JP2017098491A - 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
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Description
で示されるヘテロアセン誘導体、ポリマーバインダーを含み、前記ヘテロアセン誘導体の表面エネルギーと前記ポリマーバインダーの表面エネルギーの差が3.0〜10mN/mである有機半導体層形成用溶液、それを用いて形成した欠陥のない界面を有する有機半導体層、並びに有機薄膜トランジスタに関するものである。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
空気下、10mlサンプル管に、シクロヘキサノン(沸点156℃)1.5g、2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェン(表面エネルギー31.5mN/m)12mg、ポリ(4−ビニルフェノール−コ−メチルメタクリレート)(表面エネルギー40.2mN/m、ヘテロアセン誘導体の表面エネルギーとポリマーバインダーの表面エネルギーの差が8.7mN/m)12mgを加え、50℃に加熱して溶解させることで、有機半導体層形成用溶液の調製を行った。
(有機半導体層の作製)
空気下、直径2インチのヒ素でn型にハイドープしたシリコン基板(セミテック製、抵抗値;0.001〜0.004Ω、表面に200nmのシリコン酸化膜付き)上に、上述の方法で調製した有機半導体層形成用溶液0.5mlを滴下してスピンコート(300rpm×3秒、2000rpm×100秒)を行い、膜厚40nmの有機半導体層を作製した。
(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(ゲート電極はシリコン、ゲート絶縁層は酸化シリコン、ソース電極は金、ドレイン電極は金)。
(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=−50V)で、ゲート電圧(Vg)を+10〜−60Vまで1V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3.48cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は6.0×107であった。150℃で15分間アニール処理した後の正孔のキャリア移動度は3.20cm2/V・s、電流オン・オフ比は5.5×107であり、熱処理後も優れた半導体・電気特性を有することが確認された。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
ポリ(4−ビニルフェノール−コ−メチルメタクリレート)の代わりにポリ(4−ビニルフェノール)12mg(アルドリッチ Mw25000)と1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン12mgをテトラリンで予め混合した(表面エネルギー37mN/m、ヘテロアセン誘導体の表面エネルギーとポリマーバインダーの表面エネルギーの差が5.5‐8.5mN/m)以外は実施例1と同様の方法により有機半導体層形成用溶液の調製を行った。
(有機半導体層の作製)
実施例1と同様の方法により有機半導体層を作製し、該有機半導体層が2,7−ジ(n−ヘキシル)とポリ(4−ビニルフェノール)との欠陥のない界面を形成することをESCAにて確認した。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で電気物性評価をおこなったところ、その伝達特性からキャリア移動度は2.92cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は1.1×107であった。150℃で15分間アニール処理した後の正孔のキャリア移動度は2.71cm2/V・s、電流オン・オフ比は9.5×106であり、熱処理後も優れた半導体・電気特性を有することが確認された。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
ポリ(4−ビニルフェノール−コ−メチルメタクリレート)の代わりにポリ酪酸ビニル(表面エネルギー31.1mN/m、ヘテロアセン誘導体の表面エネルギーとポリマーバインダーの表面エネルギーの差が0.4mN/m)を、シクロヘキサノンの代わりにテトラリン(沸点207℃)を用いた以外は、実施例1と同様の方法により有機半導体層形成用溶液の調製をおこなった。
(有機半導体層の作製)
実施例1と同様の方法により有機半導体層を作製したが、該有機半導体層は2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェンとポリ酪酸ビニルが相溶し、欠陥のない界面を形成しなかった。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で電気物性評価をおこなったところ、その伝達特性からキャリア移動度は0.011cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は1.8×105であり、ヘテロアセン誘導体の表面エネルギーとポリマーバインダーとの表面エネルギー差が3.0mN/m以下であるポリマーにより形成される有機半導体層を用いたことから、半導体・電気特性に劣るものであった。
(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 (6)
- T1〜T4が硫黄原子であることを特徴とする請求項1に記載の有機半導体層形成用溶液。
- ポリマーバインダーがポリ(4−ビニルフェノール−コ−メチルメタクリレート)又はポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体層形成用溶液。
- ポリマーバインダーがポリ(4−ビニルフェノール)を1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザンと混合しヒドロキシ基をトリメチルシリル基等で置換したものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の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により形成されることを特徴とする有機半導体層。
- 請求項5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。
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