JP4795634B2 - 有機薄膜トランジスタ - Google Patents
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Description
従来、このTFTは、アモルファスや多結晶のシリコンを用いて作製されていたが、このようなシリコンを用いたTFTの作製に用いられるCVD装置は、非常に高額であり、TFTを用いた表示装置等の大型化は、製造コストの大幅な増加を伴うという問題点があった。また、アモルファスや多結晶のシリコンを成膜するプロセスは非常に高い温度下で行われるので、基板として使用可能な材料の種類が限られてしまうため、軽量な樹脂基板等は使用できないという問題があった。
また、TFTの有機化合物層に用いる有機物としては、共役系ポリマーやチオフェンなどの多量体(特許文献1〜5等)、金属フタロシアニン化合物(特許文献6等)、ペンタセンなどの縮合芳香族炭化水素(特許文献7及び8等)などが、単体又は他の化合物との混合物の状態で用いられている。ところがこのようなTFTに用いられている有機物はそのほとんどがp型FETの材料であり、n型FETの材料は非常に限られておりその性能を表す移動度も小さい。n型FETの材料としては、例えば、特許文献9には、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボキシルジアンヒドライド(NTCDA)、11,11,12,12-テトラシアノナフト-2,6- キノジメタン(TCNNQD)、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボキシルジイミド(NTCDI)等が開示されており、特許文献10には、フッ素化フタロシアニンが開示されているにすぎない。
一方、同じように電子伝導を用いるデバイスとして有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子があるが、有機EL素子が、一般に100nm以下の超薄膜の膜厚方向に106V/cm以上の強電界をかけ強制的に電荷を流しているのに対し、有機TFTの場合には数μm以上の距離を105V/cm以下の電界で高速に電荷を流す必要があり、有機物自体に、さらなる電導性が必要になる。
しかしながら、従来のn型有機TFTにおける上記化合物は電子を移動させる能力に乏しく、電子の電界効果移動度が小さく、応答速度が遅く、トランジスタとしての高速応答性に問題があった。また、オン/オフ比も小さかった。ここで言うオン/オフ比とは、ゲート電圧かけたとき(オン)のソース−ドレイン間に流れる電流を、ゲート電圧をかけないとき(オフ)のソース−ドレイン間に流れる電流で割った値であり、オン電流とは通常はゲート電圧を増加させていき、ソース−ドレイン間に流れる電流が飽和したときの電流値(飽和電流)のことである。
一般式(I)〜(VII)において、R11、R12、R13、R21、R22、R31、R32、R41、R42、R51、R61及びR71の置換基の例としては、それぞれ独立に、アルキル基(好ましくは炭素数1〜80、より好ましくは炭素数1〜40、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニルなどが挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニルなどが挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜80、より好ましくは炭素数6〜40、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチルなどが挙げられる。)、アミノ基(好ましくは炭素数0〜40、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜6であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、2−ナフチルオキシなどが挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜10であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜16、特に好ましくは炭素数0〜12であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイルなどが挙げられる。)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1 〜20、より好ましくは炭素数1 〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、ピペリジル、モルホリノ、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリルなどが挙げられる。)などが挙げられる。これらの置換基はさらに置換されてもよい。また、置換基が二つ以上ある場合は、同じでも異なってもよい。また、可能な場合には連結して環を形成してもよい。
一般式(II)のZ2 の原子群が形成する5員環又は6員環としては、例えば、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアジン、ピリミジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはイミダゾール、トリアゾール、トリアジン、ピリミジンであり、より好ましくはイミダゾール、トリアゾール、トリアジンであり、さらに好ましくはイミダゾール、トリアゾールである。
一般式(IV)のZ4 の原子群が形成する5員環又は6員環としては、例えば、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアジン、ピリミジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾールであり、より好ましくはピロール、ピラゾール、トリアゾール、トリアジン、ピリミジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンであり、さらに好ましくはピリジン、ピロール、ピラジン、ピラゾールである。
一般式(VI)のZ6 の原子群が形成する5員環又は6員環としては、例えば、ピロール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、ピリミジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはピロール、イミダゾール、ピリミジン、ピラジン、ピリダジンであり、より好ましくはピロール、ピリミジン、ピラジン、ピリダジンであり、さらに好ましくはピロール、ピリミジンである。
Z1 〜Z7 で形成される5または6員環は置換基を有してもよく、置換基としては、前記R11、R12、R13、R21、R22、R31、R32、R41、R42、R51、R61及びR71で説明したものと同様の例を挙げることができ、好ましい置換基も同様である。
一般式(I−a)〜(I−f)において、R1a1 、R1a2 、R1b1 、R1b2 、R1c1 、R1c2 、R1c3 、R1d1 、R1d2 、R1d3 、R1e1 、R1e2 、R1e3 、R1f1 及びR1f2 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
前記R1a1 、R1b1 、R1c1 、R1c2 、R1d1 、R1d2 、R1e1 及びR1e2 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式(I)のR11、R12及びR13で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R1a2 、R1b2 、R1c3 、R1d3 、R1e3 、R1f1 及びR1f2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基である。
一般式(II−a)〜(II−f)において、R2a1 、R2a2 、R2b1 、R2b2 、R2c1 、R2c2 、R2c3 、R2d1 、R2d2 、R2d3 、R2e1 、R2e2 、R2e3 、R2f1 及びR2f2 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
前記R2a1 、R2b1 、R2c1 、R2c2 、R2d1 、R2d2 、R2e1 及びR2e2 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R2a2 、R2b2 、R2c3 、R2d3 、R2e3 、R2f1 及びR2f2 で表される置換基としては、それぞれ独立に、前記一般式(I−a)のR1a2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R2a1 、R2b1 、R2c1 、R2c2 、R2d1 、R2d2 、R2e1 及びR2e2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、芳香族ヘテロ環基である。
前記R2a2 、R2b2 、R2c3 、R2d3 、R2e3 、R2f1 及びR2f2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基である。
一般式(III −a)において、R3a1 、R3a2 及びR3a3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
前記R3a1 、R3a2 及びR3a3 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R3a1 、R3a2 及びR3a3 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、芳香族ヘテロ環基である。
一般式(III −b)において、R3b1 〜R3b4 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、複素環基、ハロゲン原子、ハロアルカン残基、ハロアルケン残基、ハロアルキン残基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基等が挙げられ、隣接置換基と環構造を形成していてもよい。
一般式(III −c)において、R3c1 〜R3c5 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、複素環基、ハロゲン原子、ハロアルカン残基、ハロアルケン残基、ハロアルキン残基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基等が挙げられ、隣接置換基と環構造を形成していてもよい。
一般式(IV−a)〜(IV−e)において、R4a1 、R4b1 、R4b2 、R4b3 、R4c1 、R4c2 、R4c3 、R4d1 、R4d2 、R4d3 、R4e1 及びR4e2 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
前記R4a1 、R4b1 、R4b2 、R4c1 、R4c2 、R4d1 及びR4d2 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R4b3 、R4c3 、R4d3 、R4e1 及びR4e2 で表される置換基としては、それぞれ独立に、前記一般式(I−a)のR1a2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R4a1 、R4b1 、R4b2 、R4c1 、R4c2 、R4d1 及びR4d2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、芳香族ヘテロ環基である。
前記R4b3 、R4c3 、R4d3 、R4e1 及びR4e2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基である。
一般式(IV−a)において、X4aは、CR4a2(R4a3)又はNR4a4 で表され、R4a2 及びR4a3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としてはそれぞれ独立に、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じであり、R4a4 は水素原子又は置換基を表し、置換基としては前記一般式(I−a)のR1a2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
一般式(IV−f)において、R4f1 〜R4f4 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、複素環基、ハロゲン原子、ハロアルカン残基、ハロアルケン残基、ハロアルキン残基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基等が挙げられ、隣接置換基と環構造を形成していてもよい。
一般式(IV−g)において、R4g1 〜R4g5 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、複素環基、ハロゲン原子、ハロアルカン残基、ハロアルケン残基、ハロアルキン残基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基等が挙げられ、隣接置換基と環構造を形成していてもよい。
一般式(V−a)〜(V−e)において、R5a1 、R5b1 、R5b2 、R5b3 、R5c1 、R5c2 、R5c3 、R5d1 、R5d2 、R5d3 、R5e1 及びR5e2 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
前記R5a1 、R5b1 、R5b2 、R5c1 、R5c2 、R5d1 及びR5d2 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R5b3 、R5c3 、R5d3 、R5e1 及びR5e2 で表される置換基としては、それぞれ独立に、前記一般式(I−a)のR1a2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R5a1 、R5b1 、R5b2 、R5c1 、R5c2 、R5d1 及びR5d2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、芳香族ヘテロ環基である。
前記R5b3 、R5c3 、R5d3 、R5e1 及びR5e2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基である。
一般式(V−a)において、X5aは、CR5a2(R5a3)又はNR5a4 で表され、R5a2 及びR5a3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としてはそれぞれ独立に、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じであり、R5a4 は水素原子又は置換基を表し、置換基としては前記一般式(I−a)のR1a2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
一般式(VI−a)において、R6a1 、R6a2 、R6a3 及びR6a4 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基の例としては、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
一般式(VII −a)〜(VII −d)において、R7a1 、R7b1 、R7b2 、R7c1 、R7c2 、R7c3 、R7d1 、R7d2 及びR7d3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
前記R7a1 、R7b1 、R7b2 、R7c1 、R7c2 、R7d1 、R7d2 及びR7d3 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R7c3 で表される置換基としては、前記一般式(I−a)のR1a2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
前記R7a1 、R7b1 、R7b2 、R7c1 、R7c2 、R7c3 、R7d1 、R7d2 及びR7d3 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、芳香族ヘテロ環基である。
前記R7c3 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基である。
一般式(VII −a)において、X7a及びX7bは、それぞれ独立に、CR7a2(R7a3)又はNR7a4 で表され、R7a2 及びR7a3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としてはそれぞれ独立に、前記一般式(I)のR11で説明したものと同様であり、好ましい例も同じであり、R7a4 は水素原子又は置換基を表し、置換基としては前記一般式(I−a)のR1a2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。
本発明の化合物は種々の合成法により合成することができ、例えば「COMPREHENSIVEHETEROCYCLICCHEMISTRY」ALANR.KATRITZKY,CHARLESW.REES著(PERGAMONPRESS)、特開平4−174204号、同5−313号等に記載の方法を参考に合成できる。
本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成としては、基板上にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の3端子、絶縁体層及び有機半導体層が設けられ、ソース−ドレイン間電流をゲート電極に電圧を印加することによって制御する薄膜トランジスタであれば、限定されなず、公知の素子構成を有するものであってもよい。
また、基板の材料としてはシリコン(Si)ウエハが用いられることが多い。この場合Si自体をゲート電極兼基板として用いることができる。また、Siの表面を酸化し、SiO2 を形成して絶縁層として活用することも可能である。この場合、前記素子Aを例にすると、図6に示すように、基板兼ゲート電極のSi基板にリード線接続用の電極として、しばしばAuなどの金属層を成膜する。
前記アルコキシド金属における金属としては、例えば、遷移金属、ランタノイド、又は主族元素から選択され、具体的には、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)、チタン(Ti)、ビスマス(Bi)、タンタル(Ta)、ジルコン(Zr)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉛(Pb)、ランタン(La)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)ベリリウム(Be)マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ニオブ( Nb) 、タリウム(Tl)、水銀(Hg)、銅(Cu)、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、スカンジウム(Sc)及びイットリウム(Y)等が挙げられる。
また、前記アルコキシド金属におけるアルコキシドとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール等を含むアルコール類、メトキシエタノール、エトキシエタノール、プロポキシエタノール、ブトキシエタノール、ペントキシエタノール、ヘプトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノール、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、ペントキシプロパノール、ヘプトキシプロパノールを含むアルコキシアルコール類等から誘導されるものが挙げられる。
実施例1
有機薄膜トランジスタを以下の手順で作製した。まず、Si基板(P型比抵抗1Ωcmゲート電極兼用)を熱酸化法にて表面を酸化させ、基板上400nmの熱酸化膜を作成して絶縁体層とした。さらに基板の一方に成膜したSiO2膜をドライエッチングにて完全に除去した後、スパッタ法にてクロムを20nmの膜厚で成膜し、さらにその上に金(Au)を100nmスパッタにて成膜し取り出し電極とした。次いで、この絶縁体膜上に、金属マスクを通して金を150nmの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース電極及びドレイン電極を、間隔(チャンネル長L)が100μmになるように形成した。そのときソース電極とドレイン電極の幅(チャンネル幅W)は4mmとなるように成膜した。引き続き、別の金属マスクを通して、真空蒸着法により前記化合物(1)を150nm膜厚の有機半導体層として成膜し、有機薄膜トランジスタを作製した(図7参照)。
得られた有機薄膜トランジスタについて、図7のような回路構成にて、+40Vのゲート電圧VG を印加し、ソース−ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。この場合、電子が有機半導体層のチャンネル領域(ソース−ドレイン間) に誘起され、n型トランジスタとして動作する。その結果、電流飽和領域でのソース−ドレイン電極間の電流のオン/オフ比は1.2×108 であった。また、電子の電界効果移動度μを下記式(A)より算出したところ6.3×10-2cm2/Vsであった。
ID =(W/2L)・Cμ・(VG −VT )2 (A)
式中、ID はソース−ドレイン間電流、Wはチャンネル幅、Lはチャンネル長、Cはゲート絶縁体層の単位面積あたりの電気容量、VT はゲート閾値電圧、VG はゲート電圧である。
実施例1において、有機半導体層の材料として、化合物(1)の代わりに第1表に記載の化合物を用いた以外は同様にして有機薄膜トランジスタを作製した。得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例1と同様にして、+40Vのゲート電圧VG にて、ソース−ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、及び電子の電界効果移動度μを算出した結果を第1表に示す。
厚さ1mmのガラス基板上に真空蒸着法によってクロムを100nmの膜厚で成膜し、これをゲート電極とした。次いで、ゲート電極上に、スパッタリングによってSiO2 を300nmの膜厚の絶縁体層として形成した。次いで、この絶縁体層上に、金属マスクを通して金(Au)を150nmの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース電極及びドレイン電極を、間隔(チャンネル長L)が100μm、幅(チャンネル幅W)は4mmになるように形成した。引き続き、別の金属マスクを通して、真空蒸着法により前記化合物(77)を150nm膜厚の有機半導体層として成膜し、有機薄膜トランジスタを作製した(図1参照)。
得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例1と同様の回路構成にて、+40Vのゲート電圧VG を印加し、ソース−ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。その結果、電流飽和領域でのソース−ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定したところ3.1×108 であった。また、電子の電界効果移動度μを算出したところ6.9×10-3cm2/Vsであった。
厚さ1mmのガラス基板上に金属マスクを通して金(Au)を150nmの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース電極及びドレイン電極を、間隔(チャンネル長L)が100μm、幅(チャンネル幅W)は4mmになるように形成した。次いで、別の金属マスクを通して、真空蒸着法により化合物(149)を150nm膜厚の有機半導体層として成膜し、次にスパッタ法を用いて酸化アルミニウム(Al2 O3)を200nm成膜し絶縁体層とした。最後に別のマスクを用いてゲート電極(Al)をスパッタして有機薄膜トランジスタを作製した(図3参照)。
得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例1と同様の回路構成にて、+40Vのゲート電圧VG を印加し、ソース−ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。その結果、電流飽和領域でのソース−ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定したところ3.8×108 であった。また、電子の電界効果移動度μを算出したところ2.1×10-2cm2/Vsであった。
厚さ200μmのポリエチレンテレフタレートフィルムを基板として用いた。化合物(309)をトルエンに3質量%溶解させ、基板上にスピンコート法により成膜し、窒素雰囲気下120℃にて乾燥させた。次いで、真空蒸着装置で金属マスクを通して金(Au)を150nmの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース電極及びドレイン電極を、間隔(チャンネル長L)が100μm、幅(チャンネル幅W)は4mmになるように形成した。次に、真空蒸着法を用いてポリエチレンを真空蒸着し絶縁体層とした。その上にAlを真空蒸着してゲート電極とした(図4参照)。
得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例1と同様の回路構成にて、+40Vのゲート電圧VG を印加し、ソース−ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。その結果、電流飽和領域でのソース−ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定したところ4.3×106 であった。電子の電界効果移動度μを算出したところ8.6×10-4cm2/Vsであった。
実施例1において、化合物(1)の代わりに、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニナート(F16PcCu)を用いた以外は同様にして有機薄膜トランジスタを作製した(図7参照)。
得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例1と同様の回路構成にて、+40Vのゲート電圧VG を印加し、ソース−ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。その結果、電流飽和領域でのソース−ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定したところ1.2×103であった。電子の電界効果移動度μを算出したところ1.3×10-3cm2/Vsであった。
Claims (8)
- 少なくとも基板上にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の3端子、絶縁体層及び有機半導体層が設けられ、ソース−ドレイン間電流をゲート電極に電圧を印加することによって制御する薄膜トランジスタにおいて、前記有機半導体層が、下記一般式(I)〜(VII)のいずれかで表される含窒素ヘテロ環化合物を含み、かつ、ソース電極とドレイン電極の間隔が1μm〜1mmである有機薄膜トランジスタ。
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