JP2016092179A - Organic transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機トランジスタに関する。さらに詳しくは、特定の有機化合物を有機半導体層に用いてなる有機トランジスタに関する。
The present invention relates to an organic transistor. More specifically, the present invention relates to an organic transistor using a specific organic compound in an organic semiconductor layer.
従来、アモルファスシリコンや多結晶シリコンを用いてなる薄膜トランジスタ(TFT)は、液晶表示装置などのフラットパネル表示用のスイッチング素子として広く用いられている。しかし、これらシリコンを用いた薄膜トランジスタの作製に用いられるCVD装置は、高価であり、大型の薄膜トランジスタ素子の製造は、製造コストの増大を伴うという難点がある。 Conventionally, a thin film transistor (TFT) made of amorphous silicon or polycrystalline silicon has been widely used as a switching element for flat panel display such as a liquid crystal display device. However, a CVD apparatus used for manufacturing a thin film transistor using silicon is expensive, and manufacturing a large-sized thin film transistor element has a drawback of increasing manufacturing cost.
また、アモルファスシリコンや多結晶シリコンの成膜は、高温度下で実施されるため、基板としては、軽量で、フレキシビリティーではあるが、耐熱性に乏しいプラスチック材料などは使用できないという難点がある。
上記問題を解決するために、アモルファスシリコンや多結晶シリコンに代えて、有機化合物をチャネル半導体層(以下、有機半導体層という)に用いた有機トランジスタ(有機薄膜トランジスタ、有機TFTとも称される)が提案されている(非特許文献1)。
In addition, since amorphous silicon and polycrystalline silicon are formed at a high temperature, there is a problem that a plastic material that is lightweight and flexible but has poor heat resistance cannot be used as a substrate. .
In order to solve the above problem, an organic transistor (also referred to as an organic thin film transistor or an organic TFT) using an organic compound for a channel semiconductor layer (hereinafter referred to as an organic semiconductor layer) instead of amorphous silicon or polycrystalline silicon is proposed. (Non-Patent Document 1).
有機半導体層を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法や塗布法などが知られており、これらの成膜方法によれば、製造コストを抑えつつ、有機トランジスタ素子の大型化が容易となる。
さらには、成膜時に必要となる温度を下げることができ、有機化合物を用いた有機トランジスタでは、基板にプラスチック材料を使用することが可能となり、フレキシブルな表示素子への適用が可能となり、その実用化に期待が集まっている。
As a method for forming the organic semiconductor layer, for example, a vacuum deposition method or a coating method is known. According to these film formation methods, it is easy to increase the size of the organic transistor element while suppressing the manufacturing cost. .
Furthermore, the temperature required for film formation can be lowered, and organic transistors using organic compounds can use plastic materials for the substrate, which can be applied to flexible display elements. Expectations are gathered for the transformation.
実用的な有機トランジスタは、高い電荷移動度、および大きな電流オン/オフ比などの特性を有している必要がある。ここで「オン/オフ比」という用語は、有機トランジスタがオンであるときのソース電極とドレイン電極間の電流の、有機トランジスタがオフであるときのソース電極とドレイン電極間の電流に対する比を意味する。
さらには、有機トランジスタの実用化に向けては、優れた保存安定性が必要となる。
A practical organic transistor needs to have characteristics such as high charge mobility and a large current on / off ratio. Here, the term “on / off ratio” means the ratio of the current between the source electrode and the drain electrode when the organic transistor is on to the current between the source electrode and the drain electrode when the organic transistor is off. To do.
Furthermore, excellent storage stability is required for practical application of organic transistors.
現在までに、有機半導体層に、例えば、ペンタセンを用いた有機トランジスタが提案されている(非特許文献2)。
しかし、ペンタセンを用いてなる有機トランジスタは、大気中では有機トランジスタとしての機能は低く、且つ、保存安定性が低いという難点がある。
さらに、チオフェンオリゴマー(α−ヘキサチエニレン)を有機半導体層に用いた有機トランジスタが提案されている(非特許文献3)。しかし、該有機トランジスタも、空気中での保存安定性が低いという難点がある。
To date, organic transistors using, for example, pentacene as the organic semiconductor layer have been proposed (Non-Patent Document 2).
However, an organic transistor using pentacene has a problem that it has a low function as an organic transistor in the atmosphere and low storage stability.
Furthermore, an organic transistor using a thiophene oligomer (α-hexathienylene) as an organic semiconductor layer has been proposed (Non-patent Document 3). However, the organic transistor also has a drawback that its storage stability in air is low.
チオフェン化合物として、例えば、式(A)の化合物を有機半導体層に用いた有機トランジスタが提案されている(非特許文献4)。
As a thiophene compound, for example, an organic transistor using a compound of the formula (A) in an organic semiconductor layer has been proposed (Non-Patent Document 4).
また、チオフェン化合物として、例えば、式(B)の化合物が製造されており、有機トランジスタへの応用が示唆されている(非特許文献5)。
In addition, as a thiophene compound, for example, a compound of the formula (B) is produced, and application to an organic transistor is suggested (Non-patent Document 5).
これら式(A)、式(B)の化合物を用いてなる有機トランジスタは、比較的高い電荷移動度を有し、さらに保存安定性も良好であるが、現在では電荷移動度の一層高い有機トランジスタが求められている。
また、式(A)、式(B)の化合物の有機溶媒への溶解度が低く、有機溶媒に溶解させてウェットプロセスによる有機半導体層の形成ができないという難点があり、更なる改良が求められている。
Organic transistors using these compounds of formula (A) and formula (B) have a relatively high charge mobility and good storage stability, but currently have higher charge mobility. Is required.
In addition, the solubility of the compounds of formula (A) and formula (B) in an organic solvent is low, and there is a difficulty that an organic semiconductor layer cannot be formed by a wet process by dissolving in an organic solvent, and further improvement is required. Yes.
現在までに、種々の有機化合物を有機半導体層に用いた有機トランジスタの提案がなされているが、そのいずれもが、実用的に充分満足できる特性を有しているとはいい難いものであった。
本発明は上述に鑑み、電荷移動度が高く、大きな電流オン/オフ比を有し、さらに有機溶媒への溶解性に優れ、かつ保存安定性に優れた有機トランジスタを提供することである。
To date, organic transistors using various organic compounds as organic semiconductor layers have been proposed, but none of them has practically satisfactory characteristics. .
In view of the above, the present invention is to provide an organic transistor having a high charge mobility, a large current on / off ratio, excellent solubility in an organic solvent, and excellent storage stability.
本発明者は、前記課題を解決するため、鋭意検討した結果、一般式(1)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物を有機半導体層に含有してなる有機トランジスタは、電荷移動度が高く、大きな電流オン/オフ比を有し、さらに有機溶媒への溶解性に優れ、かつ保存安定性に優れていることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
有機半導体層を有する有機トランジスタにおいて、該有機半導体層に一般式(1)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物を含有してなる有機トランジスタである。
〔式中、X1〜X4はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、或いは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を表す(但し、X1〜X4は同時に水素原子を表すことはない)〕
As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the inventor of the present invention is an organic transistor comprising at least one compound selected from compounds represented by the general formula (1) in an organic semiconductor layer. It has been found that it has a high degree of current, a large current on / off ratio, excellent solubility in organic solvents, and excellent storage stability, and the present invention has been completed.
That is, the present invention
An organic transistor having an organic semiconductor layer is an organic transistor comprising at least one compound selected from the compounds represented by the general formula (1) in the organic semiconductor layer.
[Wherein, X 1 to X 4 each independently represent a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, Alternatively, it represents a linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group having 5 to 12 carbon atoms (provided that X 1 to X 4 do not represent hydrogen atoms at the same time).
本発明により、電荷移動度が高く、電流のオン/オフ比が大きく、さらに有機溶媒への溶解性に優れ、かつ保存安定性に優れた有機トランジスタを提供することが可能になった。
According to the present invention, it is possible to provide an organic transistor having high charge mobility, a large current on / off ratio, excellent solubility in an organic solvent, and excellent storage stability.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の有機トランジスタは、有機半導体層に一般式(1)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物を含有してなるものである。
〔式中、X1〜X4はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、或いは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を表す(但し、X1〜X4は同時に水素原子を表すことはない)〕
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The organic transistor of the present invention comprises an organic semiconductor layer containing at least one compound selected from the compounds represented by the general formula (1).
[Wherein, X 1 to X 4 each independently represent a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, Alternatively, it represents a linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group having 5 to 12 carbon atoms (provided that X 1 to X 4 do not represent hydrogen atoms at the same time).
一般式(1)で表される化合物におけるX1〜X4はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を表し(但し、X1〜X4は同時に水素原子を表すことはない)、 X 1 to X 4 in the compound represented by the general formula (1) are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, and a straight chain having 5 to 12 carbon atoms. Represents a chain, branched or cyclic alkoxyalkyl group, or a linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group having 5 to 12 carbon atoms (provided that X 1 to X 4 do not represent a hydrogen atom at the same time);
より好ましくは、置換基X1〜X4の内、少なくとも1つの置換基が、さらに好ましくは、2つの置換基が、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を表す。 More preferably, among the substituents X 1 to X 4 , at least one substituent is more preferable, and two substituents are preferably a linear, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, carbon number 5 Represents a -12 linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group, or a C5-12 linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group.
一般式(1)で表される化合物における置換基X1〜X4の具体例としては、例えば、水素原子;例えば、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、1−メチルペンチル基、4−メチル−2−ペンチル基、3,3−ジメチルブチル基、2−エチルブチル基、n−ヘプチル基、1−メチルヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、n−オクチル基、tert−オクチル基、1−メチルヘプチル基、2−エチルヘキシル基、2−プロピルペンチル基、n−ノニル基、2,2−ジメチルヘプチル基、2,6−ジメチル−4−ヘプチル基、3,5,5−トリメチルヘキシル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、1−メチルデシル基、n−ドデシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、4−tert−ブチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などの炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基; Specific examples of the substituents X 1 to X 4 in the compound represented by the general formula (1) include, for example, a hydrogen atom; for example, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, n-hexyl. Group, 1-methylpentyl group, 4-methyl-2-pentyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 2-ethylbutyl group, n-heptyl group, 1-methylhexyl group, cyclohexylmethyl group, n-octyl group, tert-octyl group, 1-methylheptyl group, 2-ethylhexyl group, 2-propylpentyl group, n-nonyl group, 2,2-dimethylheptyl group, 2,6-dimethyl-4-heptyl group, 3,5,5 5-trimethylhexyl group, n-decyl group, n-undecyl group, 1-methyldecyl group, n-dodecyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, 4- Chill cyclohexyl group, 4-tert-butylcyclohexyl group, cycloheptyl group, straight-chain, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms such as cyclooctyl group;
例えば、n−ブトキシメチル基、n−ペンチルオキシメチル基、n−ヘキシルオキシメチル基、(2−エチルブチルオキシ)メチル基、n−ヘプチルオキシメチル基、n−オクチルオキシメチル基、n−デシルオキシメチル基、2−n−プロポキシエチル基、2−イソプロポキシエチル基、2−n−ブトキシエチル基、2−n−ペンチルオキシエチル基、2−n−ヘキシルオキシエチル基、2−(2’−エチルブチルオキシ)エチル基、2−n−ヘプチルオキシエチル基、2−n−オクチルオキシエチル基、2−(2’−エチルヘキシルオキシ)エチル基、2−n−デシルオキシエチル基、2−シクロヘキシルオキシエチル基、1−エトキシプロピル基、2−エトキシプロピル基、3−エトキシプロピル基、3−n−プロポキシプロピル基、3−イソプロポキシプロピル基、3−n−ブトキシプロピル基、3−n−ペンチルオキシプロピル基、3−n−ヘキシルオキシプロピル基、3−(2’−エチルブトキシ)プロピル基、3−n−オクチルオキシプロピル基、3−(2’−エチルヘキシルオキシ)プロピル基、3−シクロヘキシルオキシプロピル基、4−メトキシブチル基、4−エトキシブチル基、4−n−プロポキシブチル基、4−イソプロポキシブチル基、4−n−ブトキシブチル基、4−n−ヘキシルオキシブチル基、4−n−オクチルオキシブチル基、5−メトキシペンチル基、5−エトキシペンチル基、5−n−プロポキシペンチル基、5−n−ペンチルオキシペンチル基、6−メトキシヘキシル基、6−エトキシヘキシル基、6−イソプロポキシヘキシル基、6−n−ブトキシヘキシル基、6−n−ヘキシルオキシヘキシル基、4−メトキシシクロヘキシル基、7−メトキシヘプチル基、7−エトキシヘプチル基、7−イソプロポキシヘプチル基、8−メトキシオクチル基、8−エトキシオクチル基、9−メトキシノニル基、9−エトキシノニル基、10−メトキシデシル基、10−エトキシデシル基、11−メトキシウンデシル基、テトラヒドロフルフリル基などの炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基; For example, n-butoxymethyl group, n-pentyloxymethyl group, n-hexyloxymethyl group, (2-ethylbutyloxy) methyl group, n-heptyloxymethyl group, n-octyloxymethyl group, n-decyloxy Methyl group, 2-n-propoxyethyl group, 2-isopropoxyethyl group, 2-n-butoxyethyl group, 2-n-pentyloxyethyl group, 2-n-hexyloxyethyl group, 2- (2′- Ethylbutyloxy) ethyl group, 2-n-heptyloxyethyl group, 2-n-octyloxyethyl group, 2- (2′-ethylhexyloxy) ethyl group, 2-n-decyloxyethyl group, 2-cyclohexyloxy Ethyl group, 1-ethoxypropyl group, 2-ethoxypropyl group, 3-ethoxypropyl group, 3-n-propoxypropyl group, -Isopropoxypropyl group, 3-n-butoxypropyl group, 3-n-pentyloxypropyl group, 3-n-hexyloxypropyl group, 3- (2'-ethylbutoxy) propyl group, 3-n-octyloxy Propyl group, 3- (2′-ethylhexyloxy) propyl group, 3-cyclohexyloxypropyl group, 4-methoxybutyl group, 4-ethoxybutyl group, 4-n-propoxybutyl group, 4-isopropoxybutyl group, 4 -N-butoxybutyl group, 4-n-hexyloxybutyl group, 4-n-octyloxybutyl group, 5-methoxypentyl group, 5-ethoxypentyl group, 5-n-propoxypentyl group, 5-n-pentyl Oxypentyl group, 6-methoxyhexyl group, 6-ethoxyhexyl group, 6-isopropoxyhexyl group, 6- -Butoxyhexyl group, 6-n-hexyloxyhexyl group, 4-methoxycyclohexyl group, 7-methoxyheptyl group, 7-ethoxyheptyl group, 7-isopropoxyheptyl group, 8-methoxyoctyl group, 8-ethoxyoctyl group , 9-methoxynonyl group, 9-ethoxynonyl group, 10-methoxydecyl group, 10-ethoxydecyl group, 11-methoxyundecyl group, tetrahydrofurfuryl group, etc., linear, branched or cyclic having 5 to 12 carbon atoms An alkoxyalkyl group of
例えば、n−ブトキシメトキシ基、n−ペンチルオキシメトキシ基、n−ヘキシルオキシメトキシ基、(2−エチルブトキシ)メトキシ基、n−ヘプチルオキシメトキシ基、n−オクチルオキシメトキシ基、n−デシルオキシメトキシ基、2−n−プロポキシエトキシ基、2−イソプロポキシエトキシ基、2−n−ブトキシエトキシ基、2−n−ペンチルオキシエトキシ基、2−n−ヘキシルオキシエトキシ基、2−(2’−エチルブチルオキシ)エトキシ基、2−n−ヘプチルオキシエトキシ基、2−n−オクチルオキシエトキシ基、2−(2’−エチルヘキシルオキシ)エトキシ基、2−n−デシルオキシエトキシ基、2−シクロヘキシルオキシエトキシ基、1−エトキシプロポキシ基、2−エトキシプロポキシ基、3−エトキシプロポキシ基、3−n−プロポキシプロポキシ基、3−イソプロポキシプロポキシ基、3−n−ブトキシプロポキシ基、3−n−ペンチルオキシプロポキシ基、3−n−ヘキシルオキシプロポキシ基、3−(2’−エチルブトキシ)プロポキシ基、3−n−オクチルオキシプロポキシ基、3−(2’−エチルヘキシルオキシ)プロポキシ基、3−シクロヘキシルオキシプロポキシ基、2−メトキシブトキシ基、3−メトキシブトキシ基、4−メトキシブトキシ基、4−エトキシブトキシ基、4−n−プロポキシブトキシ基、4−イソプロポキシブトキシ基、4−n−ブトキシブトキシ基、4−n−ヘキシルオキシブトキシ基、4−n−オクチルオキシブトキシ基、5−メトキシペンチルオキシ基、5−エトキシペンチルオキシ基、5−n−プロポキシペンチルオキシ基、5−n−ペンチルオキシペンチルオキシ基、6−メトキシヘキシルオキシ基、6−エトキシヘキシルオキシ基、6−イソプロポキシヘキシルオキシ基、6−n−ブトキシヘキシルオキシ基、6−n−ヘキシルオキシヘキシルオキシ基、4−メトキシシクロヘキシルオキシ基、7−メトキシヘプチルオキシ基、7−エトキシヘプチルオキシ基、7−イソプロポキシヘプチルオキシ基、8−メトキシオクチルオキシ基、8−エトキシオクチルオキシ基、9−メトキシノニルオキシ基、9−エトキシノニルオキシ基、10−メトキシデシルオキシ基、10−エトキシデシルオキシ基、11−メトキシウンデシルオキシ基、テトラヒドロフルフリルオキシ基などの炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を挙げることができる。 For example, n-butoxymethoxy group, n-pentyloxymethoxy group, n-hexyloxymethoxy group, (2-ethylbutoxy) methoxy group, n-heptyloxymethoxy group, n-octyloxymethoxy group, n-decyloxymethoxy Group, 2-n-propoxyethoxy group, 2-isopropoxyethoxy group, 2-n-butoxyethoxy group, 2-n-pentyloxyethoxy group, 2-n-hexyloxyethoxy group, 2- (2′-ethyl) Butyloxy) ethoxy group, 2-n-heptyloxyethoxy group, 2-n-octyloxyethoxy group, 2- (2′-ethylhexyloxy) ethoxy group, 2-n-decyloxyethoxy group, 2-cyclohexyloxyethoxy group Group, 1-ethoxypropoxy group, 2-ethoxypropoxy group, 3-ethoxypropoxy group Si group, 3-n-propoxypropoxy group, 3-isopropoxypropoxy group, 3-n-butoxypropoxy group, 3-n-pentyloxypropoxy group, 3-n-hexyloxypropoxy group, 3- (2′- Ethylbutoxy) propoxy group, 3-n-octyloxypropoxy group, 3- (2′-ethylhexyloxy) propoxy group, 3-cyclohexyloxypropoxy group, 2-methoxybutoxy group, 3-methoxybutoxy group, 4-methoxybutoxy group Group, 4-ethoxybutoxy group, 4-n-propoxybutoxy group, 4-isopropoxybutoxy group, 4-n-butoxybutoxy group, 4-n-hexyloxybutoxy group, 4-n-octyloxybutoxy group, 5 -Methoxypentyloxy group, 5-ethoxypentyloxy group, 5-n-propoxy Pentyloxy group, 5-n-pentyloxypentyloxy group, 6-methoxyhexyloxy group, 6-ethoxyhexyloxy group, 6-isopropoxyhexyloxy group, 6-n-butoxyhexyloxy group, 6-n-hexyl Oxyhexyloxy group, 4-methoxycyclohexyloxy group, 7-methoxyheptyloxy group, 7-ethoxyheptyloxy group, 7-isopropoxyheptyloxy group, 8-methoxyoctyloxy group, 8-ethoxyoctyloxy group, 9- Straight chain having 5 to 12 carbon atoms such as methoxynonyloxy group, 9-ethoxynonyloxy group, 10-methoxydecyloxy group, 10-ethoxydecyloxy group, 11-methoxyundecyloxy group, tetrahydrofurfuryloxy group, Branched or cyclic alkoxyalkoxy group Can be mentioned.
一般式(1)において、置換基であるX1〜X4はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を表す(但し、X1〜X4は同時に水素原子を表すことはない)化合物を有機半導体層に用いて成る有機トランジスタは、高い電荷移動度を有するものである。
理由は定かではないが、一般式(1)において、置換基であるX1〜X4の炭素数が4以下の直鎖、分岐または環状のアルキル基、直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を有する化合物を有機半導体層に用いると、電荷移動度があまり高くない有機トランジスタしか製造できないという難点がある。
また、置換基であるX1〜X4の炭素数が13以上の直鎖、分岐または環状のアルキル基、直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を有する化合物を有機半導体層に用いると、この場合にも電荷移動度があまり高くない有機トランジスタしか製造できないという難点がある。
本発明に係る一般式(1)で表される化合物は、有機溶媒に溶解し易く、ウェットプロセスによる有機半導体層の形成が可能であるという利点もある。
特に、ウェットプロセスによる有機半導体層を形成する場合、一般式(1)において、置換基X1〜X4の内、2つの置換基が、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基である化合物は好ましい。
In the general formula (1), the substituents X 1 to X 4 are each independently a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, a linear or branched chain having 5 to 12 carbon atoms. Alternatively, a compound representing a cyclic alkoxyalkyl group or a linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group having 5 to 12 carbon atoms (provided that X 1 to X 4 do not represent hydrogen atoms at the same time) is added to the organic semiconductor layer. The organic transistor used has high charge mobility.
The reason is not clear, but in the general formula (1), the substituents X 1 to X 4 having 4 or less carbon atoms are straight, branched or cyclic alkyl groups, linear, branched or cyclic alkoxyalkyl groups. Alternatively, when a compound having a linear, branched, or cyclic alkoxyalkoxy group is used for the organic semiconductor layer, there is a problem that only an organic transistor having a very low charge mobility can be produced.
In addition, a straight-chain, branched or cyclic alkyl group, straight-chain, branched or cyclic alkoxyalkyl group having 13 or more carbon atoms of X 1 to X 4 as a substituent, or a straight-chain, branched or cyclic alkoxyalkoxy group In this case, there is a problem that only an organic transistor having a low charge mobility can be produced.
The compound represented by the general formula (1) according to the present invention is easily dissolved in an organic solvent, and has an advantage that an organic semiconductor layer can be formed by a wet process.
In particular, when an organic semiconductor layer is formed by a wet process, in the general formula (1), two substituents among the substituents X 1 to X 4 are linear, branched or cyclic alkyl having 5 to 12 carbon atoms. A compound which is a group, a linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, or a linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group having 5 to 12 carbon atoms is preferable.
一般式(1)において、より好ましくは、X2およびX4が水素原子であり、X1およびX3が、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基である。
また、一般式(1)において、より好ましくは、X1およびX3が水素原子であり、X2およびX4が、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基である。
In the general formula (1), more preferably, X 2 and X 4 are hydrogen atoms, X 1 and X 3 are linear, branched or cyclic alkyl groups having 5 to 12 carbon atoms, and 5 to 12 carbon atoms. A linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group, or a linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group having 5 to 12 carbon atoms.
In the general formula (1), more preferably, X 1 and X 3 are hydrogen atoms, and X 2 and X 4 are linear, branched or cyclic alkyl groups having 5 to 12 carbon atoms, and 5 carbon atoms. A linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group of -12, or a linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group of 5 to 12 carbon atoms.
一般式(1)において、より好ましくは、一般式(1−A)または一般式(1−B)で表される化合物であり、さらに好ましくは、一般式(1−A)で表される化合物である。
中でも、一般式(1−A)で表される化合物において、X12およびX14が炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基である化合物は好ましい。
(式中、X11〜X14はそれぞれ独立に、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を表す)
In general formula (1), a compound represented by general formula (1-A) or general formula (1-B) is more preferable, and a compound represented by general formula (1-A) is more preferable. It is.
Among them, in the compound represented by the general formula (1-A), X 12 and X 14 are linear, branched or cyclic alkyl groups having 5 to 12 carbon atoms, or linear, branched or cyclic groups having 5 to 12 carbon atoms. Compounds that are cyclic alkoxyalkyl groups are preferred.
(In the formula, X 11 to X 14 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, or the number of carbon atoms. Represents 5-12 linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy groups)
一般式(1−A)および一般式(1−B)において、X11〜X14はそれぞれ独立に、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を表し、これらの基の具体例としては、一般式(1)における、X1〜X4で例示した直鎖、分岐または環状のアルキル基、直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を挙げることができる。 In General Formula (1-A) and General Formula (1-B), X 11 to X 14 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, and a straight chain having 5 to 12 carbon atoms. Represents a chain, branched or cyclic alkoxyalkyl group, or a linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group having 5 to 12 carbon atoms. Specific examples of these groups include X 1 to X in the general formula (1). The linear, branched or cyclic alkyl group, the linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group exemplified in 4 or the linear, branched or cyclic alkoxyalkoxy group can be exemplified.
本発明に係る一般式(1)で表される化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Specific examples of the compound represented by the general formula (1) according to the present invention include the following compounds, but the present invention is not limited thereto.
本発明に係る一般式(1)で表される化合物は、それ自体公知の方法を参考にして製造することができる。すなわち、一般式(1)で表される化合物は、例えば、一般式(2)で表される化合物に、酸(例えば、メタンスルフォン酸、トリフルオロメタンスルフォン酸などのアルキルスルフォン酸)を作用させた後、塩基(例えば、ピリジン、キノリン)を作用させることにより製造することができる〔例えば、Macromolecules,26,7144 (1993)、J.Mater.Chem.,9,2095(1999)に記載の方法を参考にすることができる〕。
〔式中、X1〜X4は一般式(1)の場合と同じ意味を表す〕
The compound represented by the general formula (1) according to the present invention can be produced with reference to a method known per se. That is, in the compound represented by the general formula (1), for example, an acid (for example, an alkyl sulfonic acid such as methanesulfonic acid or trifluoromethanesulfonic acid) is allowed to act on the compound represented by the general formula (2). Thereafter, it can be produced by reacting a base (for example, pyridine, quinoline) [for example, the method described in Macromolecules, 26,7144 (1993), J. Mater. Chem., 9, 2095 (1999)]. Can be helpful).
[Wherein X 1 to X 4 represent the same meaning as in the general formula (1)]
尚、一般式(2)で表される化合物は、例えば、一般式(3)で表される化合物と、一般式(4)で表される化合物および一般式(5)で表される化合物を、触媒として、例えば、パラジウム触媒[例えば、ビス(トリフェニルフォスフィン)パラジウムジクロライド、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム、酢酸パラジウム、パラジウム/炭素]、および塩基の存在下で作用させることにより製造することができる[例えば、Chem.Rev.,95,2457(1995)、Chem.Rev.,107,133(2007)、Tetrahedron,54,263(1998)に記載の方法を参考にすることができる]。 The compound represented by the general formula (2) includes, for example, a compound represented by the general formula (3), a compound represented by the general formula (4), and a compound represented by the general formula (5). For example, a palladium catalyst [for example, bis (triphenylphosphine) palladium dichloride, tetrakis (triphenylphosphine) palladium, palladium acetate, palladium / carbon] and a base in the presence of a base. [For example, the method described in Chem. Rev., 95, 2457 (1995), Chem. Rev., 107, 133 (2007), Tetrahedron, 54, 263 (1998) can be referred to].
〔式中、X1〜X4は一般式(1)と同じ意味を表し、Z1およびZ2は脱離基を表し、M1およびM2は金属含有基を表す〕 [Wherein, X 1 to X 4 represent the same meaning as in general formula (1), Z 1 and Z 2 represent a leaving group, and M 1 and M 2 represent a metal-containing group]
尚、一般式(3)において、Z1およびZ2は脱離基を表し、好ましくは、ハロゲン原子または−OSO2−R基を表す。
Z1およびZ2で表される好ましい脱離基であるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子である。
Z1およびZ2で表される好ましい脱離基である−OSO2−R基において、Rは置換または未置換のアリール基、あるいはハロゲン原子で置換されていてもよい直鎖、分岐または環状のアルキル基を表し、より好ましくは、炭素数6〜10の置換または未置換のアリール基、あるいは炭素数1〜10のハロゲン原子で置換されていてもよい直鎖、分岐または環状のアルキル基を表し、さらに好ましくは、炭素数1〜8のハロゲン原子で置換されていてもよい直鎖、分岐または環状のアルキル基を表す。
In the general formula (3), Z 1 and Z 2 each represent a leaving group, preferably a halogen atom or an —OSO 2 —R group.
The halogen atom that is a preferred leaving group represented by Z 1 and Z 2 is a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.
In the —OSO 2 —R group which is a preferred leaving group represented by Z 1 and Z 2 , R is a substituted or unsubstituted aryl group, or a linear, branched or cyclic group which may be substituted with a halogen atom Represents an alkyl group, and more preferably represents a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 10 carbon atoms, or a linear, branched or cyclic alkyl group which may be substituted with a halogen atom having 1 to 10 carbon atoms. More preferably, it represents a linear, branched or cyclic alkyl group which may be substituted with a halogen atom having 1 to 8 carbon atoms.
−OSO2−R基において、Rで表される置換または未置換のアリール基の具体例としては、例えば、フェニル基、4−メチルフェニル基などの置換または未置換のアリール基を挙げることができる。
−OSO2−R基において、Rで表されるハロゲン原子で置換されていてもよい直鎖、分岐または環状のアルキル基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基などのアルキル基、トリフルオロメチル基、クロロジフルオロメチル基、ジクロロフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、n−ノナフルオロブチル基などのハロゲン原子で置換されたアルキル基を挙げることができる。
Z1およびZ2で表される好ましい脱離基である−OSO2−R基としては、より好ましくは、ベンゼンスルフォニルオキシ基、p−トルエンスルフォニルオキシ基、メタンスルフォニルオキシ基、トリフルオロメタンスルフォニルオキシ基である。
In the —OSO 2 —R group, specific examples of the substituted or unsubstituted aryl group represented by R include a substituted or unsubstituted aryl group such as a phenyl group and a 4-methylphenyl group. .
In -OSO 2 -R group, straight optionally substituted by halogen atom represented by R, specific examples of the alkyl group branched or cyclic, for example, a methyl group, an ethyl group, n- propyl group, Alkyl groups such as isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, n-octyl group, n-decyl group, trifluoromethyl group, chlorodifluoromethyl group And an alkyl group substituted with a halogen atom such as a dichlorofluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, and an n-nonafluorobutyl group.
As the —OSO 2 —R group which is a preferable leaving group represented by Z 1 and Z 2 , more preferably, a benzenesulfonyloxy group, a p-toluenesulfonyloxy group, a methanesulfonyloxy group, a trifluoromethanesulfonyloxy group. It is.
また、一般式(4)および一般式(5)において、M1およびM2で表される金属含有基は、好ましくは、ホウ素金属含有基、スズ金属含有基、マグネシウム金属含有基、亜鉛金属含有基、マンガン金属含有基、ジルコニウム金属含有基、インジウム金属含有基、ゲルマニウム金属含有基、鉛金属含有基、ビスマス金属含有基、または銅金属含有基を表し、より好ましくは、ホウ素金属含有基、スズ金属含有基、マグネシウム金属含有基、または亜鉛金属含有基を表す。 In the general formulas (4) and (5), the metal-containing group represented by M 1 and M 2 is preferably a boron metal-containing group, a tin metal-containing group, a magnesium metal-containing group, or a zinc metal-containing group. Group, manganese metal-containing group, zirconium metal-containing group, indium metal-containing group, germanium metal-containing group, lead metal-containing group, bismuth metal-containing group, or copper metal-containing group, more preferably boron metal-containing group, tin It represents a metal-containing group, a magnesium metal-containing group, or a zinc metal-containing group.
ホウ素金属含有基としては、好ましくは、一般式(M−1)で表される基である。
−B(OR0)(OR00) (M−1)
(式中、R0およびR00は水素原子またはアルキル基を表し、さらにR0とR00が互いに結合して環状のアルキレン基、あるいはアリーレン基を形成していてもよいを表す)
一般式(M−1)において、R0およびR00は、水素原子またはアルキル基を表し、好ましくは、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基を表す。
また、R0およびR00が互いに結合して環状のアルキレン基を表す場合、好ましくは、炭素数2〜10の環状のアルキレン基を表す。
また、R0およびR00が互いに結合してアリーレン基を表す場合、好ましくは、アルキル基で置換されていてもよい炭素数6〜10の1,2−フェニレン基を表す。
The boron metal-containing group is preferably a group represented by the general formula (M-1).
-B (OR 0) (OR 00 ) (M-1)
(In the formula, R 0 and R 00 represent a hydrogen atom or an alkyl group, and R 0 and R 00 may be bonded to each other to form a cyclic alkylene group or an arylene group)
In General Formula (M-1), R 0 and R 00 each represent a hydrogen atom or an alkyl group, preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
When R 0 and R 00 are bonded to each other to represent a cyclic alkylene group, it preferably represents a cyclic alkylene group having 2 to 10 carbon atoms.
In addition, when R 0 and R 00 are bonded to each other to represent an arylene group, it preferably represents a 1,2-phenylene group having 6 to 10 carbon atoms which may be substituted with an alkyl group.
スズ金属含有基としては、好ましくは、一般式(M−2)で表される基である。
−Sn(R000)3 (M−2)
(式中、R000はアルキル基を表す)
一般式(M−2)において、R000はアルキル基を表し、好ましくは、炭素数1〜8のアルキル基を表す。
The tin metal-containing group is preferably a group represented by the general formula (M-2).
-Sn (R 000) 3 (M -2)
(In the formula, R 000 represents an alkyl group)
In General Formula (M-2), R000 represents an alkyl group, and preferably represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
マグネシウム金属含有基としては、好ましくは、一般式(M−3)で表される基である。
−MgZ0 (M−3)
(式中、Z0はハロゲン原子を表す)
一般式(M−3)において、Z0はハロゲン原子を表し、好ましくは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を表す。
The magnesium metal-containing group is preferably a group represented by the general formula (M-3).
-MgZ 0 (M-3)
(In the formula, Z 0 represents a halogen atom)
In General Formula (M-3), Z 0 represents a halogen atom, preferably a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.
亜鉛金属含有基としては、好ましくは、一般式(M−4)で表される基である。
−ZnZ00 (M−4)
(式中、Z00はハロゲン原子を表す)
一般式(M−4)において、Z00はハロゲン原子を表し、好ましくは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を表す。
The zinc metal-containing group is preferably a group represented by the general formula (M-4).
-ZnZ 00 (M-4)
(In the formula, Z 00 represents a halogen atom)
In General Formula (M-4), Z 00 represents a halogen atom, preferably a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.
尚、本発明に係る一般式(1)で表される化合物は、場合により使用した溶媒(例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素系溶媒)との溶媒和を形成した型で製造されることがあるが、本発明の有機トランジスタには、一般式(1)で表される化合物の無溶媒和物は勿論、このような溶媒和物をも使用することができる。
一般式(1)で表される化合物を、有機トランジスタに使用する場合、再結晶法、カラムクロマトグラフィー法、昇華精製法などの精製方法、あるいはこれらの方法を併用して、純度を高めた化合物を使用することは好ましいことである。
In addition, the compound represented by the general formula (1) according to the present invention may be produced in a mold that forms a solvate with a solvent used (for example, an aromatic hydrocarbon solvent such as toluene). However, in the organic transistor of the present invention, such a solvate as well as a non-solvate of the compound represented by the general formula (1) can be used.
When the compound represented by the general formula (1) is used in an organic transistor, a purification method such as a recrystallization method, a column chromatography method, a sublimation purification method, or a combination of these methods increases the purity. It is preferred to use
本発明の有機トランジスタにおいては、有機半導体層に一般式(1)で表される化合物を少なくとも1種含有することが特徴であり、このことにより、従来にはない、電荷移動度が高く、電流のオン/オフ比が大きく、かつ保存安定性に優れた有機トランジスタを提供することが可能となる。 The organic transistor of the present invention is characterized in that the organic semiconductor layer contains at least one compound represented by the general formula (1), which has a high charge mobility, which is unconventional, It is possible to provide an organic transistor having a large on / off ratio and excellent storage stability.
有機トランジスタは、通常、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極、およびゲート絶縁層、有機半導体層を有して成るものであり、本発明の有機トランジスタにおいては、該有機半導体層に一般式(1)で表される化合物を少なくとも1種含有してなるものである。 The organic transistor usually has a source electrode, a drain electrode and a gate electrode, a gate insulating layer, and an organic semiconductor layer. In the organic transistor of the present invention, the organic semiconductor layer has the general formula (1). It contains at least one compound represented by
本発明の有機トランジスタの形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の有機トランジスタの一形態を示す模式的断面図である。
この有機トランジスタの形態においては、基板11上にゲート電極21が設けられ、そのゲート電極上にゲート絶縁層31が積層されており、その上に所定の間隔で形成されたソース電極61およびドレイン電極41が形成されており、さらにその上に有機半導体層51が積層されている(ボトムゲート・ボトムコンタクト構造)。
The form of the organic transistor of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the organic transistor of the present invention.
In the form of this organic transistor, a
図2に示した有機トランジスタの形態においては、基板12上にゲート電極22が設けられ、そのゲート電極上にゲート絶縁層32が積層されており、その上に有機半導体層52が積層されており、さらにその上に、所定の間隔でソース電極62およびドレイン電極42が形成されている(ボトムゲート・トップコンタクト構造)。
In the form of the organic transistor shown in FIG. 2, the
また、図3に示した有機トランジスタの形態においては、基板13の上に、所定の間隔でソース電極63およびドレイン電極43が形成されており、その上に有機半導体層53が積層されており、その上にゲート絶縁層33が積層されており、さらにその上にゲート電極23が設けられている(トップゲート・ボトムコンタクト構造)。
In the form of the organic transistor shown in FIG. 3, the
図4に示した有機トランジスタの形態においては、基板14の上に、有機半導体層54が積層されており、その上に、所定の間隔でソース電極64およびドレイン電極44が形成されており、その上にゲート絶縁層34が積層されており、さらにその上にゲート電極24が設けられている(トップゲート・トップコンタクト構造)。
In the form of the organic transistor shown in FIG. 4, the
このような構成を有する有機トランジスタでは、有機半導体層がチャネル領域を形成しており、ゲート電極に印加される電圧で、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流が制御されることによってオン/オフ動作する。 In the organic transistor having such a structure, the organic semiconductor layer forms a channel region, and the current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled by the voltage applied to the gate electrode, thereby turning on / off. Operate.
本発明の有機トランジスタに使用する基板としては、特に限定するものではないが、一般には、ガラス、石英、シリコン単結晶、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、プラスチック基板などを用いることができる。さらには、これらを組み合わせた複合基板も用いることができ、一層構造でも、多層構造の形態でもよい。 The substrate used in the organic transistor of the present invention is not particularly limited, but generally, glass, quartz, silicon single crystal, polycrystalline silicon, amorphous silicon, a plastic substrate, or the like can be used. Furthermore, a composite substrate in which these are combined can be used, and may have a single-layer structure or a multilayer structure.
プラスチック基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート、トリアセチルセルロース、セルロースアセテートプロピオネートなどから成る基板が挙げられる。
尚、導電性のある基板、例えば、シリコンを基板に用いた場合、その基板はゲート電極を兼ねることもできる。
Examples of the plastic substrate include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate, triacetylcellulose, and cellulose acetate propionate. A substrate is mentioned.
Note that when a conductive substrate, for example, silicon is used for the substrate, the substrate can also serve as the gate electrode.
本発明の有機トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極に用いる材料としては特に限定するものではなく、導電性の材料であれば任意に用いることができる。 In the organic transistor of the present invention, materials used for the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode are not particularly limited, and any material can be used as long as it is a conductive material.
電極材料としては、例えば、酸化インジウムスズ合金(ITO)、酸化スズ(NESA)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化モリブデン、金、銀、白金、銅、インジウム、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、クロム、鉄、錫、タンタル、パラジウム、テルル、イリジウム、ルテニウム、ゲルマニウム、タングステン、モリブデン、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、亜鉛、マグネシウム/インジウム合金、マグネシウム/銅合金、マグネシウム/銀合金、マグネシウム/アルミニウム合金、クロム/モリブデン合金、アルミニウム/リチウム合金、アルミニウム/スカンジウム/リチウム合金、ナトリウム/カリウム合金などの金属や合金、さらには、フッ素ドープ酸化亜鉛、導電率を向上させたシリコン単結晶、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系材料、カーボンブラック、グラファイト、グラッシーカーボン等の炭素材料などを挙げることができ、より好ましくは、酸化インジウムスズ合金、金、銀、白金、銅、インジウム、アルミニウム、導電率を向上させたシリコン系材料、炭素材料である。これらはバルク状、薄片状、微粒子状等、様々な形態で使用できる。 As electrode materials, for example, indium tin oxide alloy (ITO), tin oxide (NESA), indium zinc oxide (IZO), molybdenum oxide, gold, silver, platinum, copper, indium, aluminum, magnesium, nickel, chromium, iron , Tin, tantalum, palladium, tellurium, iridium, ruthenium, germanium, tungsten, molybdenum, lithium, beryllium, sodium, potassium, calcium, zinc, magnesium / indium alloy, magnesium / copper alloy, magnesium / silver alloy, magnesium / aluminum alloy , Chromium / molybdenum alloy, aluminum / lithium alloy, aluminum / scandium / lithium alloy, sodium / potassium alloy and other metals and alloys, fluorine-doped zinc oxide, silicon with improved conductivity Examples thereof include silicon-based materials such as single crystal, polycrystalline silicon, and amorphous silicon, and carbon materials such as carbon black, graphite, and glassy carbon. More preferably, indium tin oxide alloy, gold, silver, platinum, copper, Indium, aluminum, silicon materials with improved conductivity, and carbon materials. These can be used in various forms such as bulk, flakes, and fine particles.
また、電極材料としては、ドーピング処理などで導電率を向上させた導電性ポリマー(例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸の錯体など)も好適に用いられる。
尚、これらの電極材料は、1種を単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
ソース電極、ドレイン電極は、上に挙げた電極材料の中でも、有機半導体層との接触面において電気抵抗が小さいものが好ましい。
In addition, as an electrode material, a conductive polymer whose conductivity has been improved by doping treatment (eg, a polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrenesulfonic acid complex). Are also preferably used.
In addition, these electrode materials may be used individually by 1 type, or may be used together.
Among the electrode materials listed above, the source electrode and the drain electrode are preferably those having a small electric resistance at the contact surface with the organic semiconductor layer.
各電極の形成方法としては、特に限定するものではないが、例えば、導電性の材料を、蒸着やスパッタリングなどの方法を用いて形成することができ、リソグラフやエッチング処理により、所望の形状にパターニングできる。
また、導電性ポリマーや導電性微粒子を用いて電極を形成する場合には、導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子の分散液を、インクジェット法によりパターニングしてもよく、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらには、導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペースト(銀ペースト、カーボンペーストなど)などを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法を用いることもできる。
A method for forming each electrode is not particularly limited. For example, a conductive material can be formed using a method such as vapor deposition or sputtering, and patterned into a desired shape by lithograph or etching treatment. it can.
In addition, when an electrode is formed using a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive polymer solution or dispersion, or a conductive fine particle dispersion may be patterned by an ink jet method. It may be formed by lithography or laser ablation. Furthermore, a method of patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste (silver paste, carbon paste, etc.) by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, and screen printing can also be used.
ソース電極、ドレイン電極の膜厚は、特に限定するものではないが、一般に、数nm〜数百μmの範囲に設定することが好ましく、より好ましくは、1nm〜100μmであり、さらに好ましくは、10nm〜20μmである。
尚、ソース電極、ドレイン電極は、互いに対向するように配置されるが、その間隔(チャネル長)は、一般に、数百nm〜数mmの範囲に設定することが好ましく、より好ましくは、100nm〜1mmであり、さらに好ましくは、1μm〜500μmである。
The film thickness of the source electrode and the drain electrode is not particularly limited, but in general, it is preferably set in the range of several nm to several hundred μm, more preferably 1 nm to 100 μm, and still more preferably 10 nm. ˜20 μm.
The source electrode and the drain electrode are arranged so as to face each other, and the interval (channel length) is generally preferably set in the range of several hundred nm to several mm, more preferably 100 nm to It is 1 mm, More preferably, it is 1 micrometer-500 micrometers.
また、ソース電極、ドレイン電極の表面は、例えば、4,4−ジメチルペンタンチオール、パーフルオロヘキサンチオール、パーフルオロヘプタンチオール、パーフルオロオクタンチオールなどの脂肪族アルキルチオール化合物、例えば、2,4,6−トリフルオロチオフェノール、ペンタフルオロチオフェノール、4−トリフルオロメチルチオフェノールなどの芳香族チオール化合物で修飾されていてもよい。 Further, the surface of the source electrode and the drain electrode is, for example, an aliphatic alkyl thiol compound such as 4,4-dimethylpentanethiol, perfluorohexanethiol, perfluoroheptanethiol, and perfluorooctanethiol, for example, 2,4,6. -It may be modified with an aromatic thiol compound such as trifluorothiophenol, pentafluorothiophenol, 4-trifluoromethylthiophenol.
ゲート絶縁層に使用する材料としては、種々の絶縁材料を用いることができ、無機絶縁体あるいは有機高分子化合物が好ましい。
無機絶縁体としては、酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどを挙げることができ、より好ましくは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。
As a material used for the gate insulating layer, various insulating materials can be used, and an inorganic insulator or an organic polymer compound is preferable.
As the inorganic insulator, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate , Lead lanthanum titanate, strontium titanate, barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, trioxide yttrium, and more Preferred are silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide.
無機絶縁体からなるゲート絶縁層の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセス、さらには、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、エアーナイフ法、スライドホッパー法、エクストリュージョン法などの塗布法、各種印刷法やインクジェット法などのウェットプロセスを挙げることができ、使用する材料の特性に応じて適宜選択して適用することができる。また、シリコン系材料をゲート電極として用い、有機半導体形成前にゲート絶縁層を形成する場合には、熱酸化法で形成してもよい。 Examples of the method for forming a gate insulating layer made of an inorganic insulator include a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, and atmospheric pressure plasma. Dry processes such as spray coating, spray coating, spin coating, blade coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, die coating, air knife, slide hopper, and extrusion Examples thereof include a wet process such as a coating method, various printing methods, and an inkjet method, and can be appropriately selected and applied according to the characteristics of the material to be used. Further, when a silicon-based material is used as the gate electrode and the gate insulating layer is formed before the organic semiconductor is formed, it may be formed by a thermal oxidation method.
ゲート絶縁層に用いる有機高分子化合物としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系の光硬化性樹脂、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ノボラック樹脂、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルランなどを用いることができる。有機高分子化合物を用いたゲート絶縁層の形成法としては、ウェットプロセスが好ましい。
ゲート絶縁層に使用する絶縁材料は、1種を単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
Examples of the organic polymer compound used for the gate insulating layer include polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, a photo-radical polymerization photo-curing resin, a photo-cation polymerization photo-curing resin, or a copolymer containing an acrylonitrile component. Polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, polystyrene, novolac resin, polyvinylidene fluoride, cyanoethyl pullulan, and the like can be used. As a method for forming a gate insulating layer using an organic polymer compound, a wet process is preferable.
The insulating material used for the gate insulating layer may be used alone or in combination.
尚、ゲート絶縁層に無機絶縁体として、例えば、酸化ケイ素を使用する場合、有機半導体層との界面になる酸化ケイ素の表面は、例えば、ヘキサメチルジシラザン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、ベンジルトリクロロシラン、1−ヘキシルフォスフォン酸、1−オクチルフォスフォン酸、1−ヘキサデシルフォスフォン酸、3,7,11,15−テトラメチル−1−ヘキサデシルフォスフォン酸などで処理されていてもよい。
また、有機高分子化合物をゲート絶縁層に使用し、ゲート絶縁層を形成した後に有機半導体層を形成する場合は、有機高分子化合物からなるゲート絶縁層上にラビング処理を施してから有機半導体層を形成するようにしてもよい。
ゲート絶縁層の膜厚は、特に限定するものではないが、一般に、数nm〜数十μmの範囲に設定することが好ましく、より好ましくは、5nm〜10μmであり、さらに好ましくは、10nm〜5μmである。
本発明の有機トランジスタは、有機半導体層に一般式(1)で表される化合物を少なくとも1種含有してなるものであり、一般式(1)で表される化合物は、1種を単独で使用してもよく、複数種を併用してもよい。
In addition, when using, for example, silicon oxide as an inorganic insulator for the gate insulating layer, the surface of silicon oxide serving as an interface with the organic semiconductor layer is, for example, hexamethyldisilazane, octadecyltrimethoxysilane, octyltrichlorosilane, Octadecyltrichlorosilane, benzyltrichlorosilane, 1-hexylphosphonic acid, 1-octylphosphonic acid, 1-hexadecylphosphonic acid, 3,7,11,15-tetramethyl-1-hexadecylphosphonic acid, etc. It may be processed.
In addition, when an organic polymer compound is used for the gate insulating layer and the organic semiconductor layer is formed after forming the gate insulating layer, the organic semiconductor layer is subjected to a rubbing treatment on the gate insulating layer made of the organic polymer compound. May be formed.
The thickness of the gate insulating layer is not particularly limited, but generally it is preferably set in the range of several nm to several tens of μm, more preferably 5 nm to 10 μm, and still more preferably 10 nm to 5 μm. It is.
The organic transistor of the present invention comprises at least one compound represented by the general formula (1) in the organic semiconductor layer, and the compound represented by the general formula (1) is singly used alone. You may use, and may use multiple types together.
さらに、有機半導体層は、一般式(1)で表される少なくとも1種の化合物と、他のキャリア輸送性化合物(例えば、ポリアセチレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリチエニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリアリールアミン誘導体、ポリキノリン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、フタロシアニン誘導体など)を併用して形成されていてもよい。この場合、一般式(1)で表される化合物の含有量は、20質量%以上が好ましく、50質量%以上になるように調製することがより好ましい。 Furthermore, the organic semiconductor layer includes at least one compound represented by the general formula (1) and another carrier transporting compound (for example, polyacetylene derivative, polythiophene derivative, polythienylene vinylene derivative, polyphenylene derivative, polyphenylene vinylene derivative). , Polypyrrole derivatives, polyaniline derivatives, polyarylamine derivatives, polyquinoline derivatives, perylene derivatives, tetracene derivatives, pentacene derivatives, phthalocyanine derivatives, and the like). In this case, the content of the compound represented by the general formula (1) is preferably 20% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more.
さらに、有機半導体層は、一般式(1)で表される少なくとも1種の化合物と、高分子化合物から形成されていてもよい。
係る高分子化合物としては、例えば、ポリアクリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリ(シクロヘキシルメタクリレート)誘導体、ポリエチレン誘導体、ポリプロピレン誘導体、ポリイソプレン誘導体、ポリブタジエン誘導体、ポリイソブチレン誘導体、ポリメチルペンテン誘導体、
ポリ(ビニルシクロヘキサン)誘導体、ポリスチレン誘導体、ポリ(4−メチルスチレン)誘導体、ポリ(α−メチルスチレン)誘導体、ポリ(α−ビニルナフタレン)誘導体、ポリ(ビニルトルエン)誘導体、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)誘導体、ポリ(4−ビニルビフェニル)誘導体、ポリ(2−メチル−1,3−ブタジエン)誘導体、ポリ(スチレン・アクリロニトリル)共重合体、ポリ(スチレン・ブタジエン)共重合体、ポリ塩化ビニル誘導体、ポリエチレンテレフタレート誘導体、ポリブチレンテレフタレート誘導体、ナイロン誘導体、ポリエステル誘導体、ポリイミド誘導体、ポリフェノール誘導体、セルロース誘導体、ビニロン誘導体などを挙げることができる。
これらの高分子化合物は、1種を単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
尚、一般式(1)で表される少なくとも1種の化合物と、高分子化合物を併用して、有機半導体層を形成する場合、一般式(1)で表される少なくとも1種の化合物の含有量は、高分子化合物に対して、5質量%以上が好ましく、20質量%以上になるように調製することがより好ましい。
Furthermore, the organic semiconductor layer may be formed of at least one compound represented by the general formula (1) and a polymer compound.
Examples of such polymer compounds include polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives, poly (cyclohexyl methacrylate) derivatives, polyethylene derivatives, polypropylene derivatives, polyisoprene derivatives, polybutadiene derivatives, polyisobutylene derivatives, polymethylpentene derivatives,
Poly (vinylcyclohexane) derivatives, polystyrene derivatives, poly (4-methylstyrene) derivatives, poly (α-methylstyrene) derivatives, poly (α-vinylnaphthalene) derivatives, poly (vinyltoluene) derivatives, poly (chlorotrifluoroethylene) ) Derivatives, poly (4-vinylbiphenyl) derivatives, poly (2-methyl-1,3-butadiene) derivatives, poly (styrene / acrylonitrile) copolymers, poly (styrene / butadiene) copolymers, polyvinyl chloride derivatives And polyethylene terephthalate derivatives, polybutylene terephthalate derivatives, nylon derivatives, polyester derivatives, polyimide derivatives, polyphenol derivatives, cellulose derivatives, vinylon derivatives, and the like.
These polymer compounds may be used alone or in combination.
In addition, when forming an organic-semiconductor layer using together at least 1 type of compound represented by General formula (1), and a high molecular compound, containing at least 1 type of compound represented by General formula (1) The amount is preferably 5% by mass or more, more preferably 20% by mass or more based on the polymer compound.
本発明の有機トランジスタは、p型(正孔がキャリアとして機能する)の有機トランジスタ、またはn型(電子がキャリアとして機能する)の有機トランジスタとして機能するが、好ましくは、p型の有機トランジスタとして使用するのが好ましい。 The organic transistor of the present invention functions as a p-type (holes function as a carrier) organic transistor or an n-type (electrons function as a carrier) organic transistor, preferably as a p-type organic transistor. It is preferred to use.
有機半導体層の形成方法としては、特に限定するものではなく、公知の形成方法を用いることができる。
形成方法としては、例えば、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、プラズマ重合法、熱転写法、レーザー転写法などのドライプロセス、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、LB法(ラングミューア・ブロジェット法)、各種印刷法、インクジェット法などのウェットプロセスを挙げることができる。
The method for forming the organic semiconductor layer is not particularly limited, and a known formation method can be used.
Examples of the formation method include vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam, low energy ion beam, ion plating, CVD, sputtering, plasma polymerization, thermal transfer, and laser transfer. Dry process, spray coat method, spin coat method, blade coat method, dip coat method, cast method, roll coat method, bar coat method, die coat method, LB method (Langmuir / Blodget method), various printing methods, ink jet method And wet processes such as
ウェットプロセスにより、有機半導体層の形成する場合は、一般式(1)で表される少なくとも1種の化合物を、溶媒に溶解、または分散させた溶液を用いる。
係る溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アニソールなどのエーテル系溶媒、ヘキサン、オクタン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレンなどの炭化水素系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、フルオロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル、グルタロジニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル系溶媒、ジメチルスルフォキサイド、スルフォラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどの非プロトン性極性溶媒などの有機溶媒を挙げることができる。これらの溶媒は、1種を単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
係る溶媒中の一般式(1)で表される少なくとも1種の化合物の濃度に関しては、特に制限するものではないが、一般には、0.01〜20質量%、より好ましくは、0.05〜15質量%程度に調製することが好ましい。
有機半導体層の膜厚に関しては、特に制限するものではないが、一般に、数nm〜数十μmの範囲に設定することが好ましく、より好ましくは、1nm〜10μmであり、さらに好ましくは、5nm〜1μmである。
When the organic semiconductor layer is formed by a wet process, a solution in which at least one compound represented by the general formula (1) is dissolved or dispersed in a solvent is used.
Examples of such solvents include alcohol solvents such as water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and butanol; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; Ether solvents such as ether, dioxane, tetrahydrofuran, anisole, hydrocarbon solvents such as hexane, octane, toluene, xylene, ethylbenzene, cumene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, dichloromethane, chloroform, dichloroethane, tetrachloroethane , Halogenated hydrocarbon solvents such as tetrachloroethylene, chlorobenzene, fluorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, acetonitrile, propionite Nitrile solvents such as methoxyacetonitrile, glutarodinitrile, benzonitrile, aprotic such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone And organic solvents such as a polar solvent. These solvents may be used alone or in combination.
The concentration of at least one compound represented by the general formula (1) in the solvent is not particularly limited, but is generally 0.01 to 20% by mass, more preferably 0.05 to It is preferable to adjust to about 15% by mass.
The film thickness of the organic semiconductor layer is not particularly limited, but in general, it is preferably set in the range of several nm to several tens of μm, more preferably 1 nm to 10 μm, still more preferably 5 nm to 1 μm.
本発明においては、有機半導体層の形成後、さらに所望により、後処理を施してもよい。
例えば、有機半導体層の形成後に、熱処理を施して、形成時に生じた膜厚の歪を緩和したり、あるいは生成したピンホールなどの改善することが可能な場合がある。
また、有機半導体層中の分子の配列、配向を制御するなどの目的で、熱処理を行うことは好ましい場合がある。
熱処理の温度に関しては、特に制限するものではないが、室温〜200℃程度、好ましくは、40℃〜150℃で実施する。尚、熱処理は、空気中で実施してもよく、また窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で実施してもよい。
In the present invention, after the organic semiconductor layer is formed, a post-treatment may be further performed as desired.
For example, after the organic semiconductor layer is formed, heat treatment may be performed to reduce the distortion of the film thickness generated during the formation or to improve the generated pinholes.
In addition, it may be preferable to perform heat treatment for the purpose of controlling the arrangement and orientation of molecules in the organic semiconductor layer.
Although it does not restrict | limit especially regarding the temperature of heat processing, About room temperature-about 200 degreeC, Preferably, it implements at 40 degreeC-150 degreeC. The heat treatment may be performed in the air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
本発明の有機トランジスタにおいては、所望により、有機半導体層はドーピング処理を施されていてもよい。
尚、ドーパントとしては、ドナー性ドーパント、アクセプター性ドーパントのいずれも使用可能であり、アクセプター性ドーパントを使用することは好ましい。
ドナー性ドーパントとしては、有機半導体層の有機化合物に電子を供与する機能を有する化合物であれば好適に用いることができる。
ドナー性ドーパントとしては、例えば、Li、Na、K、Rb、Csなどのアルカリ金属、Ca、Sr、Baなどのアルカリ土類金属、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、
Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Ybなどの希土類金属、アンモニウムイオン、
R4P+(Rはアルキル基を表す)、R4As+(Rはアルキル基を表す)、R3S+(Rはアルキル基を表す)、アセチルコリンなどが挙げられる。
In the organic transistor of the present invention, the organic semiconductor layer may be subjected to a doping treatment if desired.
In addition, as a dopant, both a donor-type dopant and an acceptor-type dopant can be used, and it is preferable to use an acceptor-type dopant.
As the donor dopant, any compound having a function of donating electrons to the organic compound of the organic semiconductor layer can be preferably used.
Examples of the donor dopant include alkali metals such as Li, Na, K, Rb, and Cs, alkaline earth metals such as Ca, Sr, and Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm,
Rare earth metals such as Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, ammonium ions,
Examples include R 4 P + (R represents an alkyl group), R 4 As + (R represents an alkyl group), R 3 S + (R represents an alkyl group), acetylcholine, and the like.
アクセプター性ドーパントとしては、有機半導体層の有機化合物から電子を取り去る機能を有する化合物であれば好適に用いることができる。
アクセプター性ドーパントとしては、例えばCl2、Br2、I2、ICl、ICl3、IBr、IFなどのハロゲン化合物、PF5、AsF5、SbF5、BF3、BCl3、
BBr3、SO3などのルイス酸、HF、HCl、HNO3、H2SO4、HClO4、
FSO3H、ClSO3H、CF3SO3Hなどのプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸などの有機酸、FeCl3、FeOCl、TiCl4、ZrCl4、HfCl4、NbF5、
NbCl5、TaCl5、MoCl5、WF5、WCl6、UF6、LnCl3(Ln=La、Ce、Nd、PrなどのランタノイドとY)などの遷移金属化合物、Cl−、Br−、
I−、ClO4 −、PF6 −、AsF5 −、SbF6 −、BF4 −、スルホン酸アニオンなどの電解質アニオンなどが挙げられる。
尚、ドーピング方法としては、有機半導体層を形成した後に、ドーパントを導入する方法、あるいは有機半導体層の形成時に、ドーパントを導入する方法を適用することができる。
As the acceptor dopant, any compound having a function of removing electrons from the organic compound of the organic semiconductor layer can be preferably used.
Examples of the acceptor dopant include halogen compounds such as Cl 2 , Br 2 , I 2 , ICl, ICl 3 , IBr, and IF, PF 5 , AsF 5 , SbF 5 , BF 3 , BCl 3 ,
Lewis acids such as BBr 3 and SO 3 , HF, HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 ,
Protic acids such as FSO 3 H, ClSO 3 H, CF 3 SO 3 H, organic acids such as acetic acid, formic acid and amino acids, FeCl 3 , FeOCl, TiCl 4 , ZrCl 4 , HfCl 4 , NbF 5 ,
Transition metal compounds such as NbCl 5 , TaCl 5 , MoCl 5 , WF 5 , WCl 6 , UF 6 , LnCl 3 (Ln = La, Ce, Nd, Pr and other lanthanoids and Y), Cl − , Br − ,
Examples thereof include electrolyte anions such as I − , ClO 4 − , PF 6 − , AsF 5 − , SbF 6 − , BF 4 − and sulfonate anions.
As a doping method, a method of introducing a dopant after forming an organic semiconductor layer, or a method of introducing a dopant at the time of forming the organic semiconductor layer can be applied.
また、本発明の有機トランジスタは、大気中の酸素、水分などの影響を軽減する目的で、有機トランジスタの外周面の全面、または一部にガスバリア層を設けることもできる。ガスバリア層を形成する材料としては、例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどを挙げることができる。さらには、ゲート絶縁層に使用する材料として挙げた無機絶縁体もガスバリア層の形成に用いることができる。
尚、本発明の有機トランジスタは、例えば、液晶表示素子、有機電界発光素子、電子ペーパー、各種センサー、RFIDs(radio frequency identification cards)などに使用することができる。
Moreover, the organic transistor of this invention can also provide a gas barrier layer in the whole or part of the outer peripheral surface of an organic transistor in order to reduce the influence of oxygen, moisture, etc. in the atmosphere. Examples of the material for forming the gas barrier layer include polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl chloride, and polyvinylidene chloride. Furthermore, the inorganic insulator mentioned as a material used for a gate insulating layer can also be used for formation of a gas barrier layer.
The organic transistor of the present invention can be used for, for example, a liquid crystal display element, an organic electroluminescent element, electronic paper, various sensors, RFIDs (radio frequency identification cards), and the like.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
ゲート電極としての抵抗率0.02Ω・cmのシリコン基板に、厚さ200nmの熱酸化膜(SiO2)を形成した。ここで、シリコン基板自体がゲート電極となり、シリコン基板表面に形成されたSiO2層がゲート絶縁層となる。この上に、真空下(5×10−4Pa)で、例示化合物番号4の化合物を、蒸着速度0.03nm/secの速度で、30nmの厚さに蒸着し、有機半導体層を形成した。さらに、この上に、マスクを用いて、金を蒸着してソース電極およびドレイン電極を形成した。尚、ソース電極およびドレイン電極の厚みは40nmであり、チャネル幅は5mm、チャネル長は20μmであった。
以上のように作製した有機トランジスタは、p型のトランジスタ素子としての特性を示した。有機トランジスタの電流−電圧(I−V)特性の飽和領域から、電荷移動度を求めた。
さらに、ドレインバイアス−50Vとし、ゲートバイアス−50Vおよび0Vにした時のドレイン電流値を測定し、電流のオン/オフ比を求めた。
さらに、作製した有機トランジスタ素子を大気中で、25℃で、1ヶ月保存した後、再度、電荷移動度と電流のオン/オフ比を測定した。測定結果を第1表に示した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.
Example 1
A thermal oxide film (SiO 2 ) having a thickness of 200 nm was formed on a silicon substrate having a resistivity of 0.02 Ω · cm as a gate electrode. Here, the silicon substrate itself becomes the gate electrode, and the SiO 2 layer formed on the surface of the silicon substrate becomes the gate insulating layer. On top of this, the compound of Exemplified Compound No. 4 was deposited in a thickness of 30 nm under vacuum (5 × 10 −4 Pa) at a deposition rate of 0.03 nm / sec to form an organic semiconductor layer. Further, a source electrode and a drain electrode were formed thereon by vapor-depositing gold using a mask. The source electrode and drain electrode had a thickness of 40 nm, a channel width of 5 mm, and a channel length of 20 μm.
The organic transistor manufactured as described above exhibited characteristics as a p-type transistor element. The charge mobility was determined from the saturation region of the current-voltage (IV) characteristics of the organic transistor.
Further, the drain current value was measured when the drain bias was −50 V and the gate bias was −50 V and 0 V, and the current on / off ratio was obtained.
Furthermore, after storing the produced organic transistor element in the atmosphere at 25 ° C. for one month, the charge mobility and the on / off ratio of the current were measured again. The measurement results are shown in Table 1.
(実施例2〜7)
実施例1において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号4の化合物を使用する代わりに、例示化合物番号14の化合物(実施例2)、例示化合物番号16の化合物(実施例3)、例示化合物番号33の化合物(実施例4)、例示化合物番号35の化合物(実施例5)、例示化合物番号50の化合物(実施例6)、例示化合物番号58の化合物(実施例7)を使用した以外は、実施例1に記載の方法により有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べ、結果を第1表に示した。
(Examples 2 to 7)
In Example 1, instead of using the compound of Example Compound No. 4 in forming the organic semiconductor layer, the compound of Example Compound No. 14 (Example 2), the compound of Example Compound No. 16 (Example 3), and the Example Compound Except for using the compound of No. 33 (Example 4), the compound of Example Compound No. 35 (Example 5), the compound of Example Compound No. 50 (Example 6), and the compound of Example Compound No. 58 (Example 7) An organic transistor was prepared by the method described in Example 1.
Further, the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, and the results are shown in Table 1.
(比較例1)
実施例1において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号4の化合物を使用する代わりに、式(A)の化合物(非特許文献4に記載の化合物)を使用した以外は、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べ、結果を第1表に示した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, in forming the organic semiconductor layer, Example 1 was used except that the compound of the formula (A) (the compound described in Non-Patent Document 4) was used instead of the compound of Exemplified Compound No. 4. An organic transistor was produced by the method described.
Further, the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, and the results are shown in Table 1.
(比較例2)
実施例1において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号4の化合物を使用する代わりに、式(A)の化合物(非特許文献5に記載の化合物)を使用した以外は、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べ、結果を第1表に示した。
(Comparative Example 2)
In Example 1, in forming the organic semiconductor layer, Example 1 was used except that the compound of the formula (A) (the compound described in Non-Patent Document 5) was used instead of the compound of Example Compound No. 4. An organic transistor was produced by the method described.
Further, the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, and the results are shown in Table 1.
(比較例3)
実施例1において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号4の化合物を使用する代わりに、式(C)の化合物を使用した以外は、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 3)
In Example 1, an organic transistor was produced by the method described in Example 1 except that the compound of Formula (C) was used instead of the compound of Example Compound No. 4 when forming the organic semiconductor layer. .
(比較例4)
実施例1において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号4の化合物を使用する代わりに、式(D)の化合物を使用した以外は、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 4)
In Example 1, an organic transistor was produced by the method described in Example 1 except that the compound of Formula (D) was used instead of the compound of Example Compound No. 4 when forming the organic semiconductor layer. .
(実施例8)
ゲート電極としての抵抗率0.02Ω・cmのシリコン基板に、厚さ200nmの熱酸化膜(SiO2)を形成した。ここで、シリコン基板自体がゲート電極となり、シリコン基板表面に形成されたSiO2層がゲート絶縁層となる。シリコン基板を80℃に加熱しておき、その上に、例示化合物番号29の化合物のクロロベンゼン溶液(濃度:0.3質量%)を塗布したところ、クロロベンゼンが蒸発し、50nmの厚さの例示化合物番号29の化合物からなる有機半導体層が形成された。さらに、この上に、マスクを用いて、金を蒸着してソース電極およびドレイン電極を形成した。尚、ソース電極およびドレイン電極の厚みは40nmであり、チャネル幅は5mm、チャネル長は20μmであった。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べたところ、移動度は、8.7×10−1(cm2/Vsec)であり、電流のオン/オフ比は4.6×106であった。
(Example 8)
A thermal oxide film (SiO 2 ) having a thickness of 200 nm was formed on a silicon substrate having a resistivity of 0.02 Ω · cm as a gate electrode. Here, the silicon substrate itself becomes the gate electrode, and the SiO 2 layer formed on the surface of the silicon substrate becomes the gate insulating layer. When the silicon substrate was heated to 80 ° C. and a chlorobenzene solution (concentration: 0.3% by mass) of the compound of Exemplified Compound No. 29 was applied thereon, the chlorobenzene evaporated to give an exemplary compound having a thickness of 50 nm. An organic semiconductor layer made of the compound of No. 29 was formed. Further, a source electrode and a drain electrode were formed thereon by vapor-depositing gold using a mask. The source electrode and drain electrode had a thickness of 40 nm, a channel width of 5 mm, and a channel length of 20 μm.
Furthermore, when the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, the mobility was 8.7 × 10 −1 (cm 2 / Vsec), and the current on / off ratio was 4.6. × 10 6
(実施例9)
実施例8において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号29の化合物を使用する代わりに、例示化合物番号19の化合物を使用した以外は、実施例8に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べたところ、移動度は、1.8(cm2/Vsec)であり、電流のオン/オフ比は5.4×106であった。
Example 9
In Example 8, an organic transistor was prepared by the method described in Example 8 except that the compound of Exemplified Compound No. 19 was used instead of the compound of Exemplified Compound No. 29 in forming the organic semiconductor layer. .
Further, when the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, the mobility was 1.8 (cm 2 / Vsec), and the current on / off ratio was 5.4 × 10 6 . there were.
(実施例10)
実施例8において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号29の化合物を使用する代わりに、例示化合物番号21の化合物を使用した以外は、実施例8に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べたところ、移動度は、1.2(cm2/Vsec)であり、電流のオン/オフ比は4.7×106であった。
(Example 10)
In Example 8, an organic transistor was produced by the method described in Example 8 except that the compound of Exemplified Compound No. 21 was used instead of the compound of Exemplified Compound No. 29 in forming the organic semiconductor layer. .
Further, when the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, the mobility was 1.2 (cm 2 / Vsec), and the current on / off ratio was 4.7 × 10 6 . there were.
(実施例11)
実施例8において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号29の化合物を使用する代わりに、例示化合物番号38の化合物を使用した以外は、実施例8に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べたところ、移動度は、1.6(cm2/Vsec)であり、電流のオン/オフ比は6.4×106であった。
(Example 11)
In Example 8, an organic transistor was produced by the method described in Example 8 except that the compound of Exemplified Compound No. 29 was used instead of the compound of Exemplified Compound No. 29 in forming the organic semiconductor layer. .
Further, when the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, the mobility was 1.6 (cm 2 / Vsec), and the current on / off ratio was 6.4 × 10 6 . there were.
(実施例12)
実施例8において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号29の化合物を使用する代わりに、例示化合物番号40の化合物を使用した以外は、実施例8に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べたところ、移動度は、9.8×10−1(cm2/Vsec)であり、電流のオン/オフ比は5.7×106であった。
(Example 12)
In Example 8, an organic transistor was produced by the method described in Example 8 except that the compound of Exemplified Compound No. 29 was used instead of the compound of Exemplified Compound No. 29 in forming the organic semiconductor layer. .
Furthermore, when the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, the mobility was 9.8 × 10 −1 (cm 2 / Vsec), and the current on / off ratio was 5.7. × 10 6
(実施例13)
実施例8において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号29の化合物を使用する代わりに、例示化合物番号54の化合物を使用した以外は、実施例8に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べたところ、移動度は、1.4(cm2/Vsec)であり、電流のオン/オフ比は5.6×106であった。
(Example 13)
In Example 8, when the organic semiconductor layer was formed, an organic transistor was produced by the method described in Example 8, except that the compound of
Further, when the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, the mobility was 1.4 (cm 2 / Vsec), and the current on / off ratio was 5.6 × 10 6 . there were.
(比較例5)
実施例8において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号29の化合物を使用する代わりに、式(E)の化合物を使用した以外は、実施例8に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べたところ、移動度は、3.4×10−1(cm2/Vsec)であり、電流のオン/オフ比は4.6×106であった。
(Comparative Example 5)
In Example 8, an organic transistor was produced by the method described in Example 8, except that the compound of formula (E) was used instead of the compound of Example Compound No. 29 in forming the organic semiconductor layer. .
Further, when the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, the mobility was 3.4 × 10 −1 (cm 2 / Vsec), and the current on / off ratio was 4.6. × 10 6
(比較例6)
実施例8において、有機半導体層の形成に際して、例示化合物番号29の化合物を使用する代わりに、式(F)の化合物を使用した以外は、実施例8に記載の方法により、有機トランジスタを作製した。
さらに、実施例1に記載の方法により、有機トランジスタの特性を調べたところ、移動度は、2.7×10−1(cm2/Vsec)であり、電流のオン/オフ比は5.1×106であった。
(Comparative Example 6)
In Example 8, an organic transistor was produced by the method described in Example 8, except that the compound of formula (F) was used instead of the compound of Example Compound No. 29 in forming the organic semiconductor layer. .
Furthermore, when the characteristics of the organic transistor were examined by the method described in Example 1, the mobility was 2.7 × 10 −1 (cm 2 / Vsec), and the current on / off ratio was 5.1. × 10 6
第1表より、一般式(1)で表される化合物を用いてなる有機トランジスタは、高い電荷移動度、大きな電流オン/オフ比を有し、有機トランジスタとして優れた特性を有しており、さらに経時変化が抑制された、安定性に優れた有機トランジスタであることが明らかである。
From Table 1, the organic transistor using the compound represented by the general formula (1) has high charge mobility, a large current on / off ratio, and has excellent characteristics as an organic transistor. Further, it is clear that the organic transistor is excellent in stability in which change with time is suppressed.
本発明の有機トランジスタは、高い電荷移動度、大きな電流オン/オフ比を有し、かつ保存安定性に優れており、液晶表示素子、有機電界発光素子、電子ペーパー、各種センサー、RFIDs(radio frequency identification cards)などに使用することができる。
The organic transistor of the present invention has high charge mobility, a large current on / off ratio, and excellent storage stability. The liquid crystal display element, organic electroluminescent element, electronic paper, various sensors, RFIDs (radio frequency identification cards).
11:基板
21:ゲート電極
31:ゲート絶縁層
41:ドレイン電極
51:有機半導体層
61:ソース電極
11: Substrate 21: Gate electrode 31: Gate insulating layer 41: Drain electrode 51: Organic semiconductor layer 61: Source electrode
12:基板
22:ゲート電極
32:ゲート絶縁層
42:ドレイン電極
52:有機半導体層
62:ソース電極
12: Substrate 22: Gate electrode 32: Gate insulating layer 42: Drain electrode 52: Organic semiconductor layer 62: Source electrode
13:基板
23:ゲート電極
33:ゲート絶縁層
43:ドレイン電極
53:有機半導体層
63:ソース電極
13: Substrate 23: Gate electrode 33: Gate insulating layer 43: Drain electrode 53: Organic semiconductor layer 63: Source electrode
14:基板
24:ゲート電極
34:ゲート絶縁層
44:ドレイン電極
54:有機半導体層
64:ソース電極
14: Substrate 24: Gate electrode 34: Gate insulating layer 44: Drain electrode 54: Organic semiconductor layer 64: Source electrode
Claims (1)
〔式中、X1〜X4はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルキル基、あるいは炭素数5〜12の直鎖、分岐または環状のアルコキシアルコキシ基を表す(但し、X1〜X4は同時に水素原子を表すことはない)〕
An organic transistor having an organic semiconductor layer, wherein the organic semiconductor layer contains at least one compound selected from compounds represented by the general formula (1).
[Wherein, X 1 to X 4 each independently represent a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxyalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, or represents a straight-chain, branched or cyclic alkoxyalkoxy group having 5 to 12 carbon atoms (, X 1 to X 4 are not simultaneously represent a hydrogen atom)]
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