JP2017098489A - 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ - Google Patents
有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017098489A JP2017098489A JP2015231802A JP2015231802A JP2017098489A JP 2017098489 A JP2017098489 A JP 2017098489A JP 2015231802 A JP2015231802 A JP 2015231802A JP 2015231802 A JP2015231802 A JP 2015231802A JP 2017098489 A JP2017098489 A JP 2017098489A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- organic
- organic semiconductor
- film transistor
- polymer binder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
【課題】 塗工性に優れた有機半導体層形成用溶液、それを用いた有機半導体層および低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】 下記一般式(1)【化1】(ここで、置換基R1およびR2は、同一でも異なっていてもよく、炭素数3〜10のアルキル基を示し、T1〜T4は、各々同一でも異なっていてもよく、酸素原子または硫黄原子を示す。)で示されるヘテロアセン誘導体、1000Hzにおいて誘電率3.0以上のポリマーバインダー、および有機溶媒を含む有機半導体層形成用溶液。【選択図】 なし
Description
本発明は、有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタに関するものであり、特に印刷法に適用可能な塗工性に優れた低分子有機半導体材料を含む有機半導体層形成用溶液、これを用いて形成した有機半導体層、及び低電圧駆動が可能な有機薄膜トランジスタに関するものである。
有機薄膜トランジスタに代表される有機半導体デバイスは、省エネルギー、低コストおよびフレキシブルといった無機半導体デバイスにはない特徴を有することから近年注目されている。この有機半導体デバイスは、有機半導体層、基板、絶縁層、電極等の数種類の材料から構成され、中でも電荷のキャリア移動を担う有機半導体層は該デバイスの中心的な役割を有している。そして、有機半導体デバイス性能は、この有機半導体層を構成する有機材料のキャリア移動度により左右されることから、高キャリア移動度を与える有機材料の出現が所望されている。
有機半導体層を作製する方法としては、高温真空下、有機材料を気化させて実施する真空蒸着法、有機材料を適当な溶媒に溶解させその溶液を塗布する塗布法等の方法が一般的に知られている。塗布は高温高真空条件を用いることなく印刷技術を用いても実施することができるため、経済的に好ましいプロセスと考えられており、塗工性が高く、キャリア移動度に優れ、低電圧駆動可能な塗布型有機半導体層が望まれている。
塗布型有機半導体層として、ジチエノベンゾジチオフェン骨格を有する有機半導体材料を用いた有機半導体層が提案されており、ウェットプロセスで作製した有機薄膜トランジスタについて開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、塗布型有機半導体層に高いキャリア輸送性を付与するため、ジドデシルベンゾチエノベンゾチオフェンやビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセンといった低分子化合物とキャリア輸送性とを有する高分子化合物を組み合わせた有機半導体組成物が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載された塗布型有機半導体層は、高移動度であるが、ソース-ドレイン電圧が−50V、ゲート電圧が最大−60Vと印加する電圧が大きいため低い電圧での駆動が求められている。特許文献2に記載された有機半導体組成物においてもソース-ドレイン電圧、及びゲート電圧とも最大−60Vと高電圧が必要という課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、塗工性に優れ、低電圧で駆動する塗工型有機半導体層に適した有機半導体層形成用溶液、それを用いた有機半導体層および低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタを提供することにある。
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討の結果、特定の有機半導体層形成用溶液が連続的な相分離構造を有する有機半導体層を形成することで、得られる塗工型有機半導体層が低電圧で駆動することを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記一般式(1)
で示されるヘテロアセン誘導体、1000Hzにおいて誘電率3.0以上のポリマーバインダー、および有機溶媒を含む有機半導体層形成用溶液、それを用いて形成した有機半導体層および高い半導体・電気物性、を有する低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタに関するものである。
以下に、本発明をより詳細に説明する。
本発明の有機半導体層形成用溶液は、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体、1000Hzにおける誘電率3.0以上のポリマーバインダー、および有機溶媒を含むことを特徴とする。
本発明の有機半導体層形成用溶液を構成するヘテロアセン誘導体は、一般式(1)で示される縮合環骨格を有する構造であることを特徴とする。
一般式(1)中、R1およびR2は、同一でも異なっていてもよく、炭素数3〜10のアルキル基を示し、高溶解性のため炭素数4〜8のアルキル基であることが好ましい。R1およびR2が、炭素数3以上であることで、ヘテロアセン誘導体の有機溶媒に対する溶解性を向上させ安定的な有機半導体層形成用溶液とすることができ、かつ、炭素数10以下であることで、得られる有機薄膜トランジスタの半導体・電気特性を優れたものとすることができる。
R1およびR2の具体例としては、例えば、n−プロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基などを挙げることができ、高溶解性のため、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基であることが好ましい。
一般式(1)中、T1〜T4は各々同一でも異なっていてもよく、酸素原子又は硫黄原子を示す。T1〜T4は、高移動度のため、すべて硫黄原子が好ましく、その場合一般式(1)は、ジチエノベンゾジチオフェン骨格を有する構造を示す。
一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体の具体例として、特に限定はなく、以下の化合物を挙げることができる。
本発明の有機半導体層形成用溶液はポリマーバインダーを含むことで、該溶液を用いて形成された有機半導体層および有機トランジスタは低電圧駆動が可能となる。
ここで一般に、有機半導体層の誘電率が高いほど、有機トランジスタを低電圧駆動とすることができることが知られている。一方、ポリマーの絶縁体を用いる場合、ポリマーの誘電率が高いとキャリア移動度の低下やヒステリシスの発生等の問題が生じるものである。本発明は、本発明に係る有機半導体材料を用いる場合、ポリマーバインダーの誘電率が特定の範囲であるとき、キャリア移動度の低下等の問題が生じることなく有機トランジスタを低電圧駆動することができることを見出したものであり、高い半導体・電気物性を実現したことに特徴があるものである。なお、誘電率は周波数に依存するため、本発明では1000Hzにおける誘電率として範囲を特定したものである(周波数の値が固定されている場合、誘電率は物質固有の値となる。)。
ポリマーバインダーは電極から有機半導体層へのキャリア移動と半導体層中のグレイン間のキャリア移動を促進するため、1000Hzにおける誘電率が3.0以上であり、3.0〜4.0であることが好ましい。
また、本発明で用いるポリマーバインダーは、有機半導体層形成用溶液とする際により優れた塗工性を発現することから、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が5,000〜2,000,000の範囲にあることが好ましく、10,000〜1,500,000であることが更に好ましい。
本発明に用いられるポリマーバインダーとして、例えば、ポリカーボネート、ポリ(スチレン−co−メチルメタクリレート)、ポリ(アクリルニトリル−co−ブタジエン−co−スチレン)、ポリ(アクリロニトリル−co−スチレン−co−メチルメタクリレート)、ポリ(スチレン−co−アクリロニトリル)、ポリイミド、ナイロン6、ナイロン66、セルロース、セルロースアセテート、ポリエチレン−co−アセテート−co−ブチレート、ポリエーテルスルフォン、ポリテトラフルオロメチルシロキサン、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。
なお、本発明で用いるポリマーバインダーは、1種類のポリマーバインダーを単独で使用、または2種類以上のポリマーバインダーの混合物として使用することが可能である。更に、異なる分子量のポリマーバインダーを混合して使用することも可能である。そして、上記で挙げたポリマーバインダーの2種類以上の共重合体であってもかまわない。
本発明の有機半導体層形成用溶液の構成成分として用いる有機溶媒としては、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体、およびポリマーバインダーを溶解することが可能な有機溶媒であれば如何なる有機溶媒を使用してもよく、例えば、炭化水素、とくに、芳香族炭化水素、ケトン溶媒、アルコール、エーテル、エステル、塩素系溶媒等が挙げられる。このうち、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーの連続的な相分離構造を形成するのにより好適なものとなることから、常圧での沸点が140℃以上である有機溶媒が好ましい。例えば、テトラリン、メシチレン、o−キシレン、イソプロピルベンゼン、ペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、1,2,4−トリメチルベンゼン、アニソール、2−メチルアニソール、3−メチルアニソール、2,3−ジメチルアニソール、3,4−ジメチルアニソール、2,6−ジメチルアニソール、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、1,2−メチレンジオキシベンゼン、1,2−エチレンジオキシベンゼン、酢酸フェニル、1,2−ジクロロベンゼン、1,3−ジクロロベンゼン、1,4−ジクロロベンゼン、シクロヘキサノン、デカン、ドデカン、デカリン、シクロヘキサノールアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、1,4−ブタンジオールジアセテート、1,3−ブチレングリコールジアセテート、1,3−ブチレングリコールジアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリアセチレンなどを挙げられることができ、その中でも適度な乾燥速度を持つことから、好ましくはテトラリン、メシチレン、o−キシレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、アニソール、2−メチルアニソール、3−メチルアニソール、2,3−ジメチルアニソール、3,4−ジメチルアニソール、2,6−ジメチルアニソール、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、1,2−メチレンジオキシベンゼン、1,2−エチレンジオキシベンゼン、酢酸フェニル、1,2−ジクロロベンゼン、1,3−ジクロロベンゼン、1,4−ジクロロベンゼン、シクロヘキサノンであり、さらに好ましくは、テトラリン、メシチレン、アニソール、2−メチルアニソール、3−メチルアニソール、2,3−ジメチルアニソール、3,4−ジメチルアニソール、2,6−ジメチルアニソールである。
なお、本発明で用いる有機溶媒は、1種類の有機溶媒を単独で使用、または沸点、極性、溶解度パラメーターなど性質の異なる有機溶媒を2種類以上混合して使用することが可能である。
本発明の有機半導体層形成用溶液は、上記一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体、ポリマーバインダー、および有機溶媒を混合、溶解することで調製する。
有機半導体層形成用溶液を調製する方法については特に制限はなく、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーを有機溶媒に溶解することが可能な方法であれば、如何なる方法を用いてもよい。例えば、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーの混合物を同時に有機溶媒に溶解して有機半導体層形成用溶液を調製する方法、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体の有機溶媒溶液にポリマーバインダーを溶解して有機半導体層形成用溶液を調製する方法、ポリマーバインダーの有機溶媒溶液に一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体を溶解する方法などを挙げることができる。
一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーを有機溶媒に混合溶解する際の温度としては、溶解を促進させる目的のため、0〜100℃の温度範囲で行うことが好ましく、10〜80℃の温度範囲で行うことが更に好ましい。
また、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーを有機溶媒に溶解混合する時間は、均一溶液を得るため、1分〜2日間で溶解することが好ましい。
一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーの混合組成比は、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーとの合計100質量部に対して、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体の含有割合が、5〜70質量部の範囲であることが好ましく、10〜60質量部の範囲であることが更に好ましい。
本発明の有機半導体層形成用溶液における一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体の濃度が0.01〜20.0重量%の範囲であると、取り扱いがより容易になり、有機半導体層を形成する際の効率により優れるものとなる。また、有機半導体層形成用溶液の粘度が0.3〜100mPa・sの範囲であると、より好適な塗工性を発現するものとなる。
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて有機半導体層を形成する際の塗布方法としては、有機半導体層を形成可能な方法であれば特に制限はなく、例えば、スピンコート、ドロップキャスト、ディップコート、キャストコート等の簡易塗工法;ディスペンサー、インクジェット、スリットコート、ブレードコート、フレキソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等の印刷法を挙げることができ、中でも容易に効率よく有機半導体層とすることが可能となることから、スピンコート、インクジェットであることがさらに好ましい。また、その際の有機半導体層の膜厚については特に制限はなく、膜厚の制御のし易さのため、好ましくは1nm〜1μmであり、さらに好ましくは10nm〜500nmである。
本発明の有機半導体層形成用溶液を塗布後、有機溶媒を乾燥除去することにより有機半導体層を形成することが可能である。
塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去する際、乾燥する条件に特に制限はなく、例えば、常圧下、又は減圧下で有機溶媒の乾燥除去を行うことが可能である。
塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去する温度に特に制限はないが、効率よく塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去することができ、有機半導体層を形成することが可能であるため、10〜150℃の温度範囲で行うことが好ましい。
塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去する際、除去する有機溶媒の気化速度を調節することで、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体の結晶成長を制御することが可能である。
また、得られる有機半導体層は、有機半導体層を形成後、アニール処理を行ってもよく、溶媒乾燥促進のため40〜150℃で行うのが好ましい。
本発明で得られる有機半導体層は、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーが連続的な相分離構造を有することを特徴とする。
本発明で示す有機半導体膜の連続的な相分離構造とは、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体から形成される層が欠陥のない界面により分離されていることを示す。なお、本発明では、有機半導体層形成用溶液が塗工性に優れることにより欠陥のない界面が形成されるものである。
該層は一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体およびポリマーバインダーの成分を有機半導体層の縦方向に分析することで確認することが可能である。
有機半導体層の縦方向に分析する方法として、例えば、ESCA(X線光電子分光分析装置)を用いた深さ方向の分析(アルゴンイオン銃を用いたエッチングにより深さ方向の分析を行う)が挙げられ、当該方法により、有機半導体層の有機半導体とポリマーバインダーとの成分比を解析することが可能である。
本発明で得られる有機半導体層の構成としては本発明にかかる有機半導体層が得られる限り特に制限はなく、例えば、以下の(a)〜(d)が挙げられる。(a)上層に一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体からなる層が形成され、下層にポリマーバインダーからなる層が形成される層の構成。(b)上層にポリマーバインダーからなる層が形成され、下層に一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体からなる層が形成された層の構成。(c)上層に一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体層からなる層が形成され、中間層にポリマーバインダーからなる層を有し、下層に一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体からなる層が形成される層の構成。(d)上層にポリマーバインダーからなる層が形成され、中間層に一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体からなる層を有し、下層にポリマーバインダーからなる層が形成される層の構成。
本発明の有機半導体層形成用溶液より形成される有機半導体層は、有機半導体デバイス、特に有機薄膜トランジスタの有機半導体層として使用することが可能である。
有機薄膜トランジスタは、基板上に、ソース電極およびドレイン電極を付設した有機半導体層とゲート電極とを絶縁層を介し積層することにより得ることができ、該有機半導体層に本発明の有機半導体層形成用溶液により形成した有機半導体層を用いることにより、優れた半導体・電気特性を発現する有機薄膜トランジスタとすることが可能である。
図1に一般的な有機薄膜トランジスタの断面形状による構造を示す。ここで、(A)は、ボトムゲート−トップコンタクト型、(B)は、ボトムゲート−ボトムコンタクト型、(C)は、トップゲート−トップコンタクト型、(D)は、トップゲート−ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタであり、1は有機半導体層、2は基板、3はゲート電極、4はゲート絶縁層、5はソース電極、6はドレイン電極を示し、本発明の有機半導体層形成用溶液より形成される有機半導体層は、いずれの有機薄膜トランジスタにも適用することが可能である。
基板の具体例としては、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、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、フッ素化環状ポリオレフィン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリ(ジイソプロピルフマレート)、ポリ(ジエチルフマレート)、ポリ(ジイソプロピルマレエート)、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、セルローストリアセテート等のプラスチック基板;ガラス、石英、酸化アルミニウム、シリコン、ハイドープシリコン、酸化シリコン、二酸化タンタル、五酸化タンタル、インジウム錫酸化物等の無機材料基板;金、銅、クロム、チタン、アルミニウム等の金属基板等を挙げることができる。なお、ハイドープ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ができる。
ゲート電極の具体例としては、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、ハイドープシリコン、スズ酸化物、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物、酸化モリブデン、クロム、チタン、タンタル、グラフェン、カーボンナノチューブ等の無機材料;ドープされた導電性高分子(例えば、PEDOT−PSS)等の有機材料等を挙げることができる。
ゲート絶縁層の具体例としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、二酸化タンタル、五酸化タンタル、インジウム錫酸化物、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマス等の無機材料;ポリ(ジイソプロピルフマレート)系樹脂、架橋ポリ(ジエチルフマレート)系樹脂、架橋ポリエチレンテレフタレート系樹脂、架橋ポリエチレンナフタレート系樹脂、架橋ポリエーテルスルホン系樹脂、架橋環状ポリオレフィン系樹脂、架橋ポリスチレン系樹脂、架橋ポリ−α−メチルスチレン系樹脂、架橋ポリエチレン系樹脂、架橋ポリプロピレン系樹脂、架橋ポリ(エチレン−プロピレン)共重合体系樹脂、架橋ポリ(エチレン−ノルボルネン)共重合体系樹脂、BCB樹脂(塗工前の物質:ビスビニルシロキサンベンゾシクロブテン(BCB)))等の有機塗工型材料;蒸着型の無機系酸化物を用いた無機蒸着型材料;ポリ(パラキシリレン)(蒸着前の物質:ジパラキシリレン)、ポリ(クロロパラキシリレン)(蒸着前の物質:(ジクロロジパラキシリレン))、ポリ(ジクロロパラキシリレン)(蒸着前の物質:(テトラクロロジパラキシリレン)等の有機蒸着型材料等を挙げることができる。また、これらのゲート絶縁層の表面は、例えば、オクタデシルトリクロロシラン、デシルトリクロロシラン、デシルトリメトキシシラン、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、β−フェネチルトリクロロシラン、β−フェネチルトリメトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のシラン類;ヘキサメチルジシラザン等のシリルアミン類で修飾処理したものであっても使用することができる。
一般的にゲート絶縁層の表面処理を行うことにより、有機半導体層を構成する材料の結晶粒径の増大および分子配向の向上が起こるため、キャリア移動度および電流オン・オフ比の向上、並びに閾値電圧の低下という好ましい結果が得られる。
ソース電極およびドレイン電極の材料としては、ゲート電極と同様の材料を用いることができ、ゲート電極の材料と同じであっても異なっていてもよく、異種材料を積層してもよい。また、キャリアの注入効率を上げるために、これらの電極材料に表面処理を実施することもできる。例えば、ベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオールを挙げることができる。
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて得られる有機薄膜トランジスタは、省電力のために印加するドレイン電圧とゲート電圧は−20V以下であることが好ましい。
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて得られる有機薄膜トランジスタは、速い動作性のため、キャリア移動度が、1.00cm2/V・s以上であることが好ましい。
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて得られる有機薄膜トランジスタは、高いスイッチ特性のため、電流オン・オフ比が、1.0×106以上であることが好ましい。
本発明の有機半導体層形成用溶液およびそれより形成される有機半導体層は、電子ペーパー、有機ELディスプレイ、液晶ディスプレイ、ICタグ(RFIDタグ)、メモリー、センサー用等の有機薄膜トランジスタ用途;有機ELディスプレイ材料;有機半導体レーザー材料;有機薄膜太陽電池材料;フォトニック結晶材料等の電子材料に利用することができ、一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体が結晶性の薄膜となるため、有機薄膜トランジスタの半導体層用途として用いられることが好ましい。
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いることで、優れた半導体・電気特性を発現する低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタを提供することが可能となる。
以下実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
実施例中、ポリマーバインダーの誘電率は100mm×100mm×1mmの大きさのサンプルを作製しLCRメーター(アジレント・テクノロジー社製、precision LCR meter HP4284A)で周波数1000Hzの条件で平行板コンデンサ法を用いて測定を行った。連続的な相分離構造の有無は、アルゴンイオン銃によるエッチングとESCA(X線光電子分光法)(アルバック・ファイ社製PHI5000 VersaProbeII)により有機半導体層の深さ方向の組成を求める分析により判断した。半導体・電気物性については、半導体パラメータアナライザー(ケースレー社製4200SCS)を用い、実施例に記載のドレイン電圧(Vd)、ゲート電圧(Vg)にて測定を行った。
実施例1
(ゲート電極の形成)
ガラス基板上にアルミニウムを真空蒸着することで電極を形成した。
(ゲート絶縁膜の形成)
グローブボックス内でビスビニルシロキサンベンゾシクロブテン(BCB)(商品名:サイクロテン3022−35)(ダウ・ケミカル社製)3.0gとメシチレン3.0gとを混合して得られた溶液の内0.5ml用いてスピンコーター(ミカサ株式会社製、MS−A100M)で、ゲート電極付ガラス基板上にスピンコート製膜し(500rpm/5秒、及び2000rpm/60秒)、さらに80℃×3分、150℃×3分、210℃×40分、及び250℃×60分の熱処理により得られた膜厚500nmのBCB樹脂をゲート絶縁膜とした。
(有機半導体層の形成)
空気下10mlサンプル管に、1,2−ジクロロベンゼン3.0g、及び2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェン0.6mg、及び1000Hzで誘電率3.1のポリカーボネート(帝人社製、商品名パンライト)0.3mgを加え、80℃に加熱して溶解させることで調製した有機半導体層形成用溶液を、上述で作製した絶縁膜上に室温でドロップキャストし、乾燥させることで有機半導体層を形成させた。
(ゲート電極の形成)
ガラス基板上にアルミニウムを真空蒸着することで電極を形成した。
(ゲート絶縁膜の形成)
グローブボックス内でビスビニルシロキサンベンゾシクロブテン(BCB)(商品名:サイクロテン3022−35)(ダウ・ケミカル社製)3.0gとメシチレン3.0gとを混合して得られた溶液の内0.5ml用いてスピンコーター(ミカサ株式会社製、MS−A100M)で、ゲート電極付ガラス基板上にスピンコート製膜し(500rpm/5秒、及び2000rpm/60秒)、さらに80℃×3分、150℃×3分、210℃×40分、及び250℃×60分の熱処理により得られた膜厚500nmのBCB樹脂をゲート絶縁膜とした。
(有機半導体層の形成)
空気下10mlサンプル管に、1,2−ジクロロベンゼン3.0g、及び2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェン0.6mg、及び1000Hzで誘電率3.1のポリカーボネート(帝人社製、商品名パンライト)0.3mgを加え、80℃に加熱して溶解させることで調製した有機半導体層形成用溶液を、上述で作製した絶縁膜上に室温でドロップキャストし、乾燥させることで有機半導体層を形成させた。
該有機半導体層のESCA測定により、2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェンとポリカーボネートの連続的な相分離構造を有することを確認した。
(有機薄膜トランジスタの作製)
上述の方法で作製した有機半導体層に、チャネル長20μm、チャネル幅1000μmのシャドウマスクを置き、金を真空蒸着することで電極を形成し、ボトムゲート−トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタを作製した。
(半導体・電気物性の測定)
作製した有機薄膜トランジスタの電気物性をドレイン電圧(Vd=−20V)で、ゲート電圧(Vg)を+5〜−20Vまで0.5V刻みで走査し、伝達特性の評価を行った。キャリア移動度は1.30cm2/V・s(p型)、オン・オフ比 2.0×107であった。
(有機薄膜トランジスタの作製)
上述の方法で作製した有機半導体層に、チャネル長20μm、チャネル幅1000μmのシャドウマスクを置き、金を真空蒸着することで電極を形成し、ボトムゲート−トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタを作製した。
(半導体・電気物性の測定)
作製した有機薄膜トランジスタの電気物性をドレイン電圧(Vd=−20V)で、ゲート電圧(Vg)を+5〜−20Vまで0.5V刻みで走査し、伝達特性の評価を行った。キャリア移動度は1.30cm2/V・s(p型)、オン・オフ比 2.0×107であった。
実施例2
(有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製)
1,2−ジクロロベンゼンの代わりにテトラリン、ポリカーボネートの代わりに1000Hzで誘電率3.2のポリ(スチレン−co−メチルメタクリレート)(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
(有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製)
1,2−ジクロロベンゼンの代わりにテトラリン、ポリカーボネートの代わりに1000Hzで誘電率3.2のポリ(スチレン−co−メチルメタクリレート)(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
該有機半導体層のESCA測定により、2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェンとポリ(スチレン−co−メチルメタクリレート)の連続的な相分離構造を有することを確認した。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は1.25cm2/V・s(p型)、オン・オフ比1.6×107であった。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は1.25cm2/V・s(p型)、オン・オフ比1.6×107であった。
実施例3
(有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製)
ポリカーボネートの代わりに、1000Hzで誘電率3.5のポリ(アクリルニトリル−co−ブタジエン−co−スチレン)(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は1.12 cm2/V・s(p型)、オン・オフ比1.0×107であった。
(有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製)
ポリカーボネートの代わりに、1000Hzで誘電率3.5のポリ(アクリルニトリル−co−ブタジエン−co−スチレン)(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は1.12 cm2/V・s(p型)、オン・オフ比1.0×107であった。
比較例1
(有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製)
1,2−ジクロロベンゼンの代わりにトルエン、ポリカーボネートの代わりに1000Hzで誘電率2.5のポリスチレン(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
(有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製)
1,2−ジクロロベンゼンの代わりにトルエン、ポリカーボネートの代わりに1000Hzで誘電率2.5のポリスチレン(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
該有機半導体層のESCA測定により、2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェンとポリスチレンの連続的な相分離構造を有していた。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は0.61cm2/V・s(p型)、オン・オフ比6.2×106であった。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は0.61cm2/V・s(p型)、オン・オフ比6.2×106であった。
移動度1.0cm2/Vs以上、オン・オフ比107以上となるためには、Vd=−40V、Vg=+10〜−40V電圧を印加する必要があった。
比較例2
(有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製)
ポリカーボネートの代わりに、1000Hzで誘電率2.7のポリ(4−ビニルビフェニル)(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
(有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製)
ポリカーボネートの代わりに、1000Hzで誘電率2.7のポリ(4−ビニルビフェニル)(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
該有機半導体層のESCA測定により、2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェンとポリ(4−ビニルビフェニル)の不連続的な相分離構造を有していた。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は0.0.70cm2/V・s(p型)、オン・オフ比7.5×106であった。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は0.0.70cm2/V・s(p型)、オン・オフ比7.5×106であった。
移動度1.0cm2/Vs以上、オン・オフ比107以上となるためには、Vd=−30V、Vg=+10〜−30V電圧を印加する必要があった。
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いることで、優れた半導体・電気物性を有する低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタを作製することができるため、半導体デバイス材料としての適用が期待できる。
(A):ボトムゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ
(B):ボトムゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
(C):トップゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ
(D):トップゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
1:有機半導体層
2:基板
3:ゲート電極
4:ゲート絶縁層
5:ソース電極
6:ドレイン電極
(B):ボトムゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
(C):トップゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ
(D):トップゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
1:有機半導体層
2:基板
3:ゲート電極
4:ゲート絶縁層
5:ソース電極
6:ドレイン電極
Claims (7)
- ポリマーバインダーの誘電率が3.0〜4.0であることを特徴とする請求項1に記載の有機半導体形成用溶液。
- ポリマーバインダーが、ポリカーボネート、ポリ(スチレン−co―メチルメタクリレート)、ポリ(アクリルニトリル−co−ブタジエン−co−スチレン)、ポリ(アクリロニトリル−co−スチレン−co−メチルメタクリレート)、ポリ(スチレン−co−アクリロニトリル)、ポリビニルフェノールからなる群より選択されることを特徴とする請求項1に記載の有機半導体形成用溶液。
- T1〜T4が硫黄原子であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の有機半導体層形成用溶液。
- 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の有機半導体層形成用溶液を用いて形成されることを特徴とする有機半導体層。
- 一般式(1)で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーが連続的な相分離構造を有することを特徴とする請求項5に記載の有機半導体層。
- 請求項5又は請求項6に記載の有機半導体層を用いて得られる有機薄膜トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015231802A JP2017098489A (ja) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015231802A JP2017098489A (ja) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017098489A true JP2017098489A (ja) | 2017-06-01 |
Family
ID=58818157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015231802A Pending JP2017098489A (ja) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017098489A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019145795A (ja) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | 東ソー株式会社 | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005056871A (ja) * | 2002-07-22 | 2005-03-03 | Ricoh Co Ltd | 能動素子並びにそれを有するel表示素子、液晶表示素子及び演算素子 |
JP2012508980A (ja) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 有機半導体デバイスにおける有機半導体のオフセンター堆積 |
JP2014516210A (ja) * | 2011-05-26 | 2014-07-07 | センター フォー プロセス イノベーション リミテッド | トランジスタ及びその形成方法 |
JP2015029019A (ja) * | 2013-07-30 | 2015-02-12 | 東ソー株式会社 | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層および有機薄膜トランジスタ |
JP2015167163A (ja) * | 2014-03-03 | 2015-09-24 | 富士フイルム株式会社 | 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
-
2015
- 2015-11-27 JP JP2015231802A patent/JP2017098489A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005056871A (ja) * | 2002-07-22 | 2005-03-03 | Ricoh Co Ltd | 能動素子並びにそれを有するel表示素子、液晶表示素子及び演算素子 |
JP2012508980A (ja) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 有機半導体デバイスにおける有機半導体のオフセンター堆積 |
JP2014516210A (ja) * | 2011-05-26 | 2014-07-07 | センター フォー プロセス イノベーション リミテッド | トランジスタ及びその形成方法 |
JP2015029019A (ja) * | 2013-07-30 | 2015-02-12 | 東ソー株式会社 | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層および有機薄膜トランジスタ |
JP2015167163A (ja) * | 2014-03-03 | 2015-09-24 | 富士フイルム株式会社 | 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019145795A (ja) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | 東ソー株式会社 | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ |
JP7363050B2 (ja) | 2018-02-23 | 2023-10-18 | 東ソー株式会社 | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6252017B2 (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層および有機薄膜トランジスタ | |
JP6274203B2 (ja) | 有機半導体薄膜の作製方法 | |
JP2015029020A (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層および有機薄膜トランジスタ | |
JP5913107B2 (ja) | 有機半導体材料、有機半導体組成物、有機薄膜及び電界効果トランジスタ並びにその製造方法 | |
CN103975453A (zh) | 有机场效应晶体管 | |
JP2007266285A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
KR20160112030A (ko) | 듀얼게이트 박막트랜지스터 | |
JP2007266411A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP2008226959A (ja) | 有機電界効果トランジスタの製造方法、及び、有機電界効果トランジスタ | |
JP2008198992A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
CN103874704A (zh) | 二氧杂蒽嵌蒽化合物、层压结构及其形成方法、以及电子器件及其制造方法 | |
JP6578645B2 (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ | |
JP4868825B2 (ja) | 有機系電界効果トランジスタ | |
JP6733156B2 (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ | |
JP2017098489A (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ | |
JP6733157B2 (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ | |
JP2018142704A (ja) | 有機半導体組成物及びその用途 | |
WO2021182545A1 (ja) | パターニングされた有機膜の製造方法、パターニングされた有機膜の製造装置、それにより作製された有機半導体デバイス、及び有機半導体デバイスを含む集積回路 | |
JP7104300B2 (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ | |
JP2016063025A (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ | |
JP2016162961A (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ | |
JP6699141B2 (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ | |
KR101910680B1 (ko) | 유기 트랜지스터의 제조 방법, 유기 트랜지스터, 반도체 장치의 제조 방법, 반도체 장치 및 전자 기기 | |
JP2018052926A (ja) | 縮合多環芳香族化合物及びその用途 | |
JP6699142B2 (ja) | 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181018 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191112 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200109 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200331 |