JP2013058599A - Electrode for organic semiconductor element and method for manufacturing the same - Google Patents

Electrode for organic semiconductor element and method for manufacturing the same Download PDF

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Yeon Kyun
妍 于
Hidetoshi Matsumoto
英俊 松本
Yuichi Konosu
裕一 鴻巣
Akihiko Tanioka
明彦 谷岡
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Tokyo Institute of Technology NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively provide an electrode for an organic semiconductor element, which is useful for manufacturing an organic semiconductor element having high field-effect mobility, and an organic semiconductor element including the electrode for an organic semiconductor element.SOLUTION: An organic semiconductor element 100 includes a substrate 1, a gate electrode 4, a gate insulating film 3, an organic semiconductor layer 2, a source electrode 5, a drain electrode 6, and a pattern region of a self-assembled monolayer provided on the gate insulating film. Each of the source electrode and the drain electrode is formed of a thin film containing graphene nanoribbons, which are provided in an electrode forming region 20 outside the pattern region of the self-assembled monolayer.

Description

本発明は、有機半導体素子用電極及びその製造方法、並びにかかる電極を有する有機半導体素子に関する。   The present invention relates to an electrode for an organic semiconductor element, a method for producing the same, and an organic semiconductor element having such an electrode.

半導体薄膜を有する半導体素子として、有機半導体材料を含む有機薄膜を有する有機半導体素子が注目されている。有機半導体素子の製造には、有機半導体材料の他に電極、配線等が必要である。電極、配線等を塗布法により形成するために、金、銀等のナノ粒子を含むナノメタルインクが開発され利用されている(非特許文献1参照)。   As a semiconductor element having a semiconductor thin film, an organic semiconductor element having an organic thin film containing an organic semiconductor material has attracted attention. In manufacturing an organic semiconductor element, an electrode, wiring, and the like are required in addition to an organic semiconductor material. In order to form electrodes, wirings, and the like by a coating method, nanometal ink containing nanoparticles such as gold and silver has been developed and used (see Non-Patent Document 1).

T. Sekitani, Y. Noguchi, U. Zshieschang, H. Klauk, and T. Someya, Proc. Nat. Acad. Sci. 105, 4976 (2008).T. Sekitani, Y. Noguchi, U. Zshieschang, H. Klauk, and T. Someya, Proc. Nat. Acad. Sci. 105, 4976 (2008).

しかし、上記従来の技術では、電界効果移動度は高いものの、金、銀等の金属を使用しているために、有機半導体素子の製造コストが上昇する。   However, in the above conventional technique, although the field effect mobility is high, a metal such as gold or silver is used, so that the manufacturing cost of the organic semiconductor element increases.

そこで、本発明は、電界効果移動度が十分な有機半導体素子を安価に製造することができる有機半導体素子用電極、及びかかる有機半導体素子用電極を有する有機半導体素子を提供することを目的とする。   Then, this invention aims at providing the organic-semiconductor element which can manufacture the organic-semiconductor element with sufficient field effect mobility cheaply, and the organic-semiconductor element which has this organic-semiconductor-element electrode. .

本発明は、下記[1]〜[10]を提供する。
[1] 自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる、有機半導体素子用電極。
[2] 基板上に、電極形成領域外の部分領域に設けられる自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、
酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に前記塗工液を自己整合的に配置する工程と、
前記酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜を形成する工程と
を含む、有機半導体素子用電極の製造方法。
[3] 基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜上に設けられた自己組織化単分子膜のパターン領域と、
前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極と
を有する、有機薄膜トランジスタ。
[4] 基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上の前記ゲート絶縁膜上に設定された電極形成領域外に自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、
酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に前記塗工液を自己整合的に配置する工程と、
前記酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と
を含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。
[5] 前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程で、真空中で加熱することにより、前記塗工液が含有する前記酸化グラフェンナノリボンをグラフェンナノリボンに還元してグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極を形成する、[4]に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
[6] [3]に記載の有機薄膜トランジスタを有する、面状光源。
[7] [3]に記載の有機薄膜トランジスタを有する、表示装置。
[8] 陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられる有機半導体を含む層とを有し、
前記陽極及び陰極うちの少なくとも一方が[1]に記載の有機半導体素子用電極である、光電変換素子。
[9] [8]に記載の光電変換素子を有する太陽電池モジュール。
[10] [8]に記載の光電変換素子を有するイメージセンサー。
The present invention provides the following [1] to [10].
[1] An electrode for an organic semiconductor element comprising a thin film containing graphene nanoribbons provided in an electrode formation region outside the pattern region of the self-assembled monomolecular film.
[2] A step of forming a pattern region of a self-assembled monomolecular film provided in a partial region outside the electrode formation region on the substrate;
Applying a coating solution containing graphene oxide nanoribbons on the substrate, and arranging the coating solution in a self-aligned manner in an electrode formation region outside the pattern region of the self-assembled monolayer; and
Forming a thin film containing graphene nanoribbons by reducing the graphene oxide nanoribbons, and a method for producing an electrode for an organic semiconductor element.
[3] An organic thin film transistor having a substrate, a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode,
A pattern region of a self-assembled monolayer provided on the gate insulating film;
The organic thin-film transistor which has the said source electrode and drain electrode which consist of a thin film containing the graphene nano ribbon provided in the electrode formation area | region which is outside the pattern area | region of the said self-assembled monolayer.
[4] A method for producing an organic thin film transistor having a substrate, a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor, a source electrode and a drain electrode,
Forming a pattern region of a self-assembled monolayer outside the electrode formation region set on the gate insulating film on the substrate;
Applying a coating solution containing graphene oxide nanoribbons on the substrate, and arranging the coating solution in a self-aligned manner in an electrode formation region outside the pattern region of the self-assembled monolayer; and
Forming the source electrode and the drain electrode made of a thin film containing graphene nanoribbons by reducing the graphene oxide nanoribbons.
[5] In the step of forming the source and drain electrodes, the graphene nanoribbons contained in the coating liquid are reduced to graphene nanoribbons by heating in vacuum to form the thin film containing graphene nanoribbons. The method for producing an organic thin film transistor according to [4], wherein the source electrode and the drain electrode are formed.
[6] A planar light source having the organic thin film transistor according to [3].
[7] A display device comprising the organic thin film transistor according to [3].
[8] An anode, a cathode, and a layer containing an organic semiconductor provided between the anode and the cathode,
A photoelectric conversion element, wherein at least one of the anode and the cathode is an electrode for an organic semiconductor element according to [1].
[9] A solar cell module having the photoelectric conversion element according to [8].
[10] An image sensor having the photoelectric conversion element according to [8].

本発明の有機半導体素子用電極を有機半導体素子の製造に用いれば、電界効果移動度が十分な有機半導体素子が安価に得られる。   If the electrode for organic semiconductor elements of this invention is used for manufacture of an organic semiconductor element, an organic semiconductor element with sufficient field effect mobility can be obtained at low cost.

図1は、有機薄膜トランジスタの第1実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view according to a first embodiment of an organic thin film transistor. 図2は、有機薄膜トランジスタの第2実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view according to a second embodiment of the organic thin film transistor. 図3は、有機薄膜トランジスタの第3実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view according to a third embodiment of the organic thin film transistor. 図4は、有機薄膜トランジスタの第4実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view according to a fourth embodiment of the organic thin film transistor. 図5は、有機薄膜トランジスタの第5実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view according to a fifth embodiment of the organic thin film transistor. 図6は、有機薄膜トランジスタの第6実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view according to a sixth embodiment of the organic thin film transistor. 図7は、有機薄膜トランジスタの第7実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view according to a seventh embodiment of the organic thin film transistor. 図8は、太陽電池の模式的な断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a solar cell. 図9は、光センサの第1実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view according to the first embodiment of the optical sensor. 図10は、光センサの第2実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view according to the second embodiment of the optical sensor. 図11は、光センサの第3実施形態にかかる模式的な断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view according to the third embodiment of the optical sensor. 図12は、有機エレクトロルミネッセンス素子の模式的な断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an organic electroluminescence element. 図13は、実施例で作製された有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor fabricated in the example. 図14は、実施例で作製された酸化グラフェンナノリボンのAFM像を示す写真図である。FIG. 14 is a photograph showing an AFM image of graphene oxide nanoribbons produced in the examples. 図15は、実施例で作製された酸化グラフェンナノリボンのラマンスペクトルである。FIG. 15 is a Raman spectrum of the graphene oxide nanoribbon produced in the example. 図16は、実施例で作製されたグラフェンナノリボンのXPSスペクトルである。FIG. 16 is an XPS spectrum of the graphene nanoribbon produced in the example. 図17Aは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(1)である。FIG. 17A is a schematic cross-sectional view (1) for explaining an electrode manufacturing process using a self-assembled monolayer. 図17Bは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(2)である。FIG. 17B is a schematic cross-sectional view (2) for explaining an electrode manufacturing process using a self-assembled monolayer. 図17Cは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(3)である。FIG. 17C is a schematic cross-sectional view (3) for explaining the electrode manufacturing process using the self-assembled monolayer. 図17Dは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(4)である。FIG. 17D is a schematic cross-sectional view (4) for explaining the electrode manufacturing process using the self-assembled monolayer. 図17Eは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(5)である。FIG. 17E is a schematic cross-sectional view (5) for explaining an electrode manufacturing process using a self-assembled monolayer.

本発明の有機半導体素子用電極は、自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる。   The electrode for organic semiconductor elements of the present invention comprises a thin film containing graphene nanoribbons provided in an electrode formation region outside the pattern region of the self-assembled monolayer.

また、本発明の有機半導体素子用電極の製造方法は、電極形成領域外の部分領域に設けられる自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を塗布し、自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に塗工液を自己整合的に配置する工程と、酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜を形成する工程とを含む。   Further, the method for producing an electrode for an organic semiconductor element of the present invention comprises a step of forming a pattern region of a self-assembled monolayer provided in a partial region outside the electrode formation region, and a coating liquid containing graphene oxide nanoribbons The step of applying and arranging the coating solution in a self-aligned manner in the electrode formation region outside the pattern region of the self-assembled monolayer, and the step of forming a thin film containing graphene nanoribbons by reducing the graphene oxide nanoribbons Including.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、各図は、発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさ及び配置が概略的に示されているに過ぎない。本発明は以下の記述によって限定されるものではなく、各構成要素は本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。以下の説明に用いる各図において、同様の要素については同一の符号を付して示し、重複する説明については省略する場合がある。また、本発明の実施形態にかかる構成は、必ずしも図示例の配置で、製造されたり、使用されたりするわけではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, each figure has shown only the shape of the component, the magnitude | size, and arrangement | positioning to such an extent that an invention can be understood. The present invention is not limited to the following description, and each component can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. In each figure used for the following description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions may be omitted. Further, the configuration according to the embodiment of the present invention is not necessarily manufactured or used in the arrangement shown in the drawing.

[酸化グラフェンナノリボンの作製]
酸化グラフェンナノリボン(GONR)は、例えば、多層カーボンナノチューブ(MWNT)をModified Hummers法で酸化することにより作製することができる(D. V. Kosynkin, A. L. Higginbotham, A. Sinitskii, J. R. Lomeda, A. Dimiev, B. K. Price, and J. M. Tour: Nature 458 (2009) 872.参照)。Modified Hummers法は、多層カーボンナノチューブを濃硫酸中で過マンガン酸カリウムにより酸化することにより酸化グラフェンナノリボンを得る方法である。
[Production of graphene oxide nanoribbons]
Graphene oxide nanoribbons (GONR) can be produced, for example, by oxidizing multi-walled carbon nanotubes (MWNT) by the Modified Hummers method (DV Kosynkin, AL Higginbotham, A. Sinitskii, JR Lomeda, A. Dimiev, BK Price). , and JM Tour: Nature 458 (2009) 872.). The Modified Hummers method is a method of obtaining graphene oxide nanoribbons by oxidizing multi-walled carbon nanotubes with potassium permanganate in concentrated sulfuric acid.

酸化グラフェンナノリボンの作製方法について具体的に説明する。
まず、多層カーボンナノチューブを濃硫酸に加えて、撹拌する。次いで、過マンガン酸カリウムを加えて加熱しつつ撹拌する。放冷後、氷浴上で過酸化水素を含む水に少しずつ加えて懸濁液を得る。得られた懸濁液を減圧ろ過する。得られた固形物を水に溶かして撹拌し、超音波を照射する。得られた溶液を再度減圧ろ過する。超音波の照射とろ過とを繰り返し、真空乾燥することにより酸化グラフェンナノリボンを固体として得ることができる。
A method for manufacturing the graphene oxide nanoribbon will be specifically described.
First, multi-walled carbon nanotubes are added to concentrated sulfuric acid and stirred. Next, potassium permanganate is added and stirred while heating. After standing to cool, it is gradually added to water containing hydrogen peroxide on an ice bath to obtain a suspension. The resulting suspension is filtered under reduced pressure. The obtained solid is dissolved in water, stirred, and irradiated with ultrasonic waves. The resulting solution is again filtered under reduced pressure. Graphene oxide nanoribbons can be obtained as a solid by repeating ultrasonic irradiation and filtration and vacuum drying.

[酸化グラフェンナノリボンの還元]
酸化グラフェンナノリボンを還元してグラフェンナノリボン(GNR)とする方法の例としては、真空中、或いは水素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中での酸素脱離法(M. J. McAllister, J-L. Li, D. H. Adamson, H. C. Schniepp, A. A. Abdala, J, Liu, M. H. Alonso, D. L., Milius, R. Car, R. K. Prud’homme, and A. Aksay, Chem. Mater., 19, 4396 (2007).参照)、及び還元試薬を用いた化学還元法が挙げられる。化学還元法としては、ヒドラジンによる還元(J. R. Lomeda, C. D. Doyle, D. V. Kosynkin, W. F. Hwang, J. M. Tour, J. Am. Chem. Soc., 130, 16201 (2008).参照)が挙げられる。
[Reduction of graphene oxide nanoribbons]
Examples of methods for reducing graphene oxide nanoribbons to graphene nanoribbons (GNR) include oxygen desorption in a vacuum or in an inert gas atmosphere such as hydrogen gas or argon gas (MJ McAllister, JL. Li, DH Adamson, HC Schniepp, AA Abdala, J, Liu, MH Alonso, DL, Milius, R. Car, RK Prud'homme, and A. Aksay, Chem. Mater., 19, 4396 (2007).), And The chemical reduction method using a reducing reagent is mentioned. Examples of the chemical reduction method include reduction with hydrazine (see JR Lomeda, CD Doyle, DV Kosynkin, WF Hwang, JM Tour, J. Am. Chem. Soc., 130, 16201 (2008)).

グラフェンナノリボンの作製方法について具体的に説明する。
グラフェンナノリボンの作製、即ち酸化グラフェンナノリボンの還元は、例えば下記(1)又は(2)の方法によって行うことができる。
A method for producing the graphene nanoribbon will be specifically described.
Preparation of graphene nanoribbons, that is, reduction of graphene oxide nanoribbons can be performed by, for example, the following method (1) or (2).

(1)加熱還元する方法:酸化グラフェンナノリボンを含有する溶液を塗布した基板を加熱する。この加熱還元において、加熱温度は、好ましくは150℃〜300℃であり、より好ましくは200℃〜250℃、更に好ましくは220℃〜240℃である。この加熱還元において、加熱時間は、好ましくは1〜20時間であり、より好ましくは5〜15時間である。
(2)ヒドラジン還元する方法:酸化グラフェンナノリボンを含有する溶液を基板に塗布し、該基板に塗布した溶液に含まれる酸化グラフェンナノリボンにヒドラジン1水和物を加えて反応させて、得られた液体から溶媒を留去する。
(1) Heat reduction method: A substrate coated with a solution containing graphene oxide nanoribbons is heated. In this heat reduction, the heating temperature is preferably 150 ° C to 300 ° C, more preferably 200 ° C to 250 ° C, and further preferably 220 ° C to 240 ° C. In this heat reduction, the heating time is preferably 1 to 20 hours, more preferably 5 to 15 hours.
(2) Method of reducing hydrazine: A solution obtained by applying a solution containing graphene oxide nanoribbons to a substrate, adding hydrazine monohydrate to the graphene oxide nanoribbons contained in the solution applied to the substrate, and reacting them. The solvent is distilled off.

[グラフェンナノリボンを含有する薄膜]
ここでグラフェンナノリボンを含有する薄膜の形成方法の例について、図17A、図17B、図17C、図17D及び図17Eを参照して説明する。図17Aは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(1)である。図17Bは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(2)である。図17Cは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(3)である。図17Dは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(4)である。図17Eは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図(5)である。
[Thin film containing graphene nanoribbons]
Here, an example of a method for forming a thin film containing graphene nanoribbons will be described with reference to FIGS. 17A, 17B, 17C, 17D, and 17E. FIG. 17A is a schematic cross-sectional view (1) for explaining an electrode manufacturing process using a self-assembled monolayer. FIG. 17B is a schematic cross-sectional view (2) for explaining an electrode manufacturing process using a self-assembled monolayer. FIG. 17C is a schematic cross-sectional view (3) for explaining the electrode manufacturing process using the self-assembled monolayer. FIG. 17D is a schematic cross-sectional view (4) for explaining the electrode manufacturing process using the self-assembled monolayer. FIG. 17E is a schematic cross-sectional view (5) for explaining an electrode manufacturing process using a self-assembled monolayer.

グラフェンナノリボンを含有する薄膜(電極)の形成方法は、基板上に、電極形成領域外の部分領域に設けられる自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に塗工液を自己整合的に配置する工程と、酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜を形成する工程とを含む。   A method for forming a thin film (electrode) containing graphene nanoribbons includes a step of forming a pattern region of a self-assembled monomolecular film provided in a partial region outside the electrode formation region on a substrate, and a coating containing a graphene oxide nanoribbon. A process liquid is applied on the substrate, and the process of arranging the coating liquid in a self-aligned manner outside the pattern area of the self-assembled monolayer and the graphene oxide nanoribbons are reduced by reducing the graphene oxide nanoribbons. Forming a containing thin film.

図17Aに示されるように、グラフェンナノリボンを含有する薄膜が形成されるべき基板1を準備する。   As shown in FIG. 17A, a substrate 1 on which a thin film containing graphene nanoribbons is to be formed is prepared.

図17Bに示されるように基板1の主面に、自己組織化単分子膜を形成する。自己組織化単分子膜の材料の例としては、ODTS(オクタデシルトリクロロシラン)、HMDS(1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン)が挙げられる。以下、(B1)ODTSを用いる自己組織化単分子膜の形成工程(ODTS処理)、及び(B2)HMDSを用いる自己組織化単分子膜の形成工程(HMDS処理)について説明する。   As shown in FIG. 17B, a self-assembled monolayer is formed on the main surface of the substrate 1. Examples of the material of the self-assembled monolayer include ODTS (octadecyltrichlorosilane) and HMDS (1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane). Hereinafter, (B1) a process of forming a self-assembled monolayer using ODTS (ODTS treatment) and (B2) a process of forming a self-assembled monolayer using HMDS (HMDS treatment) will be described.

(B1)ODTS処理:基板1を、ODTSのトルエン溶液に浸漬する。この工程は、例えば、アルゴンガス雰囲気下で、基板1を、ODTSのトルエン溶液に浸漬する工程である。次いで、基板1を取り出して洗浄する。この工程は、例えば、基板1をトルエンを用いて超音波洗浄した後、アセトンに換え、さらに超音波洗浄する工程である。最後に基板1を、例えば、加熱することにより乾燥させて、基板1の主面にODTSの自己組織化単分子膜40を形成する。
(B2)HMDS処理:基板1の主面に、HMDSの液体を滴下して加熱する。その後、取り出した基板1を、例えば、超音波の照射により洗浄した後、乾燥させることによりHMDSの自己組織化単分子膜40を形成する。
(B1) ODTS treatment: Substrate 1 is immersed in a toluene solution of ODTS. This step is, for example, a step of immersing the substrate 1 in a toluene solution of ODTS in an argon gas atmosphere. Next, the substrate 1 is taken out and cleaned. This step is, for example, a step of ultrasonically cleaning the substrate 1 using toluene, then changing to acetone, and further ultrasonically cleaning. Finally, the substrate 1 is dried by heating, for example, to form an ODTS self-assembled monolayer 40 on the main surface of the substrate 1.
(B2) HMDS treatment: HMDS liquid is dropped on the main surface of the substrate 1 and heated. Thereafter, the substrate 1 taken out is washed by, for example, ultrasonic irradiation, and then dried to form the HMDS self-assembled monolayer 40.

図17Cに示されるように、HMDS処理後或いはODTS処理後の自己組織化単分子膜40を有する基板1にシャドーマスク50を用いて露光工程を行う。シャドーマスク50は、基板1の部分領域1A(電極形成領域)を露出させる開口部を有しており、かつその他の部分領域1Bを覆うことができる形状を有している。露光工程は、例えば、オゾンUV照射である。この工程により基板1の露光された部分領域1Aの疎水性アルキル基を除去するパターニングを行うことができる。このパターニングにより部分領域1Aのみを親水性とし、部分領域1Bを疎水性とすることができる。   As shown in FIG. 17C, an exposure process is performed using a shadow mask 50 on the substrate 1 having the self-assembled monolayer 40 after the HMDS process or the ODTS process. The shadow mask 50 has an opening that exposes the partial region 1A (electrode formation region) of the substrate 1 and has a shape that can cover the other partial region 1B. The exposure process is, for example, ozone UV irradiation. By this step, patterning for removing the hydrophobic alkyl group in the exposed partial region 1A of the substrate 1 can be performed. By this patterning, only the partial region 1A can be made hydrophilic and the partial region 1B can be made hydrophobic.

図17Dに示されるように、塗工液60(インクという場合がある)を準備し、パターニングされた自己組織化単分子膜40を有する基板1上に塗工液60を供給する。   As shown in FIG. 17D, a coating liquid 60 (sometimes referred to as ink) is prepared, and the coating liquid 60 is supplied onto the substrate 1 having the patterned self-assembled monolayer 40.

塗工液60は酸化グラフェンナノリボンを媒質(分散媒)に分散させることにより形成し得る。分散媒の例としては、水、メタノール、エタノール、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、及びこれらの混合溶媒が挙げられる。   The coating liquid 60 can be formed by dispersing graphene oxide nanoribbons in a medium (dispersion medium). Examples of the dispersion medium include water, methanol, ethanol, N, N-dimethylformamide (DMF), and a mixed solvent thereof.

塗工液60の供給は印刷法等の塗布法により行うことができる。好適な塗布法の例としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、及びインクジェットプリント法が挙げられる。   The supply of the coating liquid 60 can be performed by a coating method such as a printing method. Examples of suitable coating methods include spin coating, casting, micro gravure coating, gravure coating, bar coating, roll coating, wire bar coating, dip coating, spray coating, screen printing, Examples include a flexographic printing method, an offset printing method, and an inkjet printing method.

供給された塗工液60は、疎水性の領域である部分領域1Bではじかれるため、親水性の領域である部分領域1Aのみに自己整合的に配置される。   Since the supplied coating liquid 60 is repelled in the partial region 1B which is a hydrophobic region, it is arranged in a self-aligned manner only in the partial region 1A which is a hydrophilic region.

図17Eに示されるように、供給された塗工液60のパターン領域、即ちインクが供給(塗布)された基板1に対して所定の処理を行って、インクが含有する酸化グラフェンナノリボンを還元してグラフェンナノリボンとすることにより、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極を形成する。   As shown in FIG. 17E, the pattern region of the supplied coating liquid 60, that is, the substrate 1 to which the ink is supplied (applied) is subjected to a predetermined treatment to reduce the graphene oxide nanoribbons contained in the ink. By forming a graphene nanoribbon, an electrode composed of a thin film containing the graphene nanoribbon is formed.

以下、ソース電極5及びドレイン電極5の形成工程を説明する。ソース電極5及びドレイン電極6は、例えば、以下の工程により作製することができる。
酸化グラフェンナノリボンを含む水溶液である塗工液60が、部分領域1Aである電極形成領域に自己整合的に配置された基板1を加熱して、酸化グラフェンナノリボンを還元してグラフェンナノリボンとすることにより、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなるソース電極5及びドレイン電極6を作製する。
Hereinafter, the process of forming the source electrode 5 and the drain electrode 5 will be described. The source electrode 5 and the drain electrode 6 can be manufactured by the following processes, for example.
The coating liquid 60 that is an aqueous solution containing graphene oxide nanoribbons heats the substrate 1 arranged in a self-aligned manner in the electrode formation region that is the partial region 1A, thereby reducing the graphene oxide nanoribbons to form graphene nanoribbons A source electrode 5 and a drain electrode 6 made of a thin film containing graphene nanoribbons are prepared.

[有機半導体素子]
好適な実施形態のグラフェンナノリボンを含有する薄膜は、有機半導体を含む有機薄膜への電荷の注入、或いは、高い電気伝導性、さらには、光吸収によって発生した電荷を授受することができる。したがって、これらの特性を活かして、グラフェンナノリボンを含有する薄膜を電極として有機薄膜トランジスタ、有機エレクトロルミネッセンス素子、光電変換素子等の種々の有機半導体素子に適用することができる。以下、これらの有機半導体素子について説明する。
なお、以下の説明において有機半導体素子が有し得る例えば基板等の構成要素が、例えばゲート電極等のその他の構成要素を一体的に兼ねる態様があり得る。この場合、機能的に同様であれば、一体的に構成されている構成要素を有する態様と2以上の構成要素を有する態様とは互換可能であり、例えば一体的に示されている構成要素を有する態様は2以上の構成要素を有する態様と同一視し得る。
[Organic semiconductor devices]
A thin film containing graphene nanoribbons according to a preferred embodiment can give and receive charges generated by injection of charges into an organic thin film including an organic semiconductor, high electrical conductivity, or light absorption. Therefore, taking advantage of these characteristics, the thin film containing graphene nanoribbons can be applied to various organic semiconductor elements such as organic thin film transistors, organic electroluminescent elements, and photoelectric conversion elements using the thin film as an electrode. Hereinafter, these organic semiconductor elements will be described.
In the following description, there may be a mode in which a constituent element such as a substrate that the organic semiconductor element may have also serves as another constituent element such as a gate electrode. In this case, as long as they are functionally similar, the aspect having the constituent elements configured integrally and the aspect having two or more constituent elements can be interchanged. The embodiment having the same can be equated with the embodiment having two or more components.

(有機薄膜トランジスタ)
上述したグラフェンナノリボンを含有する薄膜を用いた有機薄膜トランジスタの例としては、ソース電極及びドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となる有機半導体層(即ち、活性層)と、この電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを有する構成を有するものが挙げられ、ソース電極及びドレイン電極が、上述したグラフェンナノリボンを含有する薄膜によって構成される。このような有機薄膜トランジスタの例としては、電界効果型有機薄膜トランジスタ、静電誘導型有機薄膜トランジスタが挙げられる。
(Organic thin film transistor)
As an example of the organic thin film transistor using the thin film containing the graphene nanoribbon described above, a source electrode and a drain electrode, an organic semiconductor layer (that is, an active layer) serving as a current path between these electrodes, and the current path are passed. Examples include a structure having a gate electrode that controls the amount of current, and the source electrode and the drain electrode are formed of a thin film containing the graphene nanoribbon described above. Examples of such organic thin film transistors include field effect organic thin film transistors and electrostatic induction organic thin film transistors.

電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となる有機半導体層、この電流経路を通る電流量を制御するゲート電極、並びに、有機半導体層とゲート電極との間に配置される絶縁層(即ち、ゲート絶縁膜)を有することが好ましい。
特に、ソース電極及びドレイン電極が、有機半導体層に接して設けられており、さらに有機半導体層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが好ましい。電界効果型有機薄膜トランジスタにおいては、有機半導体層が、有機半導体を含む有機薄膜によって構成される。
A field-effect organic thin film transistor includes a source electrode and a drain electrode, an organic semiconductor layer serving as a current path between them, a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path, and a gap between the organic semiconductor layer and the gate electrode. It is preferable to have an insulating layer (that is, a gate insulating film) to be disposed.
In particular, the source electrode and the drain electrode are preferably provided in contact with the organic semiconductor layer, and the gate electrode is preferably provided with an insulating layer in contact with the organic semiconductor layer interposed therebetween. In the field effect organic thin film transistor, the organic semiconductor layer is constituted by an organic thin film containing an organic semiconductor.

静電誘導型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となる有機半導体層、並びに電流経路を通る電流量を制御するゲート電極を有し、このゲート電極が有機半導体層中に設けられていることが好ましい。特に、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層中に設けられたゲート電極が、有機半導体層に接して設けられていることが好ましい。ここで、ゲート電極の構造としては、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流経路が形成され、且つゲート電極に印加した電圧で電流経路を流れる電流量が制御できる構造であればよい。ゲート電極の構成としては、例えば、くし形電極が挙げられる。静電誘導型有機薄膜トランジスタにおいても、有機半導体層が、有機半導体を含む有機薄膜によって構成される。   The electrostatic induction type organic thin film transistor has a source electrode and a drain electrode, an organic semiconductor layer serving as a current path between them, and a gate electrode for controlling an amount of current passing through the current path, and the gate electrode is in the organic semiconductor layer. Is preferably provided. In particular, the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode provided in the organic semiconductor layer are preferably provided in contact with the organic semiconductor layer. Here, the gate electrode may have any structure as long as a current path flowing from the source electrode to the drain electrode is formed and the amount of current flowing through the current path can be controlled by a voltage applied to the gate electrode. An example of the configuration of the gate electrode is a comb electrode. Also in the electrostatic induction type organic thin film transistor, the organic semiconductor layer is constituted by an organic thin film containing an organic semiconductor.

図1を参照して、有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の第1実施形態について説明する。図1は有機薄膜トランジスタの第1実施形態にかかる模式的な断面図である。   With reference to FIG. 1, 1st Embodiment of an organic thin-film transistor (field effect type organic thin-film transistor) is described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view according to a first embodiment of an organic thin film transistor.

図1に示される有機薄膜トランジスタ100は、基板1と、基板1上に所定の間隔で離間するように、ソース電極及びドレイン電極が形成される基板1の主面に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成されたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6を覆うようにして基板1上に形成された有機半導体層2と、有機半導体層2上に形成された絶縁層3と、絶縁層3上に、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように、基板1の厚み方向から見たときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがって、ゲート電極が形成される絶縁層3に設定された部分領域3Aである電極形成領域20に絶縁層3上に形成されたゲート電極4と、を有する。   An organic thin film transistor 100 shown in FIG. 1 is a partial region 1A set on a main surface of a substrate 1 on which a source electrode and a drain electrode are formed so as to be spaced apart from the substrate 1 at a predetermined interval. The source electrode 5 and the drain electrode 6 formed in the electrode formation region 20, the organic semiconductor layer 2 formed on the substrate 1 so as to cover the source electrode 5 and the drain electrode 6, and the organic semiconductor layer 2. The source electrode 5 and the drain electrode 6 when viewed from the thickness direction of the substrate 1 so as to cover the insulating layer 3 and the region of the insulating layer 3 between the source electrode 5 and the drain electrode 6 on the insulating layer 3. And the gate electrode 4 formed on the insulating layer 3 in the electrode forming region 20 which is the partial region 3A set in the insulating layer 3 where the gate electrode is formed.

図2を参照して、有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の第2実施形態について説明する。図2は有機薄膜トランジスタ第2実施形態にかかる模式的な断面図である。図2に示される有機薄膜トランジスタ110は、基板1と、ソース電極が形成される基板1の主面に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成されたソース電極5と、ソース電極5を覆うようにして基板及びソース電極51上に形成された有機半導体層2と、ソース電極5と所定の間隔で離間するようにドレイン電極が形成される有機半導体層2に設定された部分領域2Aである電極形成領域20に形成されたドレイン電極6と、有機半導体層2及びドレイン電極6上に形成された絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように、基板1の厚み方向から見たときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがってゲート電極が形成される絶縁層3に設定された部分領域3Aである電極形成領域20に形成されたゲート電極4と、を有する。   A second embodiment of the organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic sectional view according to the second embodiment of the organic thin film transistor. An organic thin film transistor 110 shown in FIG. 2 includes a substrate 1, a source electrode 5 formed in an electrode formation region 20 which is a partial region 1A set on the main surface of the substrate 1 on which the source electrode is formed, and a source electrode 5 A partial region 2A set in the organic semiconductor layer 2 formed on the substrate and the source electrode 51 so as to cover the source electrode 5 and the organic semiconductor layer 2 in which the drain electrode is formed so as to be separated from the source electrode 5 at a predetermined interval. The drain electrode 6 formed in the electrode forming region 20, the insulating layer 3 formed on the organic semiconductor layer 2 and the drain electrode 6, and the region of the insulating layer 3 between the source electrode 5 and the drain electrode 6 An electrode formation region 2 which is a partial region 3A set in the insulating layer 3 where the gate electrode is formed across the source electrode 5 and the drain electrode 6 when viewed from the thickness direction of the substrate 1 so as to cover Having a gate electrode 4 formed.

図3を参照して、有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の第3実施形態について説明する。図3は有機薄膜トランジスタの第3実施形態にかかる模式断面図である。図3に示される有機薄膜トランジスタ120は、基板1と、ゲート電極が形成される基板1に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うように基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域をそれぞれ一部覆うように、かつ基板1の厚み方向から見たときにゲート電極4にまたがってソース電極及びドレイン電極が形成される絶縁層3に設定された部分領域3Aである電極形成領域20に所定の間隔で離間するように形成されたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6を一部覆うようにソース電極5及びドレイン電極6にまたがって絶縁層3上に形成された有機半導体層2と、を有する。   With reference to FIG. 3, a third embodiment of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view according to a third embodiment of the organic thin film transistor. An organic thin film transistor 120 shown in FIG. 3 covers the substrate 1, the gate electrode 4 formed in the electrode formation region 20 that is the partial region 1 </ b> A set on the substrate 1 on which the gate electrode is formed, and the gate electrode 4. When the gate electrode 4 is viewed from the thickness direction of the substrate 1 so as to partially cover regions of the insulating layer 3 formed on the substrate 1 and the insulating layer 3 on which the gate electrode 4 is formed below, respectively. A source electrode 5 and a drain electrode 6 formed so as to be spaced apart from each other by an electrode forming region 20 which is a partial region 3A set in the insulating layer 3 where the source electrode and the drain electrode are formed. An organic semiconductor layer 2 formed on the insulating layer 3 across the source electrode 5 and the drain electrode 6 so as to partially cover the electrode 5 and the drain electrode 6.

図4を参照して、有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の第4実施形態について説明する。図4は有機薄膜トランジスタの第4実施形態にかかる模式的な断面図である。   A fourth embodiment of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view according to a fourth embodiment of the organic thin film transistor.

図4に示される有機薄膜トランジスタ130は、基板1と、ゲート電極が形成される基板1に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1及びゲート電極4上に形成された絶縁層3と、基板1の厚み方向から見たときにゲート電極4にまたがるように絶縁層3の領域を一部覆うようにソース電極が形成される絶縁層3に設定された部分領域3Aである電極形成領域20に形成されたソース電極5と、ソース電極5を一部覆うように、かつ絶縁層3の一部を露出させるように絶縁層3上に形成された有機半導体層2と、基板1の厚み方向から見たときにゲート電極4にまたがるように有機半導体層2の一部及び絶縁膜3の一部を覆って、ドレイン電極が形成される有機半導体層2及び絶縁層3にそれぞれ設定された部分領域2A、3Aである電極形成領域20にソース電極5と所定の間隔で離間するように形成されたドレイン電極6と、を有する。   An organic thin film transistor 130 shown in FIG. 4 covers the substrate 1, the gate electrode 4 formed in the electrode formation region 20 that is the partial region 1 </ b> A set on the substrate 1 on which the gate electrode is formed, and the gate electrode 4. The insulating layer 3 formed on the substrate 1 and the gate electrode 4 and the source electrode so as to partially cover the region of the insulating layer 3 so as to straddle the gate electrode 4 when viewed from the thickness direction of the substrate 1. The source electrode 5 formed in the electrode forming region 20 which is the partial region 3A set in the insulating layer 3 is insulated so as to partially cover the source electrode 5 and to expose a part of the insulating layer 3 An organic semiconductor layer 2 formed on the layer 3, and a part of the organic semiconductor layer 2 and a part of the insulating film 3 so as to straddle the gate electrode 4 when viewed from the thickness direction of the substrate 1, and a drain electrode Organic half formed A body layer 2 and set to the insulating layer 3 subregion 2A, a drain electrode 6 formed so as to be separated at a is the electrode formation region 20 on the source electrode 5 at a predetermined distance 3A, the.

図5を参照して、有機薄膜トランジスタ(静電誘導型有機薄膜トランジスタ)の第5実施形態について説明する。図5は有機薄膜トランジスタの第5実施形態にかかる模式断面図である。   With reference to FIG. 5, a fifth embodiment of an organic thin film transistor (electrostatic induction type organic thin film transistor) will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view according to a fifth embodiment of the organic thin film transistor.

図5に示される有機薄膜トランジスタ140は、基板1と、基板1上に形成されたソース電極5と、ソース電極5上に形成された有機半導体層2と、ゲート電極が形成される有機半導体層2に設定された部分領域2Aである電極形成領域20に所定の間隔で離間するように複数形成された櫛歯状のゲート電極4と、櫛歯状のゲート電極4の全てを一体的に覆うようにして有機半導体層2及びゲート電極4上に形成された有機半導体層2a(有機半導体層2aを構成する材料は、有機半導体層2と同一でも異なっていてもよい)と、有機半導体層2a上であって、ドレイン電極が形成される有機半導体層2aに設定された部分領域2aAである電極形成領域20に基板1の厚み方向から見たときに櫛歯状のゲート電極4に重なるように一体的に形成されたドレイン電極6と、を有する。   An organic thin film transistor 140 shown in FIG. 5 includes a substrate 1, a source electrode 5 formed on the substrate 1, an organic semiconductor layer 2 formed on the source electrode 5, and an organic semiconductor layer 2 on which a gate electrode is formed. A plurality of comb-like gate electrodes 4 formed so as to be spaced apart from each other at a predetermined interval in the electrode formation region 20 that is the partial region 2A set to be a single region so as to cover all of the comb-like gate electrodes 4 The organic semiconductor layer 2a formed on the organic semiconductor layer 2 and the gate electrode 4 (the material constituting the organic semiconductor layer 2a may be the same as or different from that of the organic semiconductor layer 2), and on the organic semiconductor layer 2a In addition, the electrode forming region 20 which is the partial region 2aA set in the organic semiconductor layer 2a where the drain electrode is formed is integrated so as to overlap the comb-shaped gate electrode 4 when viewed from the thickness direction of the substrate 1. In Having a drain electrode 6 made, the.

図6を参照して、有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の第6実施形態について説明する。図6は有機薄膜トランジスタの第6実施形態にかかる模式断面図である。   A sixth embodiment of the organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view according to a sixth embodiment of the organic thin film transistor.

図6に示される有機薄膜トランジスタ150は、基板1と、基板1上に形成された有機半導体層2と、ソース電極が形成される有機半導体層2に設定された部分領域2Aである電極形成領域20に所定の間隔で離間するように形成されたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6を一部覆うようにソース電極5及びドレイン電極6にまたがって有機半導体層2上に形成された絶縁層3と、基板1の厚み方向から見たときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように、ゲート電極が形成される絶縁層3に設定された部分領域3Aである電極形成領域20に形成されたゲート電極4と、を有する。   An organic thin film transistor 150 shown in FIG. 6 includes a substrate 1, an organic semiconductor layer 2 formed on the substrate 1, and an electrode formation region 20 which is a partial region 2A set in the organic semiconductor layer 2 on which a source electrode is formed. On the organic semiconductor layer 2 across the source electrode 5 and the drain electrode 6 so as to partially cover the source electrode 5 and the drain electrode 6. Electrode formation which is a partial region 3A set in the insulating layer 3 on which the gate electrode is formed so as to straddle the source electrode 5 and the drain electrode 6 when viewed from the thickness direction of the substrate 1 and the insulating layer 3 formed And a gate electrode 4 formed in the region 20.

図7を参照して、有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の第7実施形態について説明する。図7は有機薄膜トランジスタの第7実施形態にかかる模式断面図である。   A seventh embodiment of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view according to a seventh embodiment of the organic thin film transistor.

図7に示される有機薄膜トランジスタ160は、基板1と、ゲート電極が形成される基板1に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、基板1の厚み方向から見たときにゲート電極4を覆うように形成された有機半導体層2と、基板1の厚み方向から見たときにゲート電極4の一部にまたがるようにソース電極が形成される有機半導体層2に設定された部分領域2Aである電極形成領域20に形成されたソース電極5と、基板1の厚み方向から見たときにゲート電極4の一部にまたがるように、かつソース電極5と所定の間隔で離間するようにドレイン電極が形成される有機半導体層2に設定された部分領域2Aである電極形成領域20に形成されたドレイン電極6と、を有する。   An organic thin film transistor 160 shown in FIG. 7 covers the substrate 1, the gate electrode 4 formed in the electrode formation region 20 that is the partial region 1 </ b> A set on the substrate 1 on which the gate electrode is formed, and the gate electrode 4. Insulating layer 3 formed on substrate 1, organic semiconductor layer 2 formed to cover gate electrode 4 when viewed from the thickness direction of substrate 1, and when viewed from the thickness direction of substrate 1 The source electrode 5 formed in the electrode formation region 20 which is the partial region 2A set in the organic semiconductor layer 2 where the source electrode is formed so as to span a part of the gate electrode 4 and the thickness of the substrate 1 An electrode formation region 20 which is a partial region 2A set in the organic semiconductor layer 2 where the drain electrode is formed so as to sometimes span a part of the gate electrode 4 and to be separated from the source electrode 5 at a predetermined interval. It has formed a drain electrode 6, a.

有機薄膜トランジスタの第1実施形態から第7実施形態において、ソース電極5及びドレイン電極6を、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極によって構成し、有機半導体層2及び/又は有機半導体層2aの電流通路(チャネル)を構成する。また、ゲート電極4は、電圧を印加することにより有機半導体層2及び/又は有機半導体層2aにおける電流通路(チャネル)を通る電流量を制御する。
ゲート電極4はグラフェンナノリボンを含有する薄膜により形成することが好ましい。ゲート電極4は、グラフェンナノリボン以外の他の電極材料を使用してもよい。
In the first to seventh embodiments of the organic thin film transistor, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are constituted by electrodes made of a thin film containing graphene nanoribbons, and the current path of the organic semiconductor layer 2 and / or the organic semiconductor layer 2a (Channel) is configured. The gate electrode 4 controls the amount of current passing through the current path (channel) in the organic semiconductor layer 2 and / or the organic semiconductor layer 2a by applying a voltage.
The gate electrode 4 is preferably formed of a thin film containing graphene nanoribbons. The gate electrode 4 may use an electrode material other than the graphene nanoribbon.

上述した有機薄膜トランジスタの実施形態のうち、電界効果型有機薄膜トランジスタは、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極を除き、公知の方法、例えば、特開平5−110069号公報に記載の方法により製造することができる。また、上述した有機薄膜トランジスタの実施形態のうち、静電誘導型有機薄膜トランジスタは、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極を除き、公知の方法、例えば、特開2004−006476号公報に記載の方法により製造することができる。   Of the embodiments of the organic thin film transistor described above, the field effect organic thin film transistor is manufactured by a known method, for example, a method described in JP-A No. 5-110069 except for an electrode made of a thin film containing graphene nanoribbons. Can do. Further, among the embodiments of the organic thin film transistor described above, the static induction organic thin film transistor is formed by a known method, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-006476, except for an electrode made of a thin film containing graphene nanoribbons. Can be manufactured.

基板1は、有機薄膜トランジスタとしての特性を阻害しなければ制限されない。基板1としては、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板、プラスチック基板を用いることができる。   The board | substrate 1 will not be restrict | limited unless the characteristic as an organic thin-film transistor is inhibited. As the substrate 1, a glass substrate, a flexible film substrate, or a plastic substrate can be used.

有機半導体層2に使用する材料の例としては、キャリア輸送性を有する高分子化合物及び低分子化合物、カーボンナノチューブ(CNT)、グラフェンナノリボン等の分散によるインクの形成が可能な材料、蒸着可能な低分子材料が挙げられる。   Examples of materials used for the organic semiconductor layer 2 include materials capable of forming ink by dispersion of polymer compounds and low-molecular compounds having carrier transportability, carbon nanotubes (CNT), graphene nanoribbons, and the like, and low-evaporable materials. Examples include molecular materials.

有機半導体層2に使用する材料としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ベンゾペンタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ナフトペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ナノアセン等のアセン化合物;フェナントレン、ピセン、フルミネン、ピレン、アンタンスレン、ペロピレン、コロネン、ベンゾコロネン、ジベンゾコロネン、ヘキサブンゾコロネン、ベンゾジコロネン、ビニルコロネン等のコロネン化合物;ペリレン、テリレン、ジペリレン、クオテリレン等のペリレン化合物;トリナフチン、ヘプタフェン、オバレン、ルビセン、ビオラントロン、イソビオラントロン、クリセン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、ビフェニル、トリフェニレン、ターフェニル、クォターフェニル、サーコビフェニル、ケクレン、フタロシアニン、ポルフィリン、フラーレン(C60フラーレン、C70フラーレン)、テトラチオフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタン化合物、チオフェンのオリゴマー、ピロールのオリゴマー、フェニレンのオリゴマー、フェニレンビニレンのオリゴマー、チエニレンビニレンのオリゴマー、チオフェンとフェニレンとのオリゴマー、チオフェンとフルオレンとのオリゴマー、これらの誘導体(例えば、テトラセンのベンゼン環付加誘導体であるルブレン等)、フラーレン類の共役系を拡張したカーボンナノチューブ等の低分子有機半導体化合物;ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリトリフェニルアミン、トリフェニルアミンとフェニレンビニレンとの共重合体;チオフェンとフェニレンとの共重合体;チオフェンとフルオレンとの共重合体、チオフェン誘導体とベンゾチアジアゾールの共重合体、これらの誘導体(例えば、ポリチオフェンのアルキル置換体であるポリ(3−ヘキシルチオフェン)等)等の高分子有機半導体化合物が挙げられる。有機半導体層2に使用する材料は、好ましくは、以下の式(1a)〜式(1o)で表される化合物である。   Examples of the material used for the organic semiconductor layer 2 include anthracene, tetracene, pentacene, benzopentacene, dibenzopentacene, tetrabenzopentacene, naphthopentacene, hexacene, heptacene, nanoacene, and other acene compounds; phenanthrene, picene, fluorene, pyrene, Coronene compounds such as antanthrene, peropyrene, coronene, benzocoronene, dibenzocoronene, hexabunzocoronene, benzodicoronene, vinyl coronene; perylene compounds such as perylene, terylene, diperylene, quaterylene; Throne, Chrysene, Circumanthracene, Bisanthene, Zesulene, Heptazesulene, Pyranthrene, Biolanten, Isoviolan , Biphenyl, triphenylene, terphenyl, quarterphenyl, circophenyl, ketrene, phthalocyanine, porphyrin, fullerene (C60 fullerene, C70 fullerene), tetrathiofulvalene compound, quinone compound, tetracyanoquinodimethane compound, thiophene oligomer , Oligomers of pyrrole, oligomers of phenylene, oligomers of phenylene vinylene, oligomers of thienylene vinylene, oligomers of thiophene and phenylene, oligomers of thiophene and fluorene, derivatives thereof (for example, rubrene which is a benzene ring addition derivative of tetracene, etc. ), Low molecular organic semiconductor compounds such as carbon nanotubes with expanded conjugated system of fullerenes; polythiophene, polyphenylene, polyaniline, polyphene Lembinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene, polydiacetylene, polytriphenylamine, copolymer of triphenylamine and phenylene vinylene; copolymer of thiophene and phenylene; copolymer of thiophene and fluorene, thiophene derivative and High molecular organic semiconductor compounds such as copolymers of benzothiadiazole and derivatives thereof (for example, poly (3-hexylthiophene) which is an alkyl-substituted polythiophene) can be used. The material used for the organic semiconductor layer 2 is preferably a compound represented by the following formulas (1a) to (1o).

上記式(1a)〜(1o)中、R1、R2、R3、及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、シリルオキシ基、置換シリルオキシ基、1価の複素環基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。nは1以上の整数である。アルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基の炭素原子数は、通常、1〜20である。アリール基、アリールオキシ基及びアリールチオ基の炭素原子数は、通常、6〜30である。アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基及びアリールアルキニル基の炭素原子数は、通常、8〜40である。
上記式(1a)〜(1o)中、nは、繰り返し単位数であり、通常、1〜10000の整数である。
In the above formulas (1a) to (1o), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, or an arylthio group. , Arylalkyl group, arylalkoxy group, arylalkylthio group, arylalkenyl group, arylalkynyl group, amino group, substituted amino group, silyl group, substituted silyl group, silyloxy group, substituted silyloxy group, monovalent heterocyclic group, halogen Represents an atom or a cyano group. n is an integer of 1 or more. The number of carbon atoms of the alkyl group, alkoxy group and alkylthio group is usually 1-20. The number of carbon atoms of the aryl group, aryloxy group and arylthio group is usually 6-30. The number of carbon atoms of the arylalkyl group, arylalkoxy group, arylalkylthio group, arylalkenyl group and arylalkynyl group is usually 8-40.
In the above formulas (1a) to (1o), n is the number of repeating units and is usually an integer of 1 to 10,000.

有機半導体層2に接して設けられる絶縁層3としては、電気の絶縁性が高い材料として公知のものを用いることができる。絶縁層3の材料としては、例えば、SiOx、SiNx、Ta、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、有機ガラス、フォトレジスト等が挙げられる。絶縁層3の材料は、駆動電圧をより低くすることができるため、誘電率の高い材料の方が好ましい。 As the insulating layer 3 provided in contact with the organic semiconductor layer 2, a known material having high electrical insulation can be used. Examples of the material of the insulating layer 3 include SiOx, SiNx, Ta 2 O 5 , polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinyl phenol, organic glass, and photoresist. The material of the insulating layer 3 is preferably a material having a high dielectric constant because the driving voltage can be lowered.

ゲート電極4の材料の例としては、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム錫酸化物(ITO)等が挙げられる。これらの材料は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、ゲート電極4は、本発明のグラフェンナノリボンを含有する薄膜とすることができる。さらに、ゲート電極4としては、高濃度に不純物がドープされたシリコン基板を用いることも可能である。高濃度に不純物がドープされたシリコン基板は、ゲート電極としての機能とともに、基板としての機能も併せて有する。例えば、上述した第3実施形態の有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極4が基板1を兼ねる構成とした場合、そのような有機薄膜トランジスタは、例えば図13に示される構造を有する(詳細は後述する)。   Examples of the material of the gate electrode 4 include metals such as gold, platinum, silver, copper, chromium, palladium, aluminum, indium, molybdenum, low resistance polysilicon, and low resistance amorphous silicon, tin oxide, indium oxide, and indium tin. An oxide (ITO) etc. are mentioned. These materials can be used alone or in combination of two or more. The gate electrode 4 can be a thin film containing the graphene nanoribbon of the present invention. Furthermore, as the gate electrode 4, a silicon substrate doped with impurities at a high concentration can be used. A silicon substrate doped with impurities at a high concentration has a function as a gate electrode as well as a function as a substrate. For example, in the organic thin film transistor of the third embodiment described above, when the gate electrode 4 also serves as the substrate 1, such an organic thin film transistor has a structure shown in FIG. 13 (details will be described later).

ソース電極5及びドレイン電極6は、低抵抗の材料から構成されることが好ましく、本発明のグラフェンナノリボンを含有する薄膜を用いることが好適である。   The source electrode 5 and the drain electrode 6 are preferably made of a low-resistance material, and it is preferable to use a thin film containing the graphene nanoribbon of the present invention.

以上、好適な実施形態の有機薄膜トランジスタとして幾つかの構成例を説明したが、有機薄膜トランジスタは上記の実施形態に限定されない。例えば、上述したような有機薄膜トランジスタを作製した後には、有機薄膜トランジスタを保護するため、有機薄膜トランジスタ上に図示しない保護膜を形成することが好ましい。これにより、有機薄膜トランジスタが大気から遮断され、有機薄膜トランジスタの特性の低下を抑制することができる。また、保護膜によって、有機薄膜トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成する場合、その形成工程における有機薄膜トランジスタへの影響も低減することができる。   As mentioned above, although some structural examples were demonstrated as an organic thin-film transistor of suitable embodiment, an organic thin-film transistor is not limited to said embodiment. For example, after producing the organic thin film transistor as described above, it is preferable to form a protective film (not shown) on the organic thin film transistor in order to protect the organic thin film transistor. Thereby, an organic thin-film transistor is interrupted | blocked from air | atmosphere and the fall of the characteristic of an organic thin-film transistor can be suppressed. In addition, when a display device that is driven on the organic thin film transistor is formed by the protective film, the influence on the organic thin film transistor in the formation process can be reduced.

このような保護膜を形成する方法の例としては、有機薄膜トランジスタを、UV硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のSiONx膜等でカバーする方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため、有機薄膜トランジスタを、作製後保護膜を形成するまでの工程は、大気に曝すことなく、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等で行うことが好ましい。   Examples of a method for forming such a protective film include a method of covering an organic thin film transistor with a UV curable resin, a thermosetting resin, an inorganic SiONx film, or the like. In order to effectively cut off from the atmosphere, it is preferable to carry out the steps from the preparation of the organic thin film transistor to the formation of the protective film in a dry nitrogen atmosphere or in a vacuum without being exposed to the atmosphere.

このように構成された電界効果型有機薄膜トランジスタは、アクティブマトリックス駆動方式の液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの各画素を駆動するためのスイッチング素子等として適用できる。そして、上述した実施形態の電界効果型有機薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極は、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる。グラフェンナノリボンを含有する薄膜は、有機半導体を含む層との接触抵抗が低く、その結果、電界効果移動度を高くできるため、電界効果型有機薄膜トランジスタの応答速度をより速くし得る。
そして、グラフェンナノリボンを含有する薄膜を用いた有機半導体素子用電極は、インクジェット法等の印刷法を利用できるため、大面積なディスプレイ等の有機半導体素子を安価に製造することができる。
The field-effect organic thin film transistor thus configured can be applied as a switching element for driving each pixel of an active matrix driving type liquid crystal display, an organic electroluminescence display, or the like. And the source electrode and drain electrode of the field effect type organic thin-film transistor of embodiment mentioned above consist of a thin film containing a graphene nanoribbon. A thin film containing a graphene nanoribbon has a low contact resistance with a layer containing an organic semiconductor, and as a result, the field effect mobility can be increased, so that the response speed of the field effect organic thin film transistor can be further increased.
And since the electrode for organic-semiconductor elements using the thin film containing a graphene nanoribbon can utilize printing methods, such as an inkjet method, organic-semiconductor elements, such as a large area display, can be manufactured cheaply.

(太陽電池)
次に、グラフェンナノリボンを含有する薄膜の太陽電池への応用を説明する。
(Solar cell)
Next, application of a thin film containing graphene nanoribbons to a solar cell will be described.

図8を参照して、太陽電池の好適な実施形態について説明する。図8は、太陽電池の模式的な断面図である。
図8に示される太陽電池200は、基板1と、第1の電極が形成される基板1に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された有機薄膜からなる有機半導体層2と、第2の電極が形成される有機半導体層2に設定された部分領域2Aである電極形成領域20に形成された第2の電極7bと、を有する。この第1の電極7a及び第2の電極7bのうちの少なくとも一方の電極が、グラフェンナノリボンを含有する薄膜によって構成されている。
A preferred embodiment of the solar cell will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a solar cell.
A solar cell 200 shown in FIG. 8 includes a substrate 1, a first electrode 7a formed in an electrode formation region 20 which is a partial region 1A set on the substrate 1 on which the first electrode is formed, and a first electrode 7a. The organic semiconductor layer 2 made of an organic thin film formed on the electrode 7a, and a second region formed in the electrode formation region 20 which is a partial region 2A set in the organic semiconductor layer 2 on which the second electrode is formed. And an electrode 7b. At least one of the first electrode 7a and the second electrode 7b is composed of a thin film containing graphene nanoribbons.

本実施形態にかかる太陽電池においては、第1の電極7a及び第2の電極7bのうちの一方に透明又は半透明の電極を用いる。電極材料の例としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属が挙げられる。透明又は半透明の電極は、これらの金属からなる半透明膜、透明導電膜を用いることができる。高い開放電圧を得るためには、それぞれの電極として、仕事関数の差が大きくなるように選ぶことが好ましい。有機半導体層2(有機薄膜)中には光感度を高めるために電荷発生剤、増感剤等のさらなる成分を添加することができる。基板1としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。   In the solar cell according to the present embodiment, a transparent or translucent electrode is used for one of the first electrode 7a and the second electrode 7b. Examples of the electrode material include metals such as aluminum, gold, silver, copper, alkali metal, and alkaline earth metal. As the transparent or translucent electrode, a translucent film or a transparent conductive film made of these metals can be used. In order to obtain a high open circuit voltage, it is preferable to select each electrode so that the difference in work function is large. In the organic semiconductor layer 2 (organic thin film), further components such as a charge generator and a sensitizer can be added in order to increase photosensitivity. As the substrate 1, a silicon substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or the like can be used.

上記構成を有する太陽電池は、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極7a又は7bが、高い光透過性を有しており、電荷の授受を効率的に行うことができるため、効率よく発電を行うことが可能となる。   The solar cell having the above configuration efficiently generates power because the electrode 7a or 7b made of a thin film containing graphene nanoribbons has high light transmittance and can efficiently transfer and receive charges. It becomes possible.

(光センサ)
次に、グラフェンナノリボンを含有する薄膜の光センサへの応用を説明する。
(Optical sensor)
Next, application of a thin film containing graphene nanoribbons to an optical sensor will be described.

図9を参照して、光センサの第1実施形態について説明する。図9は、光センサの第1実施形態にかかる模式的な断面図である。   With reference to FIG. 9, 1st Embodiment of an optical sensor is described. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view according to the first embodiment of the optical sensor.

図9に示される光センサ300は、基板1と、第1の電極が形成される基板1に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された有機薄膜からなる有機半導体層2と、有機半導体層2上に形成された電荷発生層8と、第2の電極が形成される電荷発生層8に設定された部分領域8Aである電極形成領域20に形成された第2の電極7bと、を有する。この第1の電極7a及び第2の電極7bのうちの少なくとも一方の電極が、好適な実施形態のグラフェンナノリボン薄膜によって構成されている。   An optical sensor 300 shown in FIG. 9 includes a substrate 1, a first electrode 7a formed in an electrode formation region 20 which is a partial region 1A set on the substrate 1 on which the first electrode is formed, The organic semiconductor layer 2 made of an organic thin film formed on the electrode 7a, the charge generation layer 8 formed on the organic semiconductor layer 2, and the portion set in the charge generation layer 8 on which the second electrode is formed And the second electrode 7b formed in the electrode formation region 20 which is the region 8A. At least one of the first electrode 7a and the second electrode 7b is composed of the graphene nanoribbon thin film according to a preferred embodiment.

図10を参照して、光センサの第2実施形態について説明する。図10は、光センサの第2実施形態にかかる模式的な断面図である。   A second embodiment of the photosensor will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view according to the second embodiment of the optical sensor.

図10に示される光センサ310は、基板1と、第1の電極が形成される基板1に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された電荷発生層8と、電荷発生層8上に形成された有機薄膜からなる有機半導体層2と、第2の電極が形成される有機半導体層2に設定された部分領域2Aである電極形成領域20に形成された第2の電極7bと、を有する。この第1の電極7a及び第2の電極7bのうちの少なくとも一方の電極が、グラフェンナノリボンを含有する薄膜によって構成されている。   An optical sensor 310 shown in FIG. 10 includes a substrate 1, a first electrode 7a formed in an electrode formation region 20 that is a partial region 1A set on the substrate 1 on which the first electrode is formed, The charge generation layer 8 formed on the electrode 7a, the organic semiconductor layer 2 made of an organic thin film formed on the charge generation layer 8, and the portion set in the organic semiconductor layer 2 on which the second electrode is formed And the second electrode 7b formed in the electrode formation region 20 which is the region 2A. At least one of the first electrode 7a and the second electrode 7b is composed of a thin film containing graphene nanoribbons.

図11は、光センサの第3実施形態にかかる模式的な断面図である。図11に示す光センサ320は、基板1と、第1の電極が形成される基板1に設定された部分領域1Aである電極形成領域20に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された有機薄膜からなる有機半導体層2と、第2の電極が形成される有機半導体層2に設定された部分領域2Aである電極形成領域20に形成された第2の電極7bと、を有する。この第1の電極7a及び第2の電極7bのうちの少なくとも一方の電極が、グラフェンナノリボンを含有する薄膜によって構成されている。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view according to the third embodiment of the optical sensor. An optical sensor 320 shown in FIG. 11 includes a substrate 1, a first electrode 7a formed in an electrode formation region 20 that is a partial region 1A set on the substrate 1 on which the first electrode is formed, An organic semiconductor layer 2 made of an organic thin film formed on the electrode 7a, and a second electrode formed in the electrode formation region 20 which is a partial region 2A set in the organic semiconductor layer 2 where the second electrode is formed 7b. At least one of the first electrode 7a and the second electrode 7b is composed of a thin film containing graphene nanoribbons.

上記の第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態にかかる光センサにおいては、第1の電極7a及び第2の電極7bのうちの一方に透明又は半透明の電極を用いる。電極の材料の例としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属が挙げられる。電極としてはこれらの金属の半透明膜、透明導電膜を用いることができる。電荷発生層8は光を吸収して電荷を発生する層である。有機半導体層2中には光感度を高めるために電荷発生剤、増感剤等を添加して用いることができる。また基板1としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。   In the optical sensor according to the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, a transparent or translucent electrode is used for one of the first electrode 7a and the second electrode 7b. Examples of the electrode material include metals such as aluminum, gold, silver, copper, alkali metal, and alkaline earth metal. As the electrode, a semitransparent film or a transparent conductive film of these metals can be used. The charge generation layer 8 is a layer that absorbs light and generates charges. In the organic semiconductor layer 2, a charge generating agent, a sensitizer and the like can be added and used in order to increase the photosensitivity. As the substrate 1, a silicon substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or the like can be used.

上記構成を有する光センサは、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極7a又は7bが、高い光透過性を有しており、かつ電荷の授受を効率的に行うことができるため、高い感度を有する。   The optical sensor having the above configuration has high sensitivity because the electrode 7a or 7b made of a thin film containing graphene nanoribbons has high light transmittance and can efficiently transfer and receive charges. .

(有機エレクトロルミネッセンス素子)
次に、上述した実施形態にかかる有機薄膜トランジスタを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子について説明する。
(Organic electroluminescence device)
Next, an organic electroluminescence element using the organic thin film transistor according to the above-described embodiment will be described.

有機エレクトロルミネッセンス素子は、通常、駆動トランジスタ及びスイッチングトランジスタの少なくとも2つの有機薄膜トランジスタを有する。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、このうちの少なくとも1つの有機薄膜トランジスタとして、上述したような好適な実施形態にかかる有機薄膜トランジスタを用いる。   An organic electroluminescence element usually has at least two organic thin film transistors, a driving transistor and a switching transistor. The organic electroluminescent element of the present invention uses the organic thin film transistor according to the preferred embodiment as described above as at least one of the organic thin film transistors.

図12を参照して、有機エレクトロルミネッセンス素子の実施形態について説明する。図12は、有機エレクトロルミネッセンス素子の模式的な断面図である。   With reference to FIG. 12, embodiment of an organic electroluminescent element is described. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an organic electroluminescence element.

図12に示される有機エレクトロルミネッセンス素子400においては、基板1と、ゲート電極が形成される基板1に設定された部分領域1Aである電極形成領域20にパターニングされたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、基板1の厚み方向から見たときにゲート電極4と少なくとも一部が重なるように、ソース電極及びドレイン電極が形成される絶縁層3に設定された部分領域3Aである電極形成領域20に所定の間隔で互いに離間するように形成されたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6にまたがってソース電極5及びドレイン電極6それぞれの一部を覆うように絶縁層3、ソース電極5及びドレイン電極6上に形成された有機半導体層2と、有機半導体層2全体を覆うように有機半導体層2上に形成された保護膜11とにより、有機薄膜トランジスタTが構成されている。   In the organic electroluminescence element 400 shown in FIG. 12, the gate electrode 4 patterned in the electrode formation region 20 which is the partial region 1A set on the substrate 1, the substrate 1 on which the gate electrode is formed, and the gate electrode 4 An insulating layer 3 formed on the substrate 1 so as to cover the gate electrode, and an insulating layer on which a source electrode and a drain electrode are formed so as to at least partially overlap the gate electrode 4 when viewed in the thickness direction of the substrate 1 The source electrode 5 and the drain electrode 6 formed so as to be separated from each other at a predetermined interval in the electrode forming region 20 which is the partial region 3A set to 3, and the source electrode 5 and the source electrode 5 extending over the source electrode 5 and the drain electrode 6 An organic semiconductor layer 2 formed on the insulating layer 3, the source electrode 5, and the drain electrode 6 so as to cover a part of each drain electrode 6; The protective film 11 formed on the organic semiconductor layer 2 so as to cover the entire body layer 2, an organic thin film transistor T is formed.

また、有機エレクトロルミネッセンス素子400においては、有機薄膜トランジスタT上に、層間絶縁膜12を介して、下部電極(陽極)13、発光素子14及び上部電極(陰極)15が順次積層されており、層間絶縁膜12に層間絶縁膜12を貫通するように設けられたビアホール12aを通じて下部電極13とトランジスタTのドレイン電極6とが電気的に接続されている。また、下部電極13及び発光素子14の周囲には、隣り合う発光素子14同士を電気的に分離するバンク部16が設けられている。さらに、上部電極15の上方には基板18が配置され、上部電極15と基板18との間は封止部材17によって封止されている。   In the organic electroluminescence element 400, the lower electrode (anode) 13, the light emitting element 14, and the upper electrode (cathode) 15 are sequentially stacked on the organic thin film transistor T via the interlayer insulating film 12. The lower electrode 13 and the drain electrode 6 of the transistor T are electrically connected to each other through a via hole 12 a provided in the film 12 so as to penetrate the interlayer insulating film 12. In addition, a bank 16 is provided around the lower electrode 13 and the light emitting element 14 to electrically separate the adjacent light emitting elements 14 from each other. Further, a substrate 18 is disposed above the upper electrode 15, and a gap between the upper electrode 15 and the substrate 18 is sealed with a sealing member 17.

図12に示しされる有機エレクトロルミネッセンス素子400において、有機薄膜トランジスタTは、駆動トランジスタとして機能する。また、図12に示される有機エレクトロルミネッセンス素子400において、スイッチングトランジスタは省略されている。   In the organic electroluminescence element 400 shown in FIG. 12, the organic thin film transistor T functions as a drive transistor. Further, in the organic electroluminescence element 400 shown in FIG. 12, the switching transistor is omitted.

本実施形態にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子400においては、有機薄膜トランジスタTに上述したようなグラフェンナノリボンを含有する薄膜を、ゲート電極4、ソース電極5及びドレイン電極6のうちのいずれか又はこれらの組み合わせに適用した有機薄膜トランジスタが用いられる。それ以外の構成部材については、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子における構成部材を用いることができる。なお、この実施形態では例えば上部電極15、封止部材17及び基板18を、透明又は半透明としてトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子とすることができる。またトランジスタT、基板1を透明又は半透明にしてボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子とすることもできる。   In the organic electroluminescence device 400 according to the present embodiment, the thin film containing the graphene nanoribbon as described above in the organic thin film transistor T is used as one of the gate electrode 4, the source electrode 5, the drain electrode 6, or a combination thereof. The applied organic thin film transistor is used. About the other structural member, the structural member in a well-known organic electroluminescent element can be used. In this embodiment, for example, the upper electrode 15, the sealing member 17, and the substrate 18 can be transparent or translucent to form a top emission type organic electroluminescence element. The transistor T and the substrate 1 may be transparent or semi-transparent to form a bottom emission type organic electroluminescence element.

また、図12に示される有機エレクトロルミネッセンス素子400は、発光素子14に白色発光材料を用いることで面状光源として機能させることができる。さらには発光素子14として、赤色発光材料を用いる発光素子、青色発光材料を用いる発光素子及び緑色発光材料を用いる発光素子を形成し、それぞれの発光素子の駆動をトランジスタTにより制御することで、カラー表示装置とすることもできる。   Moreover, the organic electroluminescent element 400 shown by FIG. 12 can be functioned as a planar light source by using a white light emitting material for the light emitting element 14. FIG. Further, as the light emitting element 14, a light emitting element using a red light emitting material, a light emitting element using a blue light emitting material, and a light emitting element using a green light emitting material are formed, and the driving of each light emitting element is controlled by the transistor T. It can also be a display device.

このような有機エレクトロルミネッセンス素子において、パターン状の発光を得るための方法の例としては、面状の発光素子の表面にパターン状の窓を設けたマスクを設置する方法、発光素子を構成する発光層の非発光とすべき部分を極端に厚く形成し実質的に非発光とする方法、陽極若しくは陰極、又は両方の電極をパターン状に形成する方法が挙げられる。これらのいずれかの方法でパターンを形成し、いくつかの電極を独立にON又はOFFできるように配置することによって、数字や文字、簡単な記号等を表示できるセグメントタイプの表示素子が得られる。   Examples of a method for obtaining a patterned light emission in such an organic electroluminescence element include a method of installing a mask provided with a patterned window on the surface of a planar light emitting element, and a light emission constituting the light emitting element. Examples thereof include a method in which a portion to be made non-light-emitting in the layer is made extremely thick to make it substantially non-light-emitting, and a method in which the anode or cathode, or both electrodes are formed in a pattern. A segment type display element capable of displaying numbers, letters, simple symbols, etc. can be obtained by forming a pattern by any of these methods and arranging some electrodes so that they can be turned ON or OFF independently.

さらに、ドットマトリックス表示素子とするためには、陽極と陰極をともにストライプ状に形成して直交するように配置すればよい。複数の種類の発光色の異なる高分子蛍光体を塗り分ける方法や、カラーフィルター又は蛍光変換フィルターを用いる方法により、部分カラー表示やマルチカラー表示が可能となる。ドットマトリックス表示素子は、パッシブ駆動させることが可能であるし、またTFT(薄膜トランジスタ)等と組み合わせてアクティブ駆動させてもよい。これらの表示素子は、コンピュータ、テレビ、携帯端末、携帯電話、カーナビゲーション、ビデオカメラのビューファインダー等の表示装置として用いることができる。   Furthermore, in order to obtain a dot matrix display element, both the anode and the cathode may be formed in stripes and arranged so as to be orthogonal to each other. Partial color display and multicolor display are possible by a method of separately coating a plurality of types of polymeric fluorescent substances having different emission colors or a method using a color filter or a fluorescence conversion filter. The dot matrix display element can be driven passively or can be driven actively in combination with a TFT (thin film transistor). These display elements can be used as display devices for computers, televisions, mobile terminals, mobile phones, car navigation systems, video camera viewfinders, and the like.

なお、好適な実施形態の有機薄膜トランジスタを適用した有機半導体素子としては、このような有機エレクトロルミネッセンス素子以外にも、例えば、電子タグ、液晶表示素子が挙げられる。そして、これらの有機半導体素子に、本発明の実施形態にかかる有機薄膜トランジスタを用いれば、より良好かつ均質なトランジスタ特性を発揮し得るため、有機半導体素子の動作特性を、安定でかつ優れたものとすることができる。   In addition, examples of the organic semiconductor element to which the organic thin film transistor of the preferred embodiment is applied include an electronic tag and a liquid crystal display element in addition to such an organic electroluminescence element. And if the organic thin-film transistor concerning embodiment of this invention is used for these organic-semiconductor elements, since it can exhibit a more favorable and homogeneous transistor characteristic, the operation characteristic of an organic-semiconductor element shall be stable and excellent. can do.

上述した実施形態にかかる、有機薄膜トランジスタ、太陽電池、光センサ、有機エレクトロルミネッセンス素子において、電極であるソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極4、第1の電極7a、第2の電極7bのいずれか又はこれらの組み合わせは、予め形成された疎水性の表面を有する自己組織化単分子膜を用いる塗布法により行われる。具体的には、既に説明した実施形態における電極形成領域20である部分領域1A、2A、3A外の部分領域のみを覆うように自己組織化単分子膜をパターニングして、酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液又はグラフェンナノリボンを含有する塗工液を塗布(印刷)して部分領域1A、2A、3Aのみに自己整合的に塗工液を配置し、酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を塗布した場合には塗工液が含有する酸化グラフェンナノリボンを所定の処理により還元してグラフェンナノリボン化し、又は塗布されたグラフェンナノリボンを含有する塗工液を乾燥させることにより、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極を形成することができる。   In the organic thin film transistor, solar cell, photosensor, and organic electroluminescence element according to the above-described embodiment, any of the source electrode 5, the drain electrode 6, the gate electrode 4, the first electrode 7a, and the second electrode 7b that are electrodes Or these combinations are performed by the apply | coating method using the self-assembled monolayer which has the hydrophobic surface formed beforehand. Specifically, the self-assembled monolayer is patterned so as to cover only the partial regions outside the partial regions 1A, 2A, and 3A that are the electrode formation regions 20 in the already described embodiment, and contains graphene oxide nanoribbons A coating liquid or a coating liquid containing graphene nanoribbons is applied (printed), and the coating liquid is arranged in a self-aligning manner only in the partial regions 1A, 2A, 3A, and a coating liquid containing graphene oxide nanoribbons is applied. In this case, the graphene nanoribbons contained in the coating liquid are reduced by a predetermined treatment to form graphene nanoribbons, or the coating liquid containing the applied graphene nanoribbons is dried to remove the graphene nanoribbons from the thin film containing the graphene nanoribbons. An electrode can be formed.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

[酸化グラフェンナノリボンの作製]
酸化グラフェンナノリボン(GONR)は、多層カーボンナノチューブ(保土谷化学社製、MWNT-7)をModified Hummers法で酸化することにより作製した。
まず、多層カーボンナノチューブ(150mg)を濃硫酸(30mL)中に加え、8時間〜12時間撹拌した後、過マンガン酸カリウム(750mg、4.5mmol)を加え、1時間撹拌した後、60℃で1時間撹拌した。放冷後、氷浴上でイオン交換蒸留水400mLと過酸化水素(5mL、濃度30%)との混合液に少しずつ加え、褐色の懸濁液を得た。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)メンブレンフィルター(MILLIPORE、孔径:5μm)により減圧ろ過を行い、得られた固形物をイオン交換蒸留水150mLに溶かし、30 分間撹拌し、15分間超音波を照射した。その後、溶液をPTFEメンブレンフィルター(孔径:0.45μm)により減圧ろ過した。30分間撹拌後、15分間超音波を照射し、ろ過した。この超音波の照射とろ過とをさらに繰り返し、真空乾燥して、褐色の酸化グラフェンナノリボン(280mg)を固体として得た。
[Production of graphene oxide nanoribbons]
Graphene oxide nanoribbons (GONR) were produced by oxidizing multi-walled carbon nanotubes (Hodogaya Chemical Co., Ltd., MWNT-7) by the Modified Hummers method.
First, multi-walled carbon nanotubes (150 mg) were added into concentrated sulfuric acid (30 mL) and stirred for 8 hours to 12 hours, then potassium permanganate (750 mg, 4.5 mmol) was added, stirred for 1 hour, and then stirred at 60 ° C. for 1 hour. Stir for hours. After cooling, it was added little by little to a mixture of 400 mL of ion exchange distilled water and hydrogen peroxide (5 mL, concentration 30%) on an ice bath to obtain a brown suspension. Filtration under reduced pressure was performed with a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane filter (MILLIPORE, pore size: 5 μm), and the resulting solid was dissolved in 150 mL of ion-exchanged distilled water, stirred for 30 minutes, and irradiated with ultrasonic waves for 15 minutes. Thereafter, the solution was filtered under reduced pressure using a PTFE membrane filter (pore size: 0.45 μm). After stirring for 30 minutes, the mixture was irradiated with ultrasonic waves for 15 minutes and filtered. This ultrasonic irradiation and filtration were further repeated and vacuum-dried to obtain brown graphene oxide nanoribbons (280 mg) as a solid.

[酸化グラフェンナノリボンの評価]
得られた酸化グラフェンナノリボンのAFM(Atomic Force Microscope)像を示す写真図を図14に示す。
[Evaluation of graphene oxide nanoribbons]
A photograph showing an AFM (Atomic Force Microscope) image of the obtained graphene oxide nanoribbon is shown in FIG.

得られた酸化グラフェンナノリボンは、典型的な幅160nm程度のナノリボンであった。厚さは1.36nm程度であることから、X線回折(XRD)で観測されたd=0.82nmと比較して基本的に単層のナノリボンに剥離できていると考えられる。図15にラマンスペクトルの測定結果を示す。図15は、ラマンスペクトルを示す図である。ラマンスペクトルは酸化グラフェンナノリボンに特徴的なDバンドを示した。   The obtained graphene oxide nanoribbon was a typical nanoribbon having a width of about 160 nm. Since the thickness is about 1.36 nm, it can be considered that the film can be basically peeled into a single-layer nanoribbon as compared with d = 0.82 nm observed by X-ray diffraction (XRD). FIG. 15 shows the measurement result of the Raman spectrum. FIG. 15 is a diagram showing a Raman spectrum. The Raman spectrum showed a characteristic D band in graphene oxide nanoribbons.

[酸化グラフェンナノリボンの還元]
酸化グラフェンナノリボンの還元は以下の方法によって行った。
加熱還元:酸化グラフェンナノリボンの溶液を塗布した基板を真空オーブンに入れ、230℃で、12時間アニールした。
[Reduction of graphene oxide nanoribbons]
The reduction of graphene oxide nanoribbons was performed by the following method.
Heat reduction: The substrate coated with the graphene oxide nanoribbon solution was placed in a vacuum oven and annealed at 230 ° C. for 12 hours.

還元前後のX線光電子分光スペクトル(XPS)の測定結果を図16に示す。図16は、XPSスペクトルを示す図である。   FIG. 16 shows the measurement results of the X-ray photoelectron spectrum (XPS) before and after the reduction. FIG. 16 is a diagram showing an XPS spectrum.

酸化グラフェンナノリボンは酸化された炭素に特徴的な286.1eVのピークを示すが、還元後にはこのピークが消えており、どちらの方法でも酸化グラフェンナノリボンはグラフェンナノリボン(GNR)に還元されたことが確認できた。   The graphene oxide nanoribbon shows a peak of 286.1 eV characteristic of oxidized carbon, but this peak disappears after reduction, and it was confirmed that the graphene oxide nanoribbon was reduced to graphene nanoribbon (GNR) by either method did it.

酸化グラフェンナノリボンを含有する薄膜の電気伝導度は4×10-5S/cmであった。上記加熱還元の方法で還元したグラフェンナノリボンを含有する薄膜は27S/cmの電気伝導度を示した。アニールしたグラフェンナノリボンを含有する薄膜の厚さは200nmであったので、測定された電気伝導度はシート抵抗1.8kΩ/sqに相当する。 The electrical conductivity of the thin film containing graphene oxide nanoribbons was 4 × 10 −5 S / cm. The thin film containing graphene nanoribbons reduced by the above heating reduction method showed an electric conductivity of 27 S / cm. Since the thickness of the annealed graphene nanoribbon containing thin film was 200 nm, the measured electrical conductivity corresponds to a sheet resistance of 1.8 kΩ / sq.

以下、有機薄膜トランジスタの実施例について説明する。ここでは図13に示される態様の有機薄膜トランジスタについて図面を参照して説明する。図13は、有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。   Hereinafter, examples of the organic thin film transistor will be described. Here, the organic thin film transistor of the embodiment shown in FIG. 13 will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor.

[有機薄膜トランジスタ用基板]
まず、不純物が高濃度にドーピングされた、ゲート電極も兼ねるn型シリコン基板31の表面を熱酸化し、厚さ300nmのシリコン酸化膜32を形成した。次に、アセトンの入ったビーカーにシリコン酸化膜32が形成されたn型シリコン基板31を入れ、10分間超音波洗浄を行った。続けて2-プロパノール、超純水それぞれを用いて同様の洗浄を行った後、基板を150℃のオーブンで10分間乾燥させ、最後にオゾンUVを10分間照射した。
[Substrate for organic thin film transistor]
First, the surface of the n-type silicon substrate 31 also doped with impurities at a high concentration and also serving as a gate electrode was thermally oxidized to form a silicon oxide film 32 having a thickness of 300 nm. Next, the n-type silicon substrate 31 on which the silicon oxide film 32 was formed was placed in a beaker containing acetone, and ultrasonic cleaning was performed for 10 minutes. Subsequently, the same cleaning was performed using 2-propanol and ultrapure water, respectively, and then the substrate was dried in an oven at 150 ° C. for 10 minutes, and finally irradiated with ozone UV for 10 minutes.

シリコン酸化膜表面の水酸基を除去するために、ODTS(オクタデシルトリクロロシラン)或いはHMDS(1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン)を用いる自己組織化単分子膜(SAMs)のパターン領域の形成工程を行った。   Self-assembled monolayers (SAMs) using ODTS (octadecyltrichlorosilane) or HMDS (1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane) to remove hydroxyl groups on the silicon oxide film surface A pattern region forming step was performed.

ODTS処理について説明する。まず、オゾンUV洗浄器から基板を取り出し、70℃アルゴンガス雰囲気下でODTSのトルエン溶液(50mM)に10時間浸漬した。その後、取り出した基板をトルエンの入ったビーカーに入れ、20分間の超音波洗浄を3回行った。最後に溶媒をアセトンに換え、超音波洗浄を10分間行い、150℃のオーブンで10分間乾燥した。   The ODTS process will be described. First, the substrate was taken out from the ozone UV cleaner, and immersed in a toluene solution (50 mM) of ODTS for 10 hours in an argon gas atmosphere at 70 ° C. Then, the taken-out board | substrate was put into the beaker containing toluene, and 20 minute ultrasonic cleaning was performed 3 times. Finally, the solvent was changed to acetone, and ultrasonic cleaning was performed for 10 minutes, followed by drying in an oven at 150 ° C. for 10 minutes.

HMDS処理について説明する。まず、テフロン(登録商標)容器中にガラスポットを設置し、HMDSの液体を5滴垂らした。オゾンUV洗浄器から取り出した基板を容器に入れた後、容器を密封し、150℃のオーブンで1時間アニールした。その後、取り出した基板をアセトンの入ったビーカーに入れ、20分間の超音波の照射を2回行い、乾燥した。   The HMDS process will be described. First, a glass pot was placed in a Teflon (registered trademark) container, and 5 drops of HMDS liquid were dropped. After the substrate taken out from the ozone UV cleaner was put in a container, the container was sealed and annealed in an oven at 150 ° C. for 1 hour. Then, the taken-out board | substrate was put into the beaker containing acetone, 20 minutes of ultrasonic irradiation was performed twice, and it dried.

[自己組織化単分子膜パターン領域、並びに、ソース電極及びドレイン電極の形成]
上記HMDS処理或いはODTS処理後の基板にシャドーマスクを被せ、オゾンUV照射(20分間)を行うことによって基板の露光された部分の疎水性アルキル基を除去することにより、露光された部分領域32Aを親水性とした。形成された親水性の部分領域32Aは、シリコン酸化膜の高い表面エネルギーにより、濡れやすくなり、接触角も小さくなった。この表面エネルギーの違いを利用して、下記の工程により、ソース電極33及びドレイン電極34を作製した。
[Formation of self-assembled monolayer pattern region and source and drain electrodes]
The exposed partial region 32A is formed by removing the hydrophobic alkyl group of the exposed portion of the substrate by covering the substrate after the HMDS treatment or ODTS treatment with a shadow mask and performing ozone UV irradiation (20 minutes). Hydrophilic. The formed hydrophilic partial region 32A was easily wetted by the high surface energy of the silicon oxide film, and the contact angle was also reduced. Using this difference in surface energy, the source electrode 33 and the drain electrode 34 were produced by the following steps.

親水性である電極形成領域32Aに酸化グラフェンナノリボンを含む水溶液(0.2重量%)を数回滴下して自己整合的に電極形成領域32Aに酸化グラフェンナノリボンを含む水溶液(インク)を配置させた。真空オーブン中で12時間アニールし、酸化グラフェンナノリボンを還元することにより、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に、グラフェンナノリボンを含有するソース電極33及びドレイン電極34を作製した。   An aqueous solution (0.2% by weight) containing graphene oxide nanoribbons was dropped several times on the electrode forming region 32A which is hydrophilic, and an aqueous solution (ink) containing graphene oxide nanoribbons was placed in the electrode forming region 32A in a self-aligning manner. A source electrode 33 and a drain electrode 34 containing a graphene nanoribbon are formed in an electrode formation region outside the pattern region of the self-assembled monolayer by annealing the graphene oxide nanoribbon in a vacuum oven for 12 hours. did.

得られた電極(ソース電極33、ドレイン電極34)の電気伝導度は27S/cmであり、対照として同様に自己組織化単分子膜のパターン領域上に作製したカーボンペーストによる電極の電気伝導度2.6S/cmと比較して一桁高い値となった。   The obtained electrodes (source electrode 33, drain electrode 34) had an electric conductivity of 27 S / cm. Similarly, as a control, the electric conductivity of the electrode made of carbon paste produced on the pattern region of the self-assembled monolayer was 2.6. The value was an order of magnitude higher than S / cm.

[有機薄膜トランジスタの製造及び評価]
上記の通り、ソース電極33、ドレイン電極34が形成された、ゲート電極も兼ねる基板31上に10-6Torrの減圧(真空)下で、昇華精製したペンタセン、sexithiophene(6T)、又はC60フラーレンを蒸着することにより有機薄膜35を形成し、有機薄膜トランジスタを得た。
[Production and evaluation of organic thin-film transistors]
As described above, pentacene, sexithiophene (6T), or C60 fullerene purified by sublimation under reduced pressure (vacuum) of 10 −6 Torr is formed on the substrate 31 on which the source electrode 33 and the drain electrode 34 are also formed. The organic thin film 35 was formed by vapor deposition to obtain an organic thin film transistor.

有機薄膜トランジスタとしての特性を半導体アナライザ(Keithley 4200)を用いて測定した(W=1000μm/L=100μm)。VSDを一定にし、VGを連続的に変化させた場合の伝達特性と、VGを一定にし、VSDを連続的に変化させた場合の出力特性の測定を行った。電界効果移動度μは伝達特性の飽和領域から求めた。得られたトランジスタ特性の結果を表1にまとめた。 The characteristics as an organic thin film transistor were measured using a semiconductor analyzer (Keithley 4200) (W = 1000 μm / L = 100 μm). The V SD constant, the transmission characteristics when is continuously changed V G, the V G constant was measured output characteristics when the continuously changing the V SD. The field effect mobility μ was obtained from the saturation region of the transfer characteristics. The obtained transistor characteristic results are summarized in Table 1.

1、18 基板
1A、2A、3A 部分領域
2、2a 有機半導体層
3 絶縁層
4 ゲート電極
5、33 ソース電極
6、34 ドレイン電極
7a 第1の電極
7b 第2の電極
8 電荷発生層
11 保護膜
12 層間絶縁膜
13 下部電極(陽極)
14 発光素子
15 上部電極(陰極)
16 バンク部
17 封止部材
20 電極形成領域
31 n型シリコン基板
32 シリコン酸化膜
35 有機薄膜
40 自己組織化単分子膜
50 シャドーマスク
60 塗工液
100、110、120、130、140、150、160 有機薄膜トランジスタ
200 太陽電池
300、310、320 光センサ
400 有機エレクトロルミネッセンス素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,18 Substrate 1A, 2A, 3A Partial area 2, 2a Organic semiconductor layer 3 Insulating layer 4 Gate electrode 5, 33 Source electrode 6, 34 Drain electrode 7a First electrode 7b Second electrode 8 Charge generation layer 11 Protective film 12 Interlayer insulation film 13 Lower electrode (anode)
14 Light emitting element 15 Upper electrode (cathode)
16 Bank part 17 Sealing member 20 Electrode forming region 31 N-type silicon substrate 32 Silicon oxide film 35 Organic thin film 40 Self-assembled monomolecular film 50 Shadow mask 60 Coating solution 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160 Organic thin film transistor 200 Solar cell 300, 310, 320 Optical sensor 400 Organic electroluminescence element

Claims (10)

自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる、有機半導体素子用電極。   The electrode for organic-semiconductor elements which consists of a thin film containing the graphene nano ribbon provided in the electrode formation area | region which is outside the pattern area | region of a self-assembled monolayer. 基板上に、電極形成領域外の部分領域に設けられる自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、
酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に前記塗工液を自己整合的に配置する工程と、
前記酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜を形成する工程と
を含む、有機半導体素子用電極の製造方法。
Forming a pattern region of a self-assembled monomolecular film provided in a partial region outside the electrode formation region on the substrate;
Applying a coating solution containing graphene oxide nanoribbons on the substrate, and arranging the coating solution in a self-aligned manner in an electrode formation region outside the pattern region of the self-assembled monolayer; and
Forming a thin film containing graphene nanoribbons by reducing the graphene oxide nanoribbons, and a method for producing an electrode for an organic semiconductor element.
基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜上に設けられた自己組織化単分子膜のパターン領域と、
前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極と
を有する、有機薄膜トランジスタ。
An organic thin film transistor having a substrate, a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode,
A pattern region of a self-assembled monolayer provided on the gate insulating film;
The organic thin-film transistor which has the said source electrode and drain electrode which consist of a thin film containing the graphene nano ribbon provided in the electrode formation area | region which is outside the pattern area | region of the said self-assembled monolayer.
基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上の前記ゲート絶縁膜上に設定された電極形成領域外に自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、
酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に前記塗工液を自己整合的に配置する工程と、
前記酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と
を含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。
A method for producing an organic thin film transistor having a substrate, a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor, a source electrode and a drain electrode,
Forming a pattern region of a self-assembled monolayer outside the electrode formation region set on the gate insulating film on the substrate;
Applying a coating solution containing graphene oxide nanoribbons on the substrate, and arranging the coating solution in a self-aligned manner in an electrode formation region outside the pattern region of the self-assembled monolayer; and
Forming the source electrode and the drain electrode made of a thin film containing graphene nanoribbons by reducing the graphene oxide nanoribbons.
前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程で、真空中で加熱することにより、前記塗工液が含有する前記酸化グラフェンナノリボンをグラフェンナノリボンに還元してグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極を形成する、請求項4に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。   In the step of forming the source electrode and the drain electrode, the source electrode formed of a thin film containing graphene nanoribbons by reducing the graphene nanoribbons contained in the coating liquid to graphene nanoribbons by heating in vacuum, and The manufacturing method of the organic thin-film transistor of Claim 4 which forms a drain electrode. 請求項3に記載の有機薄膜トランジスタを有する、面状光源。   A planar light source comprising the organic thin film transistor according to claim 3. 請求項3に記載の有機薄膜トランジスタを有する、表示装置。   A display device comprising the organic thin film transistor according to claim 3. 基板と、陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられる有機半導体を含む層とを有し、
前記陽極及び陰極うちの少なくとも一方が請求項1に記載の有機半導体素子用電極である、光電変換素子。
A substrate, an anode, a cathode, and a layer containing an organic semiconductor provided between the anode and the cathode;
A photoelectric conversion element, wherein at least one of the anode and the cathode is an electrode for an organic semiconductor element according to claim 1.
請求項8に記載の光電変換素子を有する太陽電池モジュール。   The solar cell module which has a photoelectric conversion element of Claim 8. 請求項8に記載の光電変換素子を有するイメージセンサー。   An image sensor comprising the photoelectric conversion element according to claim 8.
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