting the organic semiconductor layer are arranged at a distance between centers of gravity equal to at least one direction in a plane.
前記第一の単分子膜を構成する有機分子骨格群の重心間距離と、前記第二の単分子膜を構成する有機分子骨格群の重心間距離とが、異なることを特徴とする請求項1記載の有機トランジスタ。   The distance between centroids of the organic molecular skeleton group constituting the first monomolecular film is different from the distance between centroids of the organic molecular skeleton group constituting the second monomolecular film. The organic transistor as described. 前記第一の単分子膜は、前記第一の単分子膜が形成される表面の原子と第一の化学結合を介して接続された有機分子骨格を含み、前記第二の単分子膜は、前記第一の単分子膜を構成する有機分子骨格と第二の化学結合を介して接続された有機分子骨格を含んでいることを特徴とする請求項1又は2記載の有機トランジスタ。   The first monomolecular film includes an organic molecular skeleton connected via a first chemical bond with atoms on a surface on which the first monomolecular film is formed, and the second monomolecular film includes: 3. The organic transistor according to claim 1, further comprising an organic molecular skeleton that is connected to the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film via a second chemical bond. 前記第一の単分子膜及び前記第二の単分子膜のうち少なくとも1層はラングミュアブロジェット膜であることを特徴とする請求項1から3の何れか一項記載の有機トランジスタ。   4. The organic transistor according to claim 1, wherein at least one layer of the first monomolecular film and the second monomolecular film is a Langmuir Blodgett film. 5. 第二の単分子膜を構成する有機分子骨格が、有機半導体層を構成する有機分子骨格と同じであることを特徴とする請求項1から4の何れか一項記載の有機トランジスタ。   The organic transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film is the same as the organic molecular skeleton constituting the organic semiconductor layer. 該第一の単分子膜を構成する有機分子骨格が脂肪族であり、該第二の単分子膜を構成する有機分子骨格が芳香族であることを特徴とする請求項1から5の何れか一項記載の有機トランジスタ。   6. The organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film is aliphatic, and the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film is aromatic. The organic transistor according to one item. 第一の単分子膜を構成する有機分子骨格が直鎖アルカンであり、
第二の単分子膜を構成する有機分子骨格がフラーレン、ペンタセンまたはオリゴチオフェンであることを特徴とする請求項6記載の有機トランジスタ。
The organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film is a linear alkane,
7. The organic transistor according to claim 6, wherein the organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film is fullerene, pentacene or oligothiophene.
請求項1から7の何れか一項記載の有機トランジスタが、電気的に接続された回路基板と、該回路基板上で、該有機トランジスタと電気的に接続された、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、または電気泳動方式の画素と、該トランジスタに電気信号を送るドライバとを含むことを特徴とする表示装置。   The organic transistor according to claim 1 is electrically connected to a circuit board, and the liquid crystal, organic electroluminescence, or electrically connected to the organic transistor on the circuit board, or A display device comprising: an electrophoretic pixel; and a driver that sends an electric signal to the transistor. 請求項1から7の何れか一項記載の有機トランジスタを製造する製造方法であって、
前記基板上に、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁層を形成する第一の工程と、
前記ゲート絶縁層表面に、前記結晶促進層を形成する第二の工程と、
前記結晶促進層表面に前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する第三の工程とからなり、
前記第二の工程の結晶促進層を形成する工程は、前記ゲート絶縁層の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the organic transistor according to any one of claims 1 to 7,
A first step of forming the gate electrode and the gate insulating layer on the substrate;
A second step of forming the crystal promotion layer on the surface of the gate insulating layer;
A third step of forming the organic semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode on the surface of the crystal promotion layer,
The step of forming the crystal promotion layer in the second step includes the step of forming at least one first monomolecular film in contact with the surface of the gate insulating layer, and the step of forming the first monomolecular film. And a step of forming the second monomolecular film in contact with the surface.
請求項1から7の何れか一項記載の有機トランジスタを製造する製造方法であって、
前記基板上に、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁層を形成する第一の工程と、
前記ゲート絶縁層表面に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する第二の工程と、
少なくとも前記ゲート絶縁層表面に、もしくは、前記ゲート絶縁層表面、前記ソース電極及び前記ドレイン電極表面に、前記結晶促進層を形成した後、さらに前記有機半導体層を形成する第三の工程とからなり、
前記第三の工程の結晶促進層を形成する工程は、少なくとも前記ゲート絶縁層表面に、もしくは、前記ゲート絶縁層表面、前記ソース電極及び前記ドレイン電極表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the organic transistor according to any one of claims 1 to 7,
A first step of forming the gate electrode and the gate insulating layer on the substrate;
A second step of forming the source electrode and the drain electrode on the surface of the gate insulating layer;
After forming the crystal promotion layer at least on the surface of the gate insulating layer, or on the surface of the gate insulating layer, the source electrode, and the drain electrode, the method further includes a third step of forming the organic semiconductor layer. ,
The step of forming the crystal promotion layer in the third step includes at least the surface of the gate insulating layer, or the first monomolecular film in contact with the surface of the gate insulating layer, the source electrode, and the drain electrode. A method for producing an organic transistor, comprising: forming at least one layer, and forming the second monomolecular film in contact with the surface of the first monomolecular film.
前記第一の単分子膜を形成する工程が、前記ゲート絶縁層表面の原子と、該第一の単分子膜を構成する有機分子骨格とを第一の化学結合を介して接続する工程を含み、
前記第二の単分子膜を形成する工程が、前記第一の単分子膜を構成する有機分子骨格と、前記第二の単分子膜を構成する有機分子骨格とを、第二の化学結合を介して接続する工程を含むことを特徴とする請求項9又は10記載の有機トランジスタの製造方法。
The step of forming the first monomolecular film includes the step of connecting the atoms on the surface of the gate insulating layer and the organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film through a first chemical bond. ,
The step of forming the second monomolecular film comprises a second chemical bond between an organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film and an organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film. The method for producing an organic transistor according to claim 9, further comprising a step of connecting through the organic transistor.
請求項1から7の何れか一項記載の有機トランジスタを製造する製造方法であって、
前記基板上に前記結晶促進層を形成する第一の工程と、
前記結晶促進層表面に、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を任意の順番で形成する第二の工程と、
少なくとも前記有機半導体層表面に、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極を形成する第三の工程とからなり、
前記第一の工程の結晶促進層を形成する工程は、前記基板の表面に接して、前記第一の単分子膜を少なくとも1層以上形成する工程と、前記第一の単分子膜の表面に接して、前記第二の単分子膜を形成する工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the organic transistor according to any one of claims 1 to 7,
A first step of forming the crystal promotion layer on the substrate;
A second step of forming the organic semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode in any order on the surface of the crystal promotion layer;
A third step of forming the gate insulating layer and the gate electrode at least on the surface of the organic semiconductor layer,
The step of forming the crystal promotion layer of the first step includes the step of forming at least one layer of the first monomolecular film in contact with the surface of the substrate, and the surface of the first monomolecular film. And a step of forming the second monomolecular film in contact with the organic transistor.
前記第一の単分子膜を形成する工程が、前記基板表面の原子と、該第一の単分子膜を構成する有機分子骨格とを第一の化学結合を介して接続する工程を含み、
前記第二の単分子膜を形成する工程が、前記第一の単分子膜を構成する有機分子骨格と、前記第二の単分子膜を構成する有機分子骨格とを、第二の化学結合を介して接続する工程を含むことを特徴とする請求項12記載の有機トランジスタの製造方法。
The step of forming the first monomolecular film includes a step of connecting atoms on the substrate surface and an organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film via a first chemical bond,
The step of forming the second monomolecular film comprises a second chemical bond between an organic molecular skeleton constituting the first monomolecular film and an organic molecular skeleton constituting the second monomolecular film. The method for producing an organic transistor according to claim 12, further comprising a step of connecting through the organic transistor.
前記第一の単分子膜を形成する工程が、前記第一の化学結合として、シロキサン結合またはリン酸エステル結合を介して、直鎖アルカンを有機分子骨格とする有機分子からなる単分子膜を形成する工程であり、
前記の第二の単分子膜を形成する工程が、前記第二の化学結合として、アミン結合、イミン結合またはトリアゾール環を介して、フラーレン、ペンタセンまたはオリゴチオフェンを形成する工程であることを特徴とする請求項11又は13記載の有機トランジスタの製造方法。
The step of forming the first monomolecular film forms a monomolecular film composed of organic molecules having a linear alkane as an organic molecular skeleton through a siloxane bond or a phosphate ester bond as the first chemical bond. Process
The step of forming the second monomolecular film is a step of forming fullerene, pentacene or oligothiophene through the amine bond, imine bond or triazole ring as the second chemical bond. The method for producing an organic transistor according to claim 11 or 13.
前記第一の単分子膜を形成する工程、及び、前記第二の単分子膜を形成する工程のうち、何れかの工程に、ラングミュアブロジェット法により単分子膜を形成する工程が含まれていることを特徴とする請求項9から14の何れか一項記載の有機トランジスタの製造方法。   Any of the step of forming the first monomolecular film and the step of forming the second monomolecular film includes a step of forming a monomolecular film by the Langmuir Blodget method. The method for producing an organic transistor according to any one of claims 9 to 14, wherein: 前記有機半導体層の形成が、有機半導体材料を溶媒に溶解し、溶液化する工程と、該溶液を結晶促進層表面に塗布する工程とを含むことを特徴とする請求項9から15の何れか一項記載の有機トランジスタの製造方法。   The formation of the organic semiconductor layer includes a step of dissolving an organic semiconductor material in a solvent to form a solution, and a step of applying the solution to the surface of the crystal promotion layer. A method for producing an organic transistor according to one item. 前記第一の化学結合を形成する工程、及び、前記第二の化学結合を形成する工程のうち何れかの工程は、溶液浸漬法、気相反応法、及びスピンコート法の何れかの手法を用いることを特徴とする請求項9から16の何れか一項記載の有機トランジスタの製造方法。   Any one of the step of forming the first chemical bond and the step of forming the second chemical bond is performed by any one of a solution immersion method, a gas phase reaction method, and a spin coating method. The method for producing an organic transistor according to claim 9, wherein the organic transistor is used.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014125527A1 (en) * 2013-02-12 2014-08-21 独立行政法人科学技術振興機構 Electronic device using organic thin film, and electronic apparatus containing same
US9231114B2 (en) 2013-02-21 2016-01-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonvolatile semiconductor memory device
WO2016117389A1 (en) * 2015-01-19 2016-07-28 富士フイルム株式会社 Organic thin film transistor and method for producing same
JP2018037466A (en) * 2016-08-29 2018-03-08 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Semiconductor device
KR20210095184A (en) * 2019-08-29 2021-07-30 저지앙 대학 Organic single crystal semiconductor structure and manufacturing method thereof
WO2023158277A1 (en) * 2022-02-21 2023-08-24 한양대학교 산학협력단 Organosilicon-organic semiconductor composite and organic semiconductor film including same

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9825232B2 (en) 2013-02-12 2017-11-21 Japan Science And Technology Agency Electronic device using organic thin film, and electronic apparatus containing the same
CN104956490A (en) * 2013-02-12 2015-09-30 国立研究开发法人科学技术振兴机构 Electronic device using organic thin film, and electronic apparatus containing same
WO2014125527A1 (en) * 2013-02-12 2014-08-21 独立行政法人科学技術振興機構 Electronic device using organic thin film, and electronic apparatus containing same
JPWO2014125527A1 (en) * 2013-02-12 2017-02-02 国立研究開発法人科学技術振興機構 Electronic device using organic thin film and electronic device containing the same
US9231114B2 (en) 2013-02-21 2016-01-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonvolatile semiconductor memory device
WO2016117389A1 (en) * 2015-01-19 2016-07-28 富士フイルム株式会社 Organic thin film transistor and method for producing same
JPWO2016117389A1 (en) * 2015-01-19 2017-09-28 富士フイルム株式会社 Organic thin film transistor and manufacturing method thereof
JP2018037466A (en) * 2016-08-29 2018-03-08 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Semiconductor device
KR20210095184A (en) * 2019-08-29 2021-07-30 저지앙 대학 Organic single crystal semiconductor structure and manufacturing method thereof
JP2022536431A (en) * 2019-08-29 2022-08-17 浙江大学 Organic single crystal semiconductor structure and manufacturing method thereof
JP7349096B2 (en) 2019-08-29 2023-09-22 浙江大学 Organic single crystal semiconductor structure and its manufacturing method
KR102607455B1 (en) * 2019-08-29 2023-11-29 저지앙 대학 Organic single crystal semiconductor structure and method for manufacturing the same
WO2023158277A1 (en) * 2022-02-21 2023-08-24 한양대학교 산학협력단 Organosilicon-organic semiconductor composite and organic semiconductor film including same

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