JP4883898B2 - Electronic device and electronic apparatus using the same - Google Patents

Electronic device and electronic apparatus using the same Download PDF

Info

Publication number
JP4883898B2
JP4883898B2 JP2004334875A JP2004334875A JP4883898B2 JP 4883898 B2 JP4883898 B2 JP 4883898B2 JP 2004334875 A JP2004334875 A JP 2004334875A JP 2004334875 A JP2004334875 A JP 2004334875A JP 4883898 B2 JP4883898 B2 JP 4883898B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
main chain
organic
conjugated
molecular layer
electronic device
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004334875A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006147785A (en
Inventor
孝之 竹内
健史 原田
智宏 奥澤
宣明 神戸
潤 寺尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2004334875A priority Critical patent/JP4883898B2/en
Publication of JP2006147785A publication Critical patent/JP2006147785A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4883898B2 publication Critical patent/JP4883898B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

本発明は、有機分子層を含む電子デバイスおよびそれを用いた電子機器に関する。   The present invention relates to an electronic device including an organic molecular layer and an electronic apparatus using the electronic device.

無機材料を用いた従来の電子デバイスは、結晶シリコンに代表されるようにバルクの物性を利用する。このため、微細化が極限まで進行するとバルクの特性が得られなくなり、所望の機能を得ることが困難となる。一方、有機材料は一つの分子に機能を持たせ、それらを素子サイズまで拡張して所望の機能を発揮させることが可能である。   Conventional electronic devices using inorganic materials utilize bulk physical properties as represented by crystalline silicon. For this reason, if the miniaturization proceeds to the limit, bulk characteristics cannot be obtained, and it becomes difficult to obtain a desired function. On the other hand, an organic material can give a function to one molecule, and can expand them to an element size to exhibit a desired function.

有機材料には、炭素の骨格をベースとする様々な化合物が存在する。中でも導電性を有する有機分子は、その分子構造に由来する多様な電気特性を発現することが確認されており、薄膜トランジスタ、センサ、有機LED、コンデンサ、電池、生体機能デバイス、レーザなど、様々な有機電子デバイスへの応用が提案されている。導電性有機分子を用いることによって、真空プロセスなしで導電層(たとえば半導体層)を形成でき、低コスト化や大面積化が可能となる。   There are various organic materials based on a carbon skeleton. In particular, conductive organic molecules have been confirmed to exhibit various electrical characteristics derived from their molecular structure, and various organic materials such as thin film transistors, sensors, organic LEDs, capacitors, batteries, biofunctional devices, and lasers are used. Applications to electronic devices have been proposed. By using conductive organic molecules, a conductive layer (for example, a semiconductor layer) can be formed without a vacuum process, and cost and area can be increased.

しかしながら、現在報告されている有機半導体は、無機半導体に比べてキャリア移動度が低く、それを用いた素子は駆動電圧が高いなどの問題がある。そのため、有機半導体のキャリア移動度の向上や、有機半導体を用いた素子の駆動電圧の低減についての研究がされている。また、有機分子層を導電層として用いる電子デバイスにおいても、導電性の向上が課題となっている。   However, currently reported organic semiconductors have a problem that carrier mobility is lower than that of inorganic semiconductors, and devices using the organic semiconductors have high driving voltage. Therefore, research has been conducted on improving the carrier mobility of organic semiconductors and reducing the driving voltage of elements using organic semiconductors. In addition, in an electronic device using an organic molecular layer as a conductive layer, improvement in conductivity is a problem.

導電性の有機分子層の典型的な一例は、主鎖方向に伸びる共役π電子系を含む有機分子を用いた有機分子層である。この有機分子層では、主鎖方向に伸びる共役π電子系に沿った伝導と分子間の伝導とによって、キャリアが移動する。このような伝導においてキャリアの移動度を高める方法として、有機分子を配向させて主鎖の方向を揃える方法が提案されている(たとえば特許文献1および2)。しかし、有機分子を配向させるためには特別な工程が必要であり、製造工程が複雑になる。また、有機分子を配向させても、分子間の伝導の障壁が高ければそれによってキャリアの移動度が律速されてしまうという問題がある。   A typical example of the conductive organic molecular layer is an organic molecular layer using an organic molecule containing a conjugated π electron system extending in the main chain direction. In this organic molecular layer, carriers move by conduction along a conjugated π electron system extending in the main chain direction and by conduction between molecules. As a method for increasing the mobility of carriers in such conduction, methods have been proposed in which organic molecules are aligned to align the direction of the main chain (for example, Patent Documents 1 and 2). However, a special process is required to orient the organic molecules, which complicates the manufacturing process. In addition, even if the organic molecules are oriented, there is a problem that the mobility of carriers is limited by a high barrier between the molecules.

有機分子間の伝導の障壁の問題を解決するため、導体又は半導体からなる微粒子を介して、有機半導体のネットワークを形成する方法が提案されている(たとえば特許文献3)。しかし、特許文献3の方法では、微粒子のみや有機半導体のみによって導電路が形成されると、短絡したり所望の特性が安定して得られなかったりするといった問題が生じる。このため、高い特性を安定して得るには、微粒子と有機半導体との結合体を単分子層ずつ形成する必要があり、製造が容易でないという問題があった。また、微粒子が導体である場合には、極めて短チャネルの半導体を連結した構造となるため、電界効果トランジスタの半導体層として用いる場合には、オフ電流が大きくなってしまいオン・オフ比が低い(1桁弱程度)という課題があった。
特開平5−275695号公報 特開平7−206599号公報 特開2004−88090号公報
In order to solve the problem of conduction barrier between organic molecules, a method of forming a network of organic semiconductors through fine particles made of a conductor or semiconductor has been proposed (for example, Patent Document 3). However, in the method of Patent Document 3, when the conductive path is formed only by the fine particles or the organic semiconductor, there is a problem that a short circuit occurs or a desired characteristic cannot be stably obtained. For this reason, in order to stably obtain high characteristics, it is necessary to form a combination of fine particles and an organic semiconductor for each monomolecular layer, and there is a problem that manufacturing is not easy. In addition, when the fine particles are conductors, a structure in which semiconductors with extremely short channels are connected is used. Therefore, when used as a semiconductor layer of a field effect transistor, an off current becomes large and an on / off ratio is low ( There was a problem of about 1 digit).
JP-A-5-275695 JP 7-206599 A JP 2004-88090 A

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、特別な製造方法を用いることなく簡易なプロセスで形成可能であり、キャリア移動度または導電性が高い有機分子層を備える電子デバイスを提供することを目的の1つとしている。また、本発明は、本発明の電子デバイスを用いた電子機器を提供することを目的の1つとする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an electronic device including an organic molecular layer that can be formed by a simple process without using a special manufacturing method and has high carrier mobility or conductivity. One of the purposes is to provide it. Another object of the present invention is to provide an electronic apparatus using the electronic device of the present invention.

上記目的を達成するために検討した結果、発明者らは、主鎖の末端に2次元的または3次元的に広がる共役π電子系を構成する末端基を備え、末端基の表面に金属元素が配位していない有機分子を用いることによって、電子デバイスに適した有機分子層を形成できることを見出した。本発明は、この新しい知見に基づくものである。   As a result of studying to achieve the above object, the inventors have provided a terminal group constituting a conjugated π-electron system spreading two-dimensionally or three-dimensionally at the terminal of the main chain, and a metal element is present on the surface of the terminal group. It has been found that an organic molecular layer suitable for an electronic device can be formed by using organic molecules that are not coordinated. The present invention is based on this new finding.

すなわち、本発明の電子デバイスは、導電性の有機分子層を備える電子デバイスであって、前記有機分子層が、第1の共役π電子系を構成する主鎖と、前記主鎖の少なくとも一方の端に結合している末端基とを備える有機分子を主成分として含み、前記末端基は第2の共役π電子系を構成し、前記主鎖に直交する方向における前記第2の共役π電子系の広がりが、前記主鎖に直交する方向における前記第1の共役π電子系の広がりよりも大きく、前記末端基は、表面に露出するように配位結合した金属元素を含まない。具体的には、本発明の第1の電子デバイスは、導電性の有機分子層を備える電子デバイスであって、
前記有機分子層が、第1の共役π電子系を構成する主鎖と、前記主鎖の両端に結合している末端基とを備える有機分子を主成分として含み、前記末端基は、円盤状の芳香族多環部を有し、且つ、第2の共役π電子系を構成し、前記第2の共役π電子系の電子雲が、2次元的に広がっており、前記主鎖に直交する方向における前記第2の共役π電子系の電子雲の広がりが、前記主鎖に直交する方向における前記第1の共役π電子系の電子雲の広がりよりも大きく、前記末端基は、その表面に露出するように配位結合した金属元素を含まず、前記主鎖の鎖長が12.5nm以上25nm以下の範囲にあり、前記有機分子層が半導体層であり、前記有機分子層に接触するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機分子層に電界を印加するゲート電極とを備え、電界効果トランジスタとして機能する。
また、本発明の第2の電子デバイスは、導電性の有機分子層を備える電子デバイスであって、前記有機分子層が、第1の共役π電子系を構成する主鎖と、前記主鎖の両端に結合している末端基とを備える有機分子を主成分として含み、前記末端基は第2の共役π電子系を構成する末端基であって、且つ、環状構造の中心に金属元素が配位結合していないポルフィリンの構造、または、環状構造の中心に金属元素が配位結合していないフタロシアニンの構造を有し、前記主鎖に直交する方向における前記第2の共役π電子系の電子雲の広がりが、前記主鎖に直交する方向における前記第1の共役π電子系の電子雲の広がりよりも大きく、前記主鎖の鎖長が12.5nm以上25nm以下の範囲にあり、前記有機分子層が半導体層であり、前記有機分子層に接触するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機分子層に電界を印加するゲート電極とを備え、電界効果トランジスタとして機能する。
また、本発明の第3の電子デバイスは、導電性の有機分子層を備える電子デバイスであって、前記有機分子層が、第1の共役π電子系を構成する主鎖と、前記主鎖の両端に結合している末端基とを備える有機分子を主成分として含み、前記末端基は環状構造の中心に金属元素が配位結合していないポルフィリンの構造を有し、前記主鎖が、フルオレンとビチオフェンとを共重合することによって形成される骨格を有し、前記主鎖の鎖長が12.5nm以上25nm以下の範囲にあり、前記有機分子層が半導体層であり、前記有機分子層に接触するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機分子層に電界を印加するゲート電極とを備え、電界効果トランジスタとして機能する。
なお、以下の説明において、共役π電子系の電子雲の広がりを、単に、共役π電子系の広がり、と表現する場合がある。
That is, the electronic device of the present invention is an electronic device including a conductive organic molecular layer, and the organic molecular layer includes a main chain constituting a first conjugated π-electron system and at least one of the main chains. An organic molecule having a terminal group bonded to an end as a main component, the terminal group constituting a second conjugated π electron system, and the second conjugated π electron system in a direction orthogonal to the main chain Is larger than the spread of the first conjugated π-electron system in the direction perpendicular to the main chain, and the terminal group does not contain a metal element coordinated so as to be exposed on the surface. Specifically, the first electronic device of the present invention is an electronic device comprising a conductive organic molecular layer,
The organic molecular layer includes, as a main component, an organic molecule having a main chain constituting a first conjugated π-electron system and terminal groups bonded to both ends of the main chain, and the terminal group is in a disc shape The second conjugated π-electron system, the electron cloud of the second conjugated π-electron system spreads two-dimensionally and is orthogonal to the main chain The spread of the electron cloud of the second conjugated π electron system in the direction is larger than the spread of the electron cloud of the first conjugated π electron system in the direction orthogonal to the main chain, and the end group It does not contain a metal element coordinated so as to be exposed, the main chain has a chain length in the range of 12.5 nm to 25 nm, the organic molecular layer is a semiconductor layer, and is in contact with the organic molecular layer An electric field is applied to the source and drain electrodes arranged on the organic molecule layer And function as a field effect transistor.
The second electronic device of the present invention is an electronic device comprising a conductive organic molecular layer, wherein the organic molecular layer comprises a main chain constituting a first conjugated π-electron system, and the main chain An organic molecule having a terminal group bonded to both ends as a main component, the terminal group is a terminal group constituting the second conjugated π-electron system, and a metal element is arranged at the center of the cyclic structure. An electron of the second conjugated π-electron system having a structure of porphyrin that is not coordinated or a structure of phthalocyanine in which a metal element is not coordinated at the center of the cyclic structure and in a direction perpendicular to the main chain The spread of the cloud is larger than the spread of the electron cloud of the first conjugated π electron system in the direction orthogonal to the main chain, the chain length of the main chain is in the range of 12.5 nm to 25 nm, and the organic The molecular layer is a semiconductor layer, and the organic layer Comprising a arranged a source electrode and a drain electrode to contact the child layer, and a gate electrode for applying an electric field to said organic molecule layer, which functions as a field effect transistor.
The third electronic device of the present invention is an electronic device comprising a conductive organic molecular layer, wherein the organic molecular layer comprises a main chain constituting a first conjugated π-electron system, and the main chain An organic molecule having a terminal group bonded to both ends as a main component, the terminal group having a porphyrin structure in which a metal element is not coordinated to the center of the cyclic structure, and the main chain is fluorene Having a skeleton formed by copolymerizing thiophene and bithiophene, the chain length of the main chain is in the range of 12.5 nm to 25 nm, the organic molecular layer is a semiconductor layer, and the organic molecular layer A source electrode and a drain electrode arranged to be in contact with each other and a gate electrode for applying an electric field to the organic molecular layer function as a field effect transistor.
In the following description, the spread of the electron cloud of the conjugated π electron system may be simply expressed as the spread of the conjugated π electron system.

また、本発明の電子機器は上記本発明の電子デバイスを含む。   The electronic apparatus of the present invention includes the electronic device of the present invention.

本発明の電子デバイスでは、第1の共役π電子系と第2の共役π電子系とを構成する有機分子を用いて有機分子層を形成している。この有機分子層では、第1の共役π電子系を介し、主鎖に沿ってキャリアが移動する。また、第2の共役π電子系が存在するため、主鎖の分子軸を特に配向させなくても、第2の共役π電子系を介して分子間の電荷移動が促進される。したがって、キャリアは、主鎖の共役π電子系を移動したのち、スムーズに隣接する分子に移動する。その結果、移動度または導電性が高い有機分子層が形成される。この有機分子層は、有機分子が配向していなくても分子間のキャリアの移動が容易であるため、有機分子を特定の方向に配向させる必要がなく、形成が容易である。   In the electronic device of the present invention, the organic molecular layer is formed using organic molecules constituting the first conjugated π electron system and the second conjugated π electron system. In this organic molecular layer, carriers move along the main chain via the first conjugated π-electron system. In addition, since the second conjugated π-electron system exists, charge transfer between molecules is promoted through the second conjugated π-electron system without particularly aligning the molecular axis of the main chain. Therefore, carriers move smoothly to adjacent molecules after moving through the conjugated π-electron system of the main chain. As a result, an organic molecular layer having high mobility or conductivity is formed. Since the organic molecule layer can easily move carriers between molecules even when the organic molecules are not oriented, it is not necessary to orient the organic molecules in a specific direction and can be easily formed.

また、この有機分子層を構成する有機分子の末端基は、表面に露出するように配位結合した金属元素を含まない。末端基の表面に露出するように配位した金属元素は遊離する場合があり、遊離した金属元素(金属イオン)は電界の印加によって有機分子層内を移動する。したがって、末端基の表面に金属元素が配位している有機分子を用いて有機分子層を形成した場合、電子デバイスの高速動作が妨げられるなど、電子デバイスの動作が不安定になる。このような悪影響は、多価金属イオンの場合に特に大きくなる。本発明では、末端基の表面に金属元素が配位していない有機分子を用いて有機分子層を形成するため、特性が高い電子デバイスを実現できる。また、本発明の電子デバイスは、プラスティック基板などのフレキシブルな基板を用いることが可能であるため、フレキシブルなデバイスを実現できる。   Moreover, the terminal group of the organic molecule which comprises this organic molecule layer does not contain the metal element coordinate-bonded so that it may be exposed on the surface. The metal element coordinated so as to be exposed on the surface of the terminal group may be liberated, and the liberated metal element (metal ion) moves in the organic molecular layer by application of an electric field. Therefore, when an organic molecular layer is formed using an organic molecule in which a metal element is coordinated on the surface of the terminal group, the operation of the electronic device becomes unstable, for example, the high-speed operation of the electronic device is hindered. Such an adverse effect is particularly great in the case of polyvalent metal ions. In the present invention, an organic molecular layer is formed using organic molecules in which a metal element is not coordinated on the surface of a terminal group, so that an electronic device having high characteristics can be realized. In addition, since the electronic device of the present invention can use a flexible substrate such as a plastic substrate, a flexible device can be realized.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、特定の機能を発現する物質として具体的な物質を例示する場合があるが、本発明はこれに限定されない。また、例示される物質は、特に記載がない限り、単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。また、以下の図では、ハッチングを省略する場合がある。また、この明細書において、「ポリマー」とは、特定の化合物を重合して得られる化合物を意味し、低分子量のもの(低重合度のオリゴマー)を含む。   Embodiments of the present invention will be described below. In the following description, a specific substance may be exemplified as a substance that exhibits a specific function, but the present invention is not limited to this. In addition, the substances exemplified may be used alone or in combination unless otherwise specified. In the following drawings, hatching may be omitted. Further, in this specification, the “polymer” means a compound obtained by polymerizing a specific compound, and includes a compound having a low molecular weight (an oligomer having a low polymerization degree).

本発明の電子デバイスは、導電性の有機分子層を備える。その有機分子層は、第1の共役π電子系を構成する主鎖と、主鎖の少なくとも一方の端に結合している末端基とを備える有機分子(以下、有機分子Aという場合がある)を主成分として含む。末端基は第2の共役π電子系を構成する。主鎖の鎖軸に直交する方向における第2の共役π電子系の広がりは、主鎖の鎖軸に直交する方向における第1の共役π電子系の広がりよりも大きい。末端基は、表面に露出するように配位結合した金属元素を含まない。有機分子Aを主成分とする有機分子層は、キャリアが移動する層であり、導電層または半導体層として機能する。   The electronic device of the present invention includes a conductive organic molecular layer. The organic molecular layer includes an organic molecule having a main chain constituting the first conjugated π-electron system and a terminal group bonded to at least one end of the main chain (hereinafter sometimes referred to as organic molecule A). As the main component. The end group constitutes a second conjugated π-electron system. The spread of the second conjugated π electron system in the direction orthogonal to the chain axis of the main chain is larger than the spread of the first conjugated π electron system in the direction orthogonal to the chain axis of the main chain. The end group does not include a metal element coordinated to be exposed on the surface. The organic molecular layer containing the organic molecule A as a main component is a layer in which carriers move, and functions as a conductive layer or a semiconductor layer.

第1の共役π電子系は、通常、有機分子Aの主鎖全体に広がっている。有機分子Aは、第2の共役π電子系を構成する末端基を主鎖の両端に備えることが好ましい。第2の共役π電子系が主鎖の両端に存在することによって、分子間の電荷の移動が特に容易になる。   The first conjugated π-electron system usually extends throughout the main chain of the organic molecule A. The organic molecule A preferably has terminal groups constituting the second conjugated π-electron system at both ends of the main chain. The presence of the second conjugated π-electron system at both ends of the main chain makes charge transfer between molecules particularly easy.

第1の共役π電子系と第2の共役π電子系とは、共役していることが好ましい。主鎖は、線状または帯状の共役π電子系を形成する分子構造からなる。たとえば、ポリチオフェンやポリアルキルチオフェンといったチオフェン系の誘導体、ポリアセチレンやポリフェニルアセチレンといったアセチレン系分子の誘導体、ポリピロールやポリアルキルピロールといったピロール系分子の誘導体、オリゴフェニレンやポリフェニレンといったフェニレン系分子の誘導体、また、フルオレンビチオフェンコポリマーなどのような、これらの分子同士や、ビニル基やエチニル基などを組み合わせたコポリマーの誘導体などを用いる。   The first conjugated π electron system and the second conjugated π electron system are preferably conjugated. The main chain consists of a molecular structure that forms a linear or band-like conjugated π-electron system. For example, thiophene derivatives such as polythiophene and polyalkylthiophene, acetylene molecule derivatives such as polyacetylene and polyphenylacetylene, pyrrole molecule derivatives such as polypyrrole and polyalkylpyrrole, phenylene molecule derivatives such as oligophenylene and polyphenylene, A derivative of a copolymer obtained by combining these molecules, a vinyl group, an ethynyl group, or the like, such as a fluorenebithiophene copolymer, is used.

有機分子層は、導電層または半導体層として機能する。この有機分子層は、有機分子Aを主成分(含有率:50質量%以上)の1つとして含む。有機分子層は、たとえば、有機分子Aを50質量%以上(たとえば90質量%以上)の割合で含む。一例の有機分子層では、有機分子Aのみ、または有機分子Aと有機分子Aの主鎖を包接する化合物のみからなる。なお、有機分子層が有機分子Aの主鎖を包接する環状化合物を含む場合には、有機分子Aおよび環状化合物が有機分子層の主成分となる。また、この有機分子層は、有機分子A以外の有機分子や、添加剤などを含んでもよい。また、本発明の電子デバイスは、他の有機分子層を含んでもよい。   The organic molecular layer functions as a conductive layer or a semiconductor layer. This organic molecule layer contains the organic molecule A as one of the main components (content ratio: 50% by mass or more). The organic molecular layer contains, for example, organic molecules A at a ratio of 50% by mass or more (for example, 90% by mass or more). In an example, the organic molecular layer includes only the organic molecule A or only a compound that includes the organic molecule A and the main chain of the organic molecule A. When the organic molecular layer includes a cyclic compound that includes the main chain of the organic molecule A, the organic molecule A and the cyclic compound are the main components of the organic molecular layer. The organic molecular layer may include organic molecules other than the organic molecule A, additives, and the like. In addition, the electronic device of the present invention may include other organic molecular layers.

本発明の電子デバイスでは、有機分子Aの第2の共役π電子系が、2次元的に広がっていてもよい。このような第2の共役π電子系を構成する末端基としては、たとえば、ポルフィリンの構造を有する末端基(ポルフィリン誘導体を含む)またはフタロシアニンの構造を有する末端基(フタロシアニン誘導体を含む)が挙げられる。なお、ポルフィリンやフタロシアニンでは、環状構造の中心に金属元素が配位結合することが可能であるが、本発明の有機分子は、そのような金属元素を含まない。また、2次元的に広がる第2の共役π電子系を構成する他の末端基として、芳香族多環式構造を有する末端基、たとえばコロネンの構造を有する末端基や、トリフェニレンの構造を有する末端基などを用いてもよい。   In the electronic device of the present invention, the second conjugated π-electron system of the organic molecule A may spread two-dimensionally. Examples of the terminal group constituting the second conjugated π-electron system include a terminal group having a porphyrin structure (including a porphyrin derivative) or a terminal group having a phthalocyanine structure (including a phthalocyanine derivative). . In porphyrin and phthalocyanine, a metal element can be coordinated to the center of the cyclic structure, but the organic molecule of the present invention does not contain such a metal element. In addition, as other terminal groups constituting the second conjugated π-electron system spreading two-dimensionally, terminal groups having an aromatic polycyclic structure, for example, terminal groups having a coronene structure, or terminals having a triphenylene structure are used. A group or the like may be used.

本発明の電子デバイスでは、有機分子Aの第2の共役π電子系が、3次元的に広がっていてもよい。そのような第2の共役π電子系を構成する末端基としては、たとえば、C60やC70といったフラーレンの構造を有する末端基(フラーレン誘導体を含む)が挙げられる。なお、フラーレン構造の内部に封入された金属元素は外部に遊離することがないため、フラーレン構造の内部に金属元素が封入されていてもよい。また、3次元的に広がる第2の共役π電子系を構成する他の末端基として、コランニュレンなどのように皿状の形状をした芳香族多環式構造を有する末端基や、その誘導体などを用いてもよい。   In the electronic device of the present invention, the second conjugated π-electron system of the organic molecule A may be spread three-dimensionally. Examples of the terminal group constituting such a second conjugated π-electron system include terminal groups (including fullerene derivatives) having a fullerene structure such as C60 and C70. Note that since the metal element enclosed in the fullerene structure is not released to the outside, the metal element may be enclosed in the fullerene structure. In addition, as other terminal groups constituting the second conjugated π-electron system spreading three-dimensionally, terminal groups having an aromatic polycyclic structure having a dish-like shape such as corannulene, and derivatives thereof are used. It may be used.

本発明の電子デバイスでは、有機分子層が、有機分子Aの主鎖を包接する環状分子をさらに含み、有機分子層が有機分子Aと環状分子とを主成分としてもよい。この場合、有機分子層は、有機分子Aと環状分子とを合計で50質量%以上(たとえば90質量%以上)の割合で含む。このような構成によれば、包接された環状分子によって主鎖が保護されるため、耐環境性が高い有機電子デバイスが得られる。この場合は、分子間の電荷移動は、主に末端基−末端基の経路で行われる。また、環状分子によって包接された主鎖は直線性が増すため、主鎖の一端から他端までのキャリアの実効的な移動度が増大する。   In the electronic device of the present invention, the organic molecular layer may further include a cyclic molecule that includes the main chain of the organic molecule A, and the organic molecular layer may include the organic molecule A and the cyclic molecule as main components. In this case, the organic molecular layer contains the organic molecule A and the cyclic molecule in a ratio of 50% by mass or more (for example, 90% by mass or more) in total. According to such a configuration, since the main chain is protected by the encapsulated cyclic molecule, an organic electronic device having high environmental resistance can be obtained. In this case, the charge transfer between the molecules is mainly performed by the end group-end group route. In addition, since the main chain included by the cyclic molecule has increased linearity, the effective mobility of carriers from one end to the other end of the main chain is increased.

本発明の電子デバイスでは、有機分子Aの主鎖の鎖長が3nm〜30nmの範囲にあってもよい。主鎖の鎖長をこの範囲とすることによって、主鎖の鎖長が3nm未満であると、最も電気伝導の容易な主鎖方向に沿った伝導の割合が減少する。また、主鎖の鎖長が30nmを超えると、主鎖のπ電子雲が主鎖の全体に渡って均一に分布できなくなり、電子密度の低い部分ができてしまうため、主鎖の鎖長を30nmより大きくして特性的には飽和してしまう。その一方、主鎖の鎖長が30nmを越えると、材料的に扱いにくくなるなどのデメリット(たとえば分子の溶解性の低下)が大きくなる。   In the electronic device of the present invention, the chain length of the main chain of the organic molecule A may be in the range of 3 nm to 30 nm. By setting the chain length of the main chain within this range, if the chain length of the main chain is less than 3 nm, the rate of conduction along the direction of the main chain that is most easily electrically conductive is reduced. In addition, if the chain length of the main chain exceeds 30 nm, the π electron cloud of the main chain cannot be uniformly distributed over the entire main chain, and a portion having a low electron density is formed. If it exceeds 30 nm, it will be saturated characteristically. On the other hand, when the chain length of the main chain exceeds 30 nm, disadvantages such as difficulty in handling the material (for example, decrease in molecular solubility) increase.

本発明の電子デバイスでは、有機分子Aは主鎖に結合した側鎖を有してもよい。この場合、側鎖が第3の共役π電子系を構成してもよい。有機分子Aで構成される有機分子層では、末端基−末端基、末端基−主鎖の2通りの電荷移動経路が考えられる。主鎖に共役π電子系部分を含まない側鎖が存在すると、末端基−主鎖の電荷移動が阻害されるため、有機分子Aが側鎖を有する場合には、側鎖が共役π電子系を構成することが好ましい。   In the electronic device of the present invention, the organic molecule A may have a side chain bonded to the main chain. In this case, the side chain may constitute a third conjugated π electron system. In the organic molecular layer composed of the organic molecule A, two types of charge transfer paths are conceivable: terminal group-terminal group and terminal group-main chain. If a side chain that does not contain a conjugated π-electron system portion exists in the main chain, the charge transfer between the terminal group and the main chain is inhibited. Therefore, when the organic molecule A has a side chain, the side chain is a conjugated π-electron system. It is preferable to constitute.

本発明の電子デバイスは、有機分子Aを主成分とする有機分子層が半導体層であり、有機分子層に接触するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、有機分子層に電界を印加するゲート電極とを備え、電界効果トランジスタとして機能するものであってもよい。この構成では、有機分子Aを主成分とする有機分子層の少なくとも一部がチャネル領域となるため、チャネル領域のキャリア移動度が高い電界効果トランジスタが得られる。   In the electronic device of the present invention, the organic molecular layer mainly composed of the organic molecule A is a semiconductor layer, and an electric field is applied to the organic molecular layer and the source and drain electrodes arranged so as to be in contact with the organic molecular layer. It may be provided with a gate electrode and function as a field effect transistor. In this configuration, since at least a part of the organic molecular layer containing organic molecules A as a main component becomes a channel region, a field effect transistor having high carrier mobility in the channel region can be obtained.

また、本発明のアクティブマトリクス型ディスプレイは、スイッチング素子を備えるアクティブマトリクス型ディスプレイであって、スイッチング素子が上記本発明の電子デバイス(電界効果トランジスタ)である。このような構成によれば、低コストで特性の良い、シートライクまたはペーパーライクなディスプレイを実現できる。   The active matrix display of the present invention is an active matrix display including a switching element, and the switching element is the electronic device (field effect transistor) of the present invention. According to such a configuration, it is possible to realize a sheet-like or paper-like display with low cost and good characteristics.

また、本発明の無線IDタグは、複数の半導体素子を含む無線IDタグであって、複数の半導体素子の少なくとも一部が上記本発明の電子デバイス(電界効果トランジスタ)である。このような構成によれば、様々な形状の物体や、様々な素材からなる物体に貼り付けることができる無線IDタグが得られる。また、任意の形状に形成可能な無線IDタグを実現できる。   The wireless ID tag of the present invention is a wireless ID tag including a plurality of semiconductor elements, and at least a part of the plurality of semiconductor elements is the electronic device (field effect transistor) of the present invention. According to such a configuration, wireless ID tags that can be attached to objects of various shapes or objects made of various materials are obtained. In addition, a wireless ID tag that can be formed into an arbitrary shape can be realized.

また、本発明の携行用機器は、複数の半導体素子を含む携行用機器であって、複数の半導体素子の少なくとも一部が上記本発明の電子デバイス(電界効果トランジスタ)である。このような構成によれば、携帯テレビ、通信端末、PDA、携帯用医療機器などの携行用機器に、低コスト、フレキシブル、耐衝撃性、任意形状に形成可能などの利点を付加できる。   The portable device of the present invention is a portable device including a plurality of semiconductor elements, and at least a part of the plurality of semiconductor elements is the electronic device (field effect transistor) of the present invention. According to such a configuration, any advantages such as low cost, flexibility, impact resistance, and any shape that can be formed in a portable device such as a portable television, a communication terminal, a PDA, and a portable medical device can be added.

以下、本発明の実施形態の例について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、以下の実施形態で説明する化合物の一部の製造方法については後述する。また、以下の図では、ハッチングを省略する場合がある。   Examples of embodiments of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, a part of manufacturing method of the compound demonstrated by the following embodiment is mentioned later. In the following drawings, hatching may be omitted.

(実施形態1)
実施形態1では、本発明の電子デバイスの一例として、電界効果トランジスタ(以下、「FET」という場合がある)について説明する。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, a field effect transistor (hereinafter sometimes referred to as “FET”) will be described as an example of the electronic device of the present invention.

図1(a)〜(d)は、本発明の電界効果トランジスタ(薄膜トランジスタ:TFT)の代表的な例を模式的に示す断面図である。図1(a)〜(d)に示すように、本発明のFETには様々な構成が存在する。いずれのFETも、基板11、ゲート電極12、ゲート絶縁層13、半導体層(有機分子層)14、ソース電極15、ドレイン電極16、および電極修飾層(図示せず)を備えている。ソース電極15およびドレイン電極16は、半導体層14と接触している。ゲート電極12はゲート絶縁層13を挟んで半導体層14と対向している。   1A to 1D are cross-sectional views schematically showing typical examples of the field effect transistor (thin film transistor: TFT) of the present invention. As shown in FIGS. 1A to 1D, the FET of the present invention has various configurations. Each FET includes a substrate 11, a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, a semiconductor layer (organic molecular layer) 14, a source electrode 15, a drain electrode 16, and an electrode modification layer (not shown). The source electrode 15 and the drain electrode 16 are in contact with the semiconductor layer 14. The gate electrode 12 faces the semiconductor layer 14 with the gate insulating layer 13 interposed therebetween.

一般に、図1(a)のFET100aおよび図1(c)のFET100cは、トップコンタクト方式のFETと呼ばれている。また、図1(b)のFET100bと図1(d)のFET100dはボトムコンタクト方式のFETと呼ばれている。   In general, the FET 100a in FIG. 1A and the FET 100c in FIG. 1C are called top contact type FETs. Further, the FET 100b in FIG. 1B and the FET 100d in FIG. 1D are called bottom contact type FETs.

本発明のFETは、図2(a)および(b)のような構造であってもよい。図2(a)および(b)のFET100eおよび100fでは、ソース電極15とドレイン電極16とが半導体層14を挟んで対向している。なお、本発明の効果は有機分子層の主成分である有機分子によって得られるものであるため、その有機分子以外の部分については、本発明の効果が得られる限り特に限定はない。   The FET of the present invention may have a structure as shown in FIGS. In the FETs 100e and 100f in FIGS. 2A and 2B, the source electrode 15 and the drain electrode 16 are opposed to each other with the semiconductor layer 14 interposed therebetween. In addition, since the effect of this invention is acquired by the organic molecule which is a main component of an organic molecular layer, there is no limitation in particular about parts other than the organic molecule, as long as the effect of this invention is acquired.

以下、図1(b)のFET100bを例に挙げて説明する。図1(b)に示すように、基板11の一主面上にはゲート電極12が形成され、ゲート電極12を覆うようにゲート絶縁層13が形成されている。ソース電極15およびドレイン電極16は、ゲート絶縁層13の上に、互いに距離をおいて形成されている。そして、2つの電極およびゲート絶縁層13を覆うように、半導体層14が形成されている。半導体層14は、上述した電導性有機分子によって構成されている。このように、FET100bでは、基板11上に、ゲート電極12、ゲート絶縁層13、2つの電極、および半導体層14が積層されている。   Hereinafter, the FET 100b in FIG. 1B will be described as an example. As shown in FIG. 1B, a gate electrode 12 is formed on one main surface of the substrate 11, and a gate insulating layer 13 is formed so as to cover the gate electrode 12. The source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed on the gate insulating layer 13 at a distance from each other. A semiconductor layer 14 is formed so as to cover the two electrodes and the gate insulating layer 13. The semiconductor layer 14 is composed of the conductive organic molecules described above. Thus, in the FET 100 b, the gate electrode 12, the gate insulating layer 13, the two electrodes, and the semiconductor layer 14 are stacked on the substrate 11.

次に、図1(d)に示すFET100dを例に挙げて説明する。FET100dでは、ソース電極15およびドレイン電極16が、基板11の一主面上に、互いに距離をおいて形成されている。上述した導電性有機分子によって構成されている半導体層14は、2つの電極と基板11とを覆うように形成される。ゲート絶縁層13は、半導体層14上に形成される。ゲート電極12は、ゲート絶縁層13上であって、少なくともソース電極15とドレイン電極16との間の領域に対応する位置に形成される。このように、FET100dでは、基板11上に、2つの電極、半導体層14、ゲート絶縁層13、およびゲート電極12が積層されている。   Next, the FET 100d shown in FIG. 1D will be described as an example. In the FET 100d, the source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed on one main surface of the substrate 11 at a distance from each other. The semiconductor layer 14 composed of the conductive organic molecules described above is formed so as to cover the two electrodes and the substrate 11. The gate insulating layer 13 is formed on the semiconductor layer 14. The gate electrode 12 is formed on the gate insulating layer 13 at a position corresponding to at least a region between the source electrode 15 and the drain electrode 16. As described above, in the FET 100 d, the two electrodes, the semiconductor layer 14, the gate insulating layer 13, and the gate electrode 12 are stacked on the substrate 11.

(実施形態2)
実施形態2では、実施形態1で説明した本発明のFETを備える機器の例として、アクティブマトリクス型ディスプレイ、無線IDタグ、および携帯用機器について説明する。
(Embodiment 2)
In Embodiment 2, an active matrix display, a wireless ID tag, and a portable device will be described as examples of devices including the FET of the present invention described in Embodiment 1.

アクティブマトリクス型ディスプレイの一例として、表示部に有機ELを用いたディスプレイについて説明する。ディスプレイの構成を模式的に示す一部分解斜視図を、図3に示す。   As an example of an active matrix display, a display using an organic EL in a display portion will be described. FIG. 3 shows a partially exploded perspective view schematically showing the configuration of the display.

図3に示すディスプレイは、プラスティック基板111上にアレイ状に配置された駆動回路110を備える。駆動回路110は本発明のFETを含み、画素電極に接続されている。駆動回路110の上には、有機EL層112、透明電極113および保護フィルム114が配置されている。有機EL層112は、電子輸送層、発光層および正孔輸送層といった複数の層が積層された構造を有する。各FETの電極に接続されたソース電極線125とゲート電極線126とは、それぞれ、制御回路(図示せず)へ接続される。   The display shown in FIG. 3 includes drive circuits 110 arranged in an array on a plastic substrate 111. The drive circuit 110 includes the FET of the present invention and is connected to the pixel electrode. On the drive circuit 110, an organic EL layer 112, a transparent electrode 113, and a protective film 114 are disposed. The organic EL layer 112 has a structure in which a plurality of layers such as an electron transport layer, a light emitting layer, and a hole transport layer are stacked. The source electrode line 125 and the gate electrode line 126 connected to the electrode of each FET are connected to a control circuit (not shown).

駆動回路110およびその周辺の一例の拡大図を、図4に示す。図4に示すFETの構造は、基本的に図1(c)に示す構造と同様である。つまり、図4に示すFETでは、半導体層124と、ソース電極125およびドレイン電極126と、ゲート絶縁層123と、ゲート電極122とが基板上に積層されている。そして、図4に示すように、ドレイン電極126は有機ELの画素電極127に電気的に接続されている。また、ゲート電極122が接続されたゲート電極線126と、ソース電極125が接続されたソース電極線125とが交差する部分には、絶縁層128が形成されている。   FIG. 4 shows an enlarged view of an example of the drive circuit 110 and its periphery. The structure of the FET shown in FIG. 4 is basically the same as the structure shown in FIG. That is, in the FET shown in FIG. 4, the semiconductor layer 124, the source electrode 125 and the drain electrode 126, the gate insulating layer 123, and the gate electrode 122 are stacked on the substrate. As shown in FIG. 4, the drain electrode 126 is electrically connected to the pixel electrode 127 of the organic EL. An insulating layer 128 is formed at a portion where the gate electrode line 126 to which the gate electrode 122 is connected and the source electrode line 125 to which the source electrode 125 is connected intersect.

このように、実施形態1で説明したようなFETを用いてアクティブマトリクス型のディスプレイを構成することによって、キャリア移動度が改善されたFETを特別な製造方法を用いることなく簡易なプロセスで実現できる。このため、本発明によれば、ディスプレイ全体としても安価で、かつ有機FETを使用することで付加される機能である機械的柔軟性及び耐衝撃性を備えたシートライクなディスプレイを実現できる。また、FETのキャリア移動度を向上させることによって、表示速度(反応速度)を向上させることができる。   As described above, by forming an active matrix display using the FET as described in the first embodiment, an FET with improved carrier mobility can be realized by a simple process without using a special manufacturing method. . For this reason, according to the present invention, it is possible to realize a sheet-like display having mechanical flexibility and impact resistance, which are functions that are added by using an organic FET, which is inexpensive as a whole display. Further, the display speed (reaction speed) can be improved by improving the carrier mobility of the FET.

なお、この実施形態では、表示部に有機ELを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、FETを含む回路を備える他のアクティブマトリクス型のディスプレイに適用でき、それによって同様の効果が得られる。   In addition, although this embodiment demonstrated the case where organic EL was used for the display part, this invention is not limited to this. The present invention can be applied to other active matrix type displays including circuits including FETs, and the same effect can be obtained.

また、画素を駆動する駆動回路部の構成は、この実施形態で示した構成には限定されない。たとえば、1つの画素を駆動するために電流駆動用のFETとそれを制御するためのスイッチング用FETとを組み合わせた構成としてもよい。また、さらに複数個のFETを組み合わせた構成としてもよい。また、FETは、この実施形態で示したFETに限定されず、本発明の他のFETを用いることによって同様の効果が得られる。   Further, the configuration of the drive circuit unit for driving the pixels is not limited to the configuration shown in this embodiment. For example, a current driving FET and a switching FET for controlling the current driving FET may be combined to drive one pixel. Further, a configuration in which a plurality of FETs are combined may be employed. Further, the FET is not limited to the FET shown in this embodiment, and the same effect can be obtained by using another FET of the present invention.

次に、本発明のFETを無線IDタグに応用した場合について説明する。本発明のFETを用いた無線IDタグの一例の斜視図を、図5に模式的に示す。なお、図5では、アンテナ部とメモリーIC部とを接続する配線や、整合回路などの図示を省略する。   Next, the case where the FET of the present invention is applied to a wireless ID tag will be described. A perspective view of an example of a wireless ID tag using the FET of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 5, illustration of wirings for connecting the antenna unit and the memory IC unit, a matching circuit, and the like is omitted.

図5に示すように、無線IDタグ130は、フィルム状のプラスティック基板131を基板として使用している。この基板131上には、アンテナ部132とメモリーIC部133とが設けられている。ここで、メモリーIC部133は、実施形態1において説明したような本発明のFETを利用して構成される。無線IDタグ130は、基板の裏面に粘着効果を持たせることによって、菓子袋やドリンク缶のような平坦でないものに貼り付けることが可能である。なお、無線IDタグ130の表面には、必要に応じて保護膜が設けられる。   As shown in FIG. 5, the wireless ID tag 130 uses a film-like plastic substrate 131 as a substrate. An antenna unit 132 and a memory IC unit 133 are provided on the substrate 131. Here, the memory IC unit 133 is configured using the FET of the present invention as described in the first embodiment. The wireless ID tag 130 can be attached to a non-flat object such as a candy bag or a drink can by giving an adhesive effect to the back surface of the substrate. Note that a protective film is provided on the surface of the wireless ID tag 130 as necessary.

このように、本発明のFETを用いることによって、様々な素材の物品へ貼り付けることができるとともに様々な形状を有する無線IDタグが得られる。また、キャリア移動度が高い本発明のFETを用いることによって、反応速度(処理速度)が速く、通信周波数の高い無線IDタグが得られる。   Thus, by using the FET of the present invention, wireless ID tags that can be attached to articles of various materials and have various shapes can be obtained. Further, by using the FET of the present invention having high carrier mobility, a wireless ID tag having a high reaction speed and a high communication frequency can be obtained.

なお、本発明の無線IDタグは、図5に示した無線IDタグに限定されない。従って、アンテナ部およびメモリーIC部の配置や構成に限定はない。たとえば、倫理回路を無線IDタグに組み込んでもよい。   Note that the wireless ID tag of the present invention is not limited to the wireless ID tag shown in FIG. Therefore, there is no limitation on the arrangement and configuration of the antenna unit and the memory IC unit. For example, an ethical circuit may be incorporated in a wireless ID tag.

また、この実施形態では、アンテナ部132とメモリーIC部133とをプラスティック基板131上に形成する場合について説明したが、本発明はこの形態に限定されない。たとえば、インクジェット印刷のような方法を用いて、対象物に直接、アンテナ部172とメモリーIC部173とを形成してもよい。その場合も、本発明のFETを形成することによって、キャリア移動度が改善されたFETを備える無線IDタグを低コストで製造できる。   In this embodiment, the case where the antenna portion 132 and the memory IC portion 133 are formed on the plastic substrate 131 has been described. However, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the antenna portion 172 and the memory IC portion 173 may be formed directly on the object using a method such as ink jet printing. Even in that case, by forming the FET of the present invention, a wireless ID tag including an FET with improved carrier mobility can be manufactured at low cost.

次に、本発明のFETを含む集積回路を備える携行用機器について説明する。携行用機器の集積回路には、演算素子や記憶素子やスイッチング素子など、半導体の特性を利用した様々な素子が用いられる。これらの素子の少なくも一部に本発明のFETを用いることによって、機械的柔軟性、耐衝撃性、捨てる際の対環境性、軽量、安価といった特性に優れるという有機材料の利点を備える携帯用機器を製造できる。   Next, a portable device including an integrated circuit including the FET of the present invention will be described. Various elements using semiconductor characteristics such as arithmetic elements, memory elements, and switching elements are used in integrated circuits of portable devices. By using the FET of the present invention for at least some of these elements, the portable material has the advantages of organic materials such as excellent mechanical flexibility, impact resistance, environmental resistance when discarded, light weight, and low cost. Equipment can be manufactured.

本発明の電子機器の例として、3つの携行用機器を図6〜図8に示す。   As examples of the electronic device of the present invention, three portable devices are shown in FIGS.

図6に示す携帯テレビ140は、表示装置141、受信装置142、側面スイッチ143、前面スイッチ144、音声出力部145、入出力装置146、記録メディア挿入部147を備える。本発明のFETを含む集積回路は、携帯テレビ140を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。   A mobile television 140 shown in FIG. 6 includes a display device 141, a reception device 142, a side switch 143, a front switch 144, an audio output unit 145, an input / output device 146, and a recording media insertion unit 147. The integrated circuit including the FET of the present invention is used as a circuit including elements such as an arithmetic element, a storage element, and a switching element that constitute the portable television 140.

図7に示す通信端末150は、表示装置151、送受信装置152、音声出力部153、カメラ部154、折りたたみ用可動部155、操作スイッチ156、音声入力部157を備える。本発明のFETを含む集積回路は、通信端末150を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。   A communication terminal 150 illustrated in FIG. 7 includes a display device 151, a transmission / reception device 152, an audio output unit 153, a camera unit 154, a folding movable unit 155, an operation switch 156, and an audio input unit 157. The integrated circuit including the FET of the present invention is used as a circuit including elements such as an arithmetic element, a storage element, and a switching element constituting the communication terminal 150.

図8に示す携帯用医療機器160は、表示装置161、操作スイッチ162、医療的処置部163、経皮コンタクト部164を備える。携帯用医療機器160は、例えば腕165などに巻き付けられて携行される。医療的処置部163は、経皮コンタクト部164から得られる生態情報を処理し、それに応じて経皮コンタクト部164を通じて薬物投与などの医療的処置を行う部分である。本発明のFETを含む集積回路は、携帯用医療機器160を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。   A portable medical device 160 illustrated in FIG. 8 includes a display device 161, an operation switch 162, a medical treatment unit 163, and a percutaneous contact unit 164. The portable medical device 160 is carried around, for example, wrapped around an arm 165. The medical treatment unit 163 is a part that processes the biological information obtained from the transcutaneous contact unit 164 and performs medical treatment such as drug administration through the transcutaneous contact unit 164 accordingly. The integrated circuit including the FET of the present invention is used as a circuit including elements such as an arithmetic element, a memory element, and a switching element that constitute the portable medical device 160.

なお、本発明のFETを応用した携帯用機器の構成について、いくつか例を挙げて説明したが、本発明はこれらの構成に限定されない。また、本発明のFETを適用できる携帯用機器は、例示した機器に限定されない。本発明のFETは、PDA端末や、ウエアラブルなAV機器、ポータブルなコンピュータ、腕時計タイプの通信機器など、機械的柔軟性、耐衝撃性、捨てる際の対環境性、軽量性、安価といった特性が要求される機器に好適に応用できる。   In addition, although the structure of the portable apparatus to which the FET of the present invention is applied has been described with some examples, the present invention is not limited to these structures. Further, portable devices to which the FET of the present invention can be applied are not limited to the exemplified devices. The FET of the present invention requires characteristics such as PDA terminals, wearable AV devices, portable computers, wristwatch type communication devices, mechanical flexibility, impact resistance, environment resistance when throwing away, light weight, and low cost. The present invention can be suitably applied to the equipment to be used.

(実施形態3)
実施形態1および2では、本発明のFETおよびそれを用いた機器について説明した。実施形態3では、本発明の他の電子デバイスについて説明する。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the FET of the present invention and the device using the same have been described. In Embodiment 3, another electronic device of the present invention will be described.

本発明の電子デバイスの一例として、ガス・イオンセンサの断面図を図9に模式的に示す。図9のセンサ素子170では、有機導電体層の導電率の変化がゲート電圧の変化としてSi−FETで高感度に検出される。   As an example of the electronic device of the present invention, a cross-sectional view of a gas ion sensor is schematically shown in FIG. In the sensor element 170 of FIG. 9, the change in the conductivity of the organic conductor layer is detected with high sensitivity by the Si-FET as the change in the gate voltage.

図9に示すように、Si基板171の表面にはソース電極175およびドレイン電極176が形成されており、これらを覆うように絶縁層173が形成されている。絶縁層173上には有機導電体層174が形成されており、有機導電体層174上にはゲート電極172が形成されている。検知部177にガスやイオンが化学吸着すると、有機導電体層174の導電率が変化し、有機導電体層174と絶縁層173を介してSi基板171に印加されるゲート電圧が変化するので、ソース電極175とドレイン電極176との間を流れる電流量が変化する。この電流量の変化をモニタすることによって、ガスやイオンを検出できる。   As shown in FIG. 9, a source electrode 175 and a drain electrode 176 are formed on the surface of the Si substrate 171, and an insulating layer 173 is formed so as to cover them. An organic conductor layer 174 is formed on the insulating layer 173, and a gate electrode 172 is formed on the organic conductor layer 174. When gas or ions are chemisorbed on the detector 177, the conductivity of the organic conductor layer 174 changes, and the gate voltage applied to the Si substrate 171 via the organic conductor layer 174 and the insulating layer 173 changes. The amount of current flowing between the source electrode 175 and the drain electrode 176 changes. By monitoring the change in the amount of current, gas and ions can be detected.

有機導電体層174は、実施形態1で説明した有機分子、すなわち、末端基における共役π電子系の広がりが、主鎖における共役π電子系の広がりよりも大きい有機分子で形成される。そのような有機分子を用いることによって導電率の高い導電体層を形成できるので、センサの駆動電圧を下げる事ができ、センサを長寿命化できる。また、アレイセンサなどのように複数個のセンサを同一面に形成する場合でも、特別な製造方法を用いることなく簡易なプロセスで高感度のアレイセンサを形成できる。   The organic conductor layer 174 is formed of the organic molecule described in the first embodiment, that is, an organic molecule in which the spread of the conjugated π electron system in the terminal group is larger than the spread of the conjugated π electron system in the main chain. By using such an organic molecule, a conductive layer having high conductivity can be formed, so that the driving voltage of the sensor can be lowered and the sensor can have a long life. Even when a plurality of sensors are formed on the same surface, such as an array sensor, a highly sensitive array sensor can be formed by a simple process without using a special manufacturing method.

なお、本発明のセンサ素子の一例としてガス・イオンセンサについて説明したが、有機導電体層を備えるセンサとしては、この他にも、湿度センサ、温度センサ、光センサ、圧力センサなど種々のセンサがある。いずれのセンサも、センシングの対象となるものの変化に応じて有機導電体層の物性値が変化することを利用し、物性値の変化を電流値などの電気的値に変換することによってセンシングが可能である。したがって、これらのセンサに対して本発明を適用することによって、導電体層の導電率を向上させることができ、優れた特性のセンサを安定して実現できる。   Although the gas ion sensor has been described as an example of the sensor element of the present invention, various sensors such as a humidity sensor, a temperature sensor, an optical sensor, and a pressure sensor can be used as sensors having an organic conductor layer. is there. Both sensors can be sensed by using the change in the physical property value of the organic conductor layer in response to changes in the sensing target, and converting the change in the physical property value into an electrical value such as a current value. It is. Therefore, by applying the present invention to these sensors, the conductivity of the conductor layer can be improved, and a sensor having excellent characteristics can be realized stably.

本発明の電子デバイスの他の例として、コンデンサの一例の断面図を図10に模式的に示す。図10に示すコンデンサ180は、Al23を誘電体として用いたアルミ電界コンデンサである。陽極182はAlであり、陽極182の表面を電気化学的に酸化することによってAl23からなる誘電体層183が形成されている。高容量化のため、陽極182の表面にはエッチング処理によって図10に示すように細孔が多数形成されており、誘電体層183の表面に陰極181を直接形成することが困難である。そのため、中間層として有機導電体層184を形成した後、陰極181が形成される。 FIG. 10 schematically shows a cross-sectional view of an example of a capacitor as another example of the electronic device of the present invention. A capacitor 180 shown in FIG. 10 is an aluminum electric field capacitor using Al 2 O 3 as a dielectric. The anode 182 is Al, and the dielectric layer 183 made of Al 2 O 3 is formed by electrochemically oxidizing the surface of the anode 182. In order to increase the capacity, many pores are formed on the surface of the anode 182 by etching as shown in FIG. 10, and it is difficult to directly form the cathode 181 on the surface of the dielectric layer 183. Therefore, after forming the organic conductor layer 184 as an intermediate layer, the cathode 181 is formed.

このようなコンデンサ素子において、陰極181と誘電体層183との間の抵抗が大きいと、素子のインピーダンスの周波数特性が低下するという問題がある。そのような問題を解消するために、実施形態1で説明した有機分子、すなわち、末端基における共役π電子系の広がりが、主鎖における共役π電子系の広がりよりも大きい有機分子で有機導電体層を形成する。これによって、陰極181と誘電体層183との間の抵抗を低減でき、周波数特性が優れたコンデンサ素子を容易に実現できる。   In such a capacitor element, when the resistance between the cathode 181 and the dielectric layer 183 is large, there is a problem that the frequency characteristic of the impedance of the element is lowered. In order to solve such a problem, the organic molecule described in the first embodiment, that is, an organic conductor in which the spread of the conjugated π electron system in the terminal group is larger than the spread of the conjugated π electron system in the main chain is used. Form a layer. As a result, the resistance between the cathode 181 and the dielectric layer 183 can be reduced, and a capacitor element having excellent frequency characteristics can be easily realized.

なお、本発明のコンデンサの一例としてアルミ電界コンデンサについて説明したが、タンタル電界コンデンサなどのその他のコンデンサや2次電池等に対しても本発明を適用できる。これらの電子デバイスに本発明を適用することによって、導電体層の導電率を向上でき、優れた特性のコンデンサや2次電池を安定して実現できる。   In addition, although the aluminum electric field capacitor was demonstrated as an example of the capacitor | condenser of this invention, this invention is applicable also to other capacitors, secondary batteries, etc., such as a tantalum electric field capacitor. By applying the present invention to these electronic devices, the conductivity of the conductor layer can be improved, and capacitors and secondary batteries having excellent characteristics can be realized stably.

本発明の電子デバイスの他の一例として、有機半導体レーザの一例の断面図を図11に模式的に示す。図11の半導体レーザ190は、厚膜クラッド型と呼ばれるレーザで、その構造は基本的に有機LEDと同じである。すなわち、ガラス基板191上に、透明電極192、正孔輸送層193、発光層194、電子輸送層195、および金属電極196が順次積層されている。発生する光子を閉じ込めるため、発光層194の上下の電荷輸送層をクラッド層として用いる。そのため、有機LEDと比べて電荷輸送層が厚い。   As another example of the electronic device of the present invention, a cross-sectional view of an example of an organic semiconductor laser is schematically shown in FIG. The semiconductor laser 190 in FIG. 11 is a laser called a thick film clad type, and its structure is basically the same as that of an organic LED. That is, a transparent electrode 192, a hole transport layer 193, a light emitting layer 194, an electron transport layer 195, and a metal electrode 196 are sequentially stacked on the glass substrate 191. In order to confine generated photons, the charge transport layers above and below the light emitting layer 194 are used as cladding layers. Therefore, the charge transport layer is thicker than the organic LED.

このようなレーザ素子では、電荷輸送層が厚いことによる駆動電圧の上昇とそれに伴う電流密度の低下が生じるという問題がある。このような問題を解決するため、本発明が適用される。具体的には、実施形態1で説明した有機分子を用いて電荷輸送層を形成する。このような構成によれば、電荷輸送層の導電率を向上させることができるため、駆動電圧を低減でき、優れた特性を持つレーザ素子を容易に実現できる。   In such a laser device, there is a problem that a drive voltage increases due to a thick charge transport layer and a current density decreases accordingly. The present invention is applied to solve such a problem. Specifically, the charge transport layer is formed using the organic molecules described in the first embodiment. According to such a configuration, the conductivity of the charge transport layer can be improved, so that the drive voltage can be reduced and a laser element having excellent characteristics can be easily realized.

なお、本発明のレーザ素子の一例として厚膜クラッド型の有機半導体レーザについて説明したが、本発明はこれに限定されない。その他の有機半導体レーザにおいても、基本的には電極から発光層までの抵抗が駆動電圧に影響を与える。このため、本発明を適用して有機半導体層の導電率を向上させることによって、優れた特性の有機半導体レーザを安定して実現できる。   Although the thick film clad type organic semiconductor laser has been described as an example of the laser element of the present invention, the present invention is not limited to this. In other organic semiconductor lasers, the resistance from the electrode to the light emitting layer basically affects the drive voltage. Therefore, by applying the present invention to improve the conductivity of the organic semiconductor layer, an organic semiconductor laser having excellent characteristics can be stably realized.

以上のように、実施形態3では、本発明の有機電子デバイスについて具体例を挙げて説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明は、有機導電体層を備えるデバイスに適用できる。それらのデバイスに本発明を適用することによって、特別な製造方法を用いることなく簡単なプロセスで、有機導電体層の導電率を向上させることができる。   As described above, in Embodiment 3, the organic electronic device of the present invention has been described with specific examples, but the present invention is not limited to these. The present invention can be applied to a device including an organic conductor layer. By applying the present invention to these devices, the conductivity of the organic conductor layer can be improved by a simple process without using a special manufacturing method.

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1では、図1(b)に示したFET100bを製造した一例について説明する。実施例1におけるFET100bでは、基板11として、ポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」という場合がある)のフィルムを用いた。また、ゲート電極12を構成する材料としてはNiを用いた。ソース電極15およびドレイン電極16を構成する材料としては、Auを主成分とする電極材料を用いた。ゲート絶縁層13を構成する材料としては、ポリビニルアルコールを用いた。半導体層14を構成する材料としては、主鎖がオリゴチオフェン誘導体であり、その末端がポルフィリンで修飾された分子を用いた。   In Example 1, an example in which the FET 100b shown in FIG. 1B is manufactured will be described. In the FET 100 b in Example 1, a film of polyethylene terephthalate (hereinafter sometimes referred to as “PET”) was used as the substrate 11. Further, Ni was used as a material constituting the gate electrode 12. As a material constituting the source electrode 15 and the drain electrode 16, an electrode material mainly composed of Au was used. As a material constituting the gate insulating layer 13, polyvinyl alcohol was used. As a material constituting the semiconductor layer 14, a molecule in which the main chain is an oligothiophene derivative and the terminal is modified with porphyrin is used.

使用した有機材料の化学式を図12および図13に示し、その分子構造の詳細を説明する。図12(a)の分子では、主鎖のオリゴチオフェン6量体によって共役π電子系が分子鎖に沿って形成されている(水素原子は明示せず。以下同じ。)。さらに、主鎖の両方の末端は、末端基A1で化学修飾されている。図12(a)、図12(b)および図12(c)の分子の末端基A1は、図13に示すポルフィリン誘導体である。なお、実施例で用いた有機分子には主鎖のオリゴチオフェンが6量体以外のものが少し混じっている場合があるが、実質的には6量体とみなせる。   The chemical formula of the organic material used is shown in FIG. 12 and FIG. 13, and the details of the molecular structure will be described. In the molecule of FIG. 12A, a conjugated π-electron system is formed along the molecular chain by the oligothiophene hexamer of the main chain (hydrogen atoms are not shown; the same applies hereinafter). Furthermore, both ends of the main chain are chemically modified with an end group A1. The terminal group A1 of the molecules of FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c) is the porphyrin derivative shown in FIG. In addition, although the organic molecule used in the examples may contain a little oligothiophene in the main chain other than the hexamer, it can be substantially regarded as a hexamer.

図12(b)の分子は、図12(a)の分子と比較して、主鎖のオリゴチオフェン6量体部分に側鎖としてアルキル基(−C613)が結合している点のみが異なる。図12(c)の分子は、図12(a)の分子と比較して、主鎖のオリゴチオフェン6量体部分に側鎖としてビフェニル基が結合している点のみが異なる。また、比較例として、図14に示すように、図12(a)の分子と比較して、末端基がアルキル基(−C613)である点のみが異なる分子を用意した。 Compared to the molecule of FIG. 12 (a), the molecule of FIG. 12 (b) only has an alkyl group (—C 6 H 13 ) as a side chain bonded to the oligothiophene hexamer portion of the main chain. Is different. The molecule of FIG. 12C is different from the molecule of FIG. 12A only in that a biphenyl group is bonded as a side chain to the oligothiophene hexamer portion of the main chain. Further, as a comparative example, as shown in FIG. 14, a molecule different from the molecule of FIG. 12 (a) only in that the terminal group is an alkyl group (—C 6 H 13 ) was prepared.

以下に、第1の例におけるFET100bの製造方法について説明する。先ず、PETからなる基板11(厚み100μm)上に、マスク蒸着によってNiからなるゲート電極12(厚み100nm)を形成した。次に、ポリビニルアルコールの水溶液をスピンコート法によって塗布したのち乾燥させ、ゲート絶縁層13(厚み500nm)を形成した。続いて、ゲート絶縁層13上に、マスク蒸着によってAuからなるソース電極15およびドレイン電極16(それぞれ厚み100nm)を形成した。ソース電極15およびドレイン電極16は、チャネル長が50μmで、チャネル幅が500μmとなるように形成した。   Below, the manufacturing method of FET100b in a 1st example is demonstrated. First, a gate electrode 12 (thickness 100 nm) made of Ni was formed on a substrate 11 (thickness 100 μm) made of PET by mask vapor deposition. Next, an aqueous solution of polyvinyl alcohol was applied by a spin coating method and then dried to form a gate insulating layer 13 (thickness 500 nm). Subsequently, a source electrode 15 and a drain electrode 16 (each having a thickness of 100 nm) made of Au were formed on the gate insulating layer 13 by mask vapor deposition. The source electrode 15 and the drain electrode 16 were formed so that the channel length was 50 μm and the channel width was 500 μm.

次に、図12〜図14に示した各分子をクロロホルムに溶かした。得られた溶液を、スピンコート法によって塗布したのち乾燥させ、半導体層14(厚み500nm)を形成した。このようにして、FET100bを作製した。   Next, each molecule shown in FIGS. 12 to 14 was dissolved in chloroform. The obtained solution was applied by spin coating and then dried to form a semiconductor layer 14 (thickness 500 nm). In this way, the FET 100b was produced.

以上のようにして得られた4つのFETについて、ソース−ドレイン間電圧(Vds)が−5V(線形領域に相当)および−30V(飽和領域に相当)の場合のキャリア移動度を算出した。キャリア移動度の算出は、それぞれのVdsの場合について、ゲート−ソース間電圧(Vgs)を+50V〜−80Vまで掃印した場合のソース−ドレイン間電流(Ids)を測定し、その値から算出した。キャリア移動度の評価結果を表1に示す。   For the four FETs obtained as described above, the carrier mobility was calculated when the source-drain voltage (Vds) was −5 V (corresponding to the linear region) and −30 V (corresponding to the saturation region). The carrier mobility was calculated from the value obtained by measuring the source-drain current (Ids) when the gate-source voltage (Vgs) was swept from +50 V to -80 V for each Vds. . Table 1 shows the evaluation results of carrier mobility.

Figure 0004883898
Figure 0004883898

図12の(a)〜(c)の分子では、主鎖に直交する方向における第2の共役π電子系(末端基によって構成される共役π電子系)の広がりが、主鎖に直交する方向における第1の共役π電子系(主鎖によって構成される共役π電子系)の広がりよりも大きい。このような分子を用いて半導体層14を形成した場合、表1に示すように、キャリア移動度が大幅に向上した。また、主鎖に側鎖を導入する場合には、共役π電子系を持たないアルキル基よりは、ビフェニル基の方が高い移動度が得られた。   In the molecules (a) to (c) of FIG. 12, the spread of the second conjugated π-electron system (conjugated π-electron system composed of end groups) in the direction perpendicular to the main chain is perpendicular to the main chain. Is larger than the spread of the first conjugated π-electron system (conjugated π-electron system constituted by the main chain). When the semiconductor layer 14 was formed using such molecules, carrier mobility was greatly improved as shown in Table 1. In addition, when a side chain was introduced into the main chain, a higher mobility was obtained for the biphenyl group than for an alkyl group having no conjugated π electron system.

本発明のFETでは、高いオン・オフ比(4桁以上)と高いキャリア移動度とを両立させることができた。これに対して、比較例のサンプルでは、両者を両立させることができなかった。なお、後述する表2のFETにおいても同様の結果が得られた。   In the FET of the present invention, it was possible to achieve both a high on / off ratio (4 digits or more) and a high carrier mobility. On the other hand, in the sample of the comparative example, both cannot be made compatible. Similar results were obtained for the FETs in Table 2 described later.

この例では、主鎖の鎖長が異なる材料を用いて半導体層を形成した一例について示す。半導体層の材料が異なることを除き、第2の例のFETの構成および製造方法は第1の例と同じである。   In this example, an example in which a semiconductor layer is formed using materials with different main chain lengths is shown. The structure and manufacturing method of the FET of the second example are the same as those of the first example, except that the material of the semiconductor layer is different.

第2の例で使用した有機材料の一般式を図15に示し、その分子構造の詳細について説明する。図15(a)の分子は、フルオレン誘導体とビチオフェンのコポリマーを主鎖として備える。そして、主鎖の両方の末端は、図15(b)に示すポルフィリンで化学修飾されている。実施例2では、主鎖部分の繰り返し数(図15(a)の一般式中のn)を1、2、4、8、16、20、32、無制限としたものを用いた。   The general formula of the organic material used in the second example is shown in FIG. 15, and the details of the molecular structure will be described. The molecule of FIG. 15A includes a fluorene derivative and bithiophene copolymer as a main chain. Then, both ends of the main chain are chemically modified with porphyrin shown in FIG. In Example 2, the number of repeating main chain portions (n in the general formula in FIG. 15A) was 1, 2, 4, 8, 16, 20, 32, unlimited.

以上のような材料を半導体層として用いたFETについて実施例1と同様にキャリア移動度の評価を行った。半導体層に使用された有機分子の主鎖部分の分子鎖長と測定されたキャリア移動度との関係を図16に示す。図16に示すように、主鎖の分子鎖長は3nm〜30nmの範囲にあることが好ましく、12.5nm〜25nmの範囲内にあることがより好ましい。   The carrier mobility was evaluated in the same manner as in Example 1 for the FET using the above material as the semiconductor layer. FIG. 16 shows the relationship between the molecular chain length of the main chain portion of the organic molecules used in the semiconductor layer and the measured carrier mobility. As shown in FIG. 16, the molecular chain length of the main chain is preferably in the range of 3 nm to 30 nm, and more preferably in the range of 12.5 nm to 25 nm.

実施例3では、実施例1および2で用いた分子とは末端基が異なる分子を用いた一例について示す。半導体層の材料が異なることを除き、実施例3のFETの構成および製造方法は、実施例1と同じである。   Example 3 shows an example in which a molecule having a different end group from the molecule used in Examples 1 and 2 is used. The configuration and manufacturing method of the FET of Example 3 are the same as those of Example 1 except that the material of the semiconductor layer is different.

実施例3で用いた分子は、図12(a)の分子と同様に、図12(a)に示したオリゴチオフェン6量体からなる主鎖を備えるが、その両端に結合した末端基が異なる。実施例3で用いた末端基を図17および図18に示す。図17(a)〜(c)には、円盤状の芳香族多環部(共役π電子系)を有する末端基の例が示されている。また、図18には、球状の芳香族多環部(共役π電子系)を有する末端基の例として、フラーレン(C60)を用いた末端基が示されている。   The molecule used in Example 3 has a main chain composed of the oligothiophene hexamer shown in FIG. 12 (a) as in the molecule of FIG. 12 (a), but the terminal groups bonded to both ends thereof are different. . The terminal groups used in Example 3 are shown in FIGS. FIGS. 17A to 17C show examples of end groups having a disk-like aromatic polycyclic part (conjugated π electron system). FIG. 18 shows a terminal group using fullerene (C60) as an example of a terminal group having a spherical aromatic polycyclic part (conjugated π electron system).

以上のような材料からなる半導体層を用いたFETについて、実施例1と同様にキャリア移動度の評価を行った。表2にキャリア移動度の評価結果を示す。なお、比較サンプル2は、図14の有機分子を用いたFETである。   Regarding the FET using the semiconductor layer made of the material as described above, the carrier mobility was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the evaluation results of carrier mobility. Comparative sample 2 is an FET using the organic molecule of FIG.

Figure 0004883898
Figure 0004883898

図17および図18に示した分子では、主鎖に直交する方向における第2の共役π電子系(末端基によって構成される共役π電子系)の広がりが、主鎖に直交する方向における第1の共役π電子系(主鎖によって構成される共役π電子系)の広がりよりも大きい。末端基の共役π電子系が2次元的または3次元的に広がっている図17および図18の分子を用いて半導体層14を形成した場合、表2に示すように、キャリア移動度が大幅に向上した。   In the molecules shown in FIGS. 17 and 18, the spread of the second conjugated π-electron system (conjugated π-electron system composed of end groups) in the direction orthogonal to the main chain is the first in the direction orthogonal to the main chain. This is larger than the spread of the conjugated π-electron system (conjugated π-electron system constituted by the main chain). When the semiconductor layer 14 is formed using the molecules shown in FIGS. 17 and 18 in which the conjugated π-electron system of the end group spreads two-dimensionally or three-dimensionally, as shown in Table 2, the carrier mobility is greatly increased. Improved.

実施例4では、図1(d)に示したFET100dを製造した一例について説明する。実施例4では、基板11としてPETフィルムを用いた。ゲート電極を構成する材料としてはNiを用いた。ソース電極15およびドレイン電極16を構成する材料としては、Auを主成分とする電極材料を用いた。ゲート絶縁層13を構成する材料としては、ポリビニルフェノールを用いた。また、半導体層14を構成する材料としては、環状分子のシクロデキストリンによって包接されたフルオレンビチオフェンコポリマーを主鎖とし、主鎖の末端がポルフィリンで修飾された分子を用いた。   In Example 4, an example in which the FET 100d shown in FIG. 1D is manufactured will be described. In Example 4, a PET film was used as the substrate 11. Ni was used as a material constituting the gate electrode. As a material constituting the source electrode 15 and the drain electrode 16, an electrode material mainly composed of Au was used. As a material constituting the gate insulating layer 13, polyvinyl phenol was used. Further, as a material constituting the semiconductor layer 14, a molecule in which a main chain is a fluorene bithiophene copolymer included by a cyclodextrin of a cyclic molecule and a terminal of the main chain is modified with porphyrin is used.

まず、主鎖の分子鎖を包接する環状分子について、図19で説明する。図19(a)の一般式で示したシクロデキストリンは、グルコースの環状オリゴマーであり、グルコースの数によって環の大きさが変化する。一般的なシクロデキストリンとしては、n=4のα−シクロデキストリン、n=5のβ−シクロデキストリン、n=6のγ−シクロデキストリンが挙げられる。環の大きさが異なるシクロデキストリンの中から、包接する対象となる分子の大きさに合わせて好適なものを選択することができる。以降の図では、図19(b)のような模式図を用いてシクロデキストリンを表す場合がある。   First, a cyclic molecule that includes a molecular chain of the main chain will be described with reference to FIG. The cyclodextrin represented by the general formula in FIG. 19A is a cyclic oligomer of glucose, and the size of the ring changes depending on the number of glucose. Typical cyclodextrins include α-cyclodextrin with n = 4, β-cyclodextrin with n = 5, and γ-cyclodextrin with n = 6. From cyclodextrins having different ring sizes, a suitable one can be selected according to the size of the molecule to be included. In the following figures, cyclodextrin may be represented using a schematic diagram as shown in FIG.

半導体層の材料として用いた有機材料の化学式を図20に示す。図20の分子の主鎖は、フルオレンとビチオフェンのコポリマーである。主鎖部分の繰り返し数は8とした。主鎖の両方の末端は、図15(b)に示したポルフィリンで化学修飾されている。そして、主鎖のビチオフェン部分は、図のように環状分子であるシクロデキストリン(この例ではβ―シクロデキストリン)で包接されている。なお、シクロデキストリンで包接されていない分子、すなわち図15の分子も用意した。   The chemical formula of the organic material used as the material of the semiconductor layer is shown in FIG. The main chain of the molecule in FIG. 20 is a copolymer of fluorene and bithiophene. The number of repeats of the main chain portion was 8. Both ends of the main chain are chemically modified with porphyrin shown in FIG. The bithiophene portion of the main chain is included by cyclodextrin (in this example, β-cyclodextrin), which is a cyclic molecule, as shown in the figure. A molecule not included in cyclodextrin, that is, a molecule shown in FIG. 15 was also prepared.

以下に、この実施例におけるFET100dの製造方法について説明する。まず、PETからなる基板11(厚み100μm)上に、マスク蒸着によって、Auからなるソース電極15およびドレイン電極16(それぞれ厚み100nm)を形成した。これらの電極は、チャネル長が50μmで、チャネル幅が500μmとなるように形成した。次に、図15または図20の有機分子の水溶液をスピンコート法によって塗布したのち乾燥させることによって、半導体層14(厚み250nm)を形成した。続いて、ポリビニルフェノールをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA;Propylene glycol monomethyl ether acetate)に溶かした溶液をスピンコート法によって塗布したのち乾燥させて、ゲート絶縁膜13(厚み500nm)を形成した。その後、マスク蒸着によって、Niからなるゲート電極12(厚み100nm)を形成した。このようにしてFET100dを作製した。   A method for manufacturing the FET 100d in this embodiment will be described below. First, a source electrode 15 and a drain electrode 16 (each having a thickness of 100 nm) made of Au were formed on a substrate 11 (thickness: 100 μm) made of PET by mask vapor deposition. These electrodes were formed so that the channel length was 50 μm and the channel width was 500 μm. Next, the semiconductor layer 14 (thickness 250 nm) was formed by applying the organic molecule aqueous solution of FIG. 15 or FIG. 20 by spin coating and then drying. Subsequently, a solution obtained by dissolving polyvinyl phenol in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) was applied by a spin coating method and then dried to form a gate insulating film 13 (thickness 500 nm). Thereafter, a gate electrode 12 (thickness: 100 nm) made of Ni was formed by mask vapor deposition. In this way, an FET 100d was produced.

以上のようにして得られた2種類のFETについて、ソース−ドレイン間電圧(Vds)が−30Vの場合のキャリア移動度のDC負荷による劣化について評価を行った。DC負荷は、ソース−ドレインを短絡接地した状態でゲート電極に−40Vを印加することによって加えた。キャリア移動度は、Vds=−30Vに固定した状態でVgsを+50V〜−80Vまで掃印したときのIdsを測定し、その値から算出した。そのようにしてキャリア移動度評価のための測定を行った後、再びDC負荷を加え、再度キャリア移動度評価のための測定を行うというサイクルを繰り返した。図21にDC負荷時間とキャリア移動度の劣化との関係を示す。なお、図21中の横軸は、DC負荷時間の累積時間を示している。   The two types of FETs obtained as described above were evaluated for deterioration due to DC load of carrier mobility when the source-drain voltage (Vds) was −30V. The DC load was applied by applying −40 V to the gate electrode with the source and drain short-circuited to ground. The carrier mobility was calculated from a value obtained by measuring Ids when Vgs was swept from +50 V to −80 V in a state where Vds = −30 V was fixed. After performing the measurement for the carrier mobility evaluation as described above, the cycle of applying the DC load again and performing the measurement for the carrier mobility evaluation again was repeated. FIG. 21 shows the relationship between DC load time and carrier mobility degradation. Note that the horizontal axis in FIG. 21 indicates the accumulated time of the DC load time.

図21に示されるように、環状分子によって主鎖が包接された分子を半導体層の材料として用いたFET(CD被覆有り)は、包接されていない分子を用いたFET(CD被覆無し)に比べて、初期のキャリア移動度こそ若干劣るものの、DC負荷に対する劣化が大幅に低減した。   As shown in FIG. 21, an FET using a molecule in which the main chain is encapsulated by a cyclic molecule as a material for the semiconductor layer (with CD coating) is an FET using a molecule not encapsulated (without CD coating). Compared with, the initial carrier mobility was slightly inferior, but the deterioration with respect to the DC load was greatly reduced.

なお、本発明で用いられる有機分子Aは、市販のものを用いてもよいし、公知の方法で合成してもよい。合成する場合、たとえば、(HO)2B−主鎖−B(OH)2で表される分子と、上記末端基にヨウ素基が結合した分子(I−末端基)とを鈴木カップリング反応で反応させることによって合成が可能である。 The organic molecule A used in the present invention may be a commercially available one or may be synthesized by a known method. In the case of synthesis, for example, a molecule represented by (HO) 2 B-main chain-B (OH) 2 and a molecule in which an iodine group is bonded to the terminal group (I-terminal group) are subjected to a Suzuki coupling reaction. Synthesis is possible by reacting.

以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用することができる。   The embodiments of the present invention have been described above with examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to other embodiments based on the technical idea of the present invention.

本発明は、有機分子によって形成された導電層または半導体層を備える電子デバイスに適用できる。また、本発明は、そのような電子デバイスを備える各種機器に適用できる。   The present invention can be applied to an electronic device including a conductive layer or a semiconductor layer formed by organic molecules. In addition, the present invention can be applied to various devices including such an electronic device.

本発明のFETの例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of FET of this invention typically. 本発明のFETの他の例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of FET of this invention typically. 本発明のアクティブマトリクス型ディスプレイの一例を模式的に示す一部分解斜視図である。1 is a partially exploded perspective view schematically showing an example of an active matrix display of the present invention. 本発明のディスプレイの駆動回路およびその周辺の構成を示す模式的に示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view schematically showing a drive circuit of the display of the present invention and a configuration around it. 本発明の無線IDタグの一例の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of an example of the wireless ID tag of this invention. 本発明の携帯テレビの一例の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of an example of the portable television of this invention. 本発明の通信端末の一例の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of an example of the communication terminal of this invention. 本発明の携帯用医療機器の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically an example of the portable medical device of this invention. 本発明のセンサ素子の一例の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of an example of the sensor element of this invention. 本発明のコンデンサの一例の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of an example of the capacitor | condenser of this invention. 本発明のレーザの一例の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of an example of the laser of this invention. (a)、(b)および(c)は、それぞれ、実施例で用いた有機分子を示す化学式である。(A), (b) and (c) are chemical formulas showing the organic molecules used in the examples. 図12に示した有機分子の末端基の構造を示す化学式である。13 is a chemical formula showing a structure of a terminal group of the organic molecule shown in FIG. 比較例で用いた有機分子を示す化学式である。It is a chemical formula which shows the organic molecule used by the comparative example. (a)は実施例で用いた有機分子を示す化学式であり、(b)は(a)の分子の末端基を示す化学式である。(A) is a chemical formula which shows the organic molecule used in the Example, (b) is a chemical formula which shows the terminal group of the molecule | numerator of (a). 本発明のFETの一例について、有機分子の主鎖の鎖長とキャリア移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the chain length of the principal chain of an organic molecule | numerator, and carrier mobility about an example of FET of this invention. (a)、(b)および(c)は実施例で用いた有機分子の末端基を示す化学式である。(A), (b) and (c) are chemical formulas showing the end groups of the organic molecules used in the examples. 実施例で用いた有機分子の末端基を示す化学式である。It is a chemical formula which shows the terminal group of the organic molecule used in the Example. (a)はシクロデキストリンの化学式であり、(b)はシクロデキストリンの形状を模式的に示す斜視図である。(A) is a chemical formula of a cyclodextrin, (b) is a perspective view which shows typically the shape of a cyclodextrin. 本発明の実施例で用いた有機分子を示す化学式である。It is a chemical formula which shows the organic molecule used in the Example of this invention. 本発明のFETの一例についてDC負荷試験におけるキャリア移動度の劣化の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of deterioration of the carrier mobility in a DC load test about an example of FET of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 基板
12 ゲート電極
13 ゲート絶縁層
14 半導体層(有機分子層)
15 ソース電極
16 ドレイン電極
100a〜d FET
110 FET駆動回路
130 無線IDタグ
140 携帯テレビ
150 通信端末
160 携帯用医療機器
170 センサ素子
174、184 有機導電体層(有機分子層)
180 コンデンサ
190 レーザ
11 Substrate 12 Gate electrode 13 Gate insulating layer 14 Semiconductor layer (organic molecular layer)
15 Source electrode 16 Drain electrode 100a-d FET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 FET drive circuit 130 Wireless ID tag 140 Portable television 150 Communication terminal 160 Portable medical device 170 Sensor element 174, 184 Organic conductor layer (organic molecular layer)
180 condenser 190 laser

Claims (8)

導電性の有機分子層を備える電子デバイスであって、
前記有機分子層が、第1の共役π電子系を構成する主鎖と、前記主鎖の両端に結合している末端基とを備える有機分子を主成分として含み、
前記末端基は、円盤状の芳香族多環部を有し、且つ、第2の共役π電子系を構成し、
前記第2の共役π電子系の電子雲が、2次元的に広がっており、
前記主鎖に直交する方向における前記第2の共役π電子系の電子雲の広がりが、前記主鎖に直交する方向における前記第1の共役π電子系の電子雲の広がりよりも大きく、
前記末端基は、その表面に露出するように配位結合した金属元素を含まず、
前記主鎖の鎖長が12.5nm以上25nm以下の範囲にあり、
前記有機分子層が半導体層であり、前記有機分子層に接触するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機分子層に電界を印加するゲート電極とを備え、
電界効果トランジスタとして機能する、電子デバイス。
An electronic device comprising a conductive organic molecular layer,
The organic molecular layer includes, as a main component, an organic molecule comprising a main chain constituting a first conjugated π-electron system and terminal groups bonded to both ends of the main chain,
The terminal group has a disk-like aromatic polycyclic portion and constitutes a second conjugated π-electron system;
The electron cloud of the second conjugated π-electron system spreads two-dimensionally;
The spread of the electron cloud of the second conjugated π electron system in the direction orthogonal to the main chain is larger than the spread of the electron cloud of the first conjugated π electron system in the direction orthogonal to the main chain,
Said end groups is free of coordination bond with a metal element so as to be exposed on its surface,
The chain length of the main chain is in the range of 12.5 nm to 25 nm,
The organic molecular layer is a semiconductor layer, and includes a source electrode and a drain electrode arranged to contact the organic molecular layer, and a gate electrode that applies an electric field to the organic molecular layer,
An electronic device that functions as a field effect transistor .
導電性の有機分子層を備える電子デバイスであって、
前記有機分子層が、第1の共役π電子系を構成する主鎖と、前記主鎖の両端に結合している末端基とを備える有機分子を主成分として含み、
前記末端基は第2の共役π電子系を構成する末端基であって、且つ、環状構造の中心に金属元素が配位結合していないポルフィリンの構造、または、環状構造の中心に金属元素が配位結合していないフタロシアニンの構造を有し、
前記主鎖に直交する方向における前記第2の共役π電子系の電子雲の広がりが、前記主鎖に直交する方向における前記第1の共役π電子系の電子雲の広がりよりも大きく、
前記主鎖の鎖長が12.5nm以上25nm以下の範囲にあり、
前記有機分子層が半導体層であり、前記有機分子層に接触するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機分子層に電界を印加するゲート電極とを備え、
電界効果トランジスタとして機能する、電子デバイス。
An electronic device comprising a conductive organic molecular layer,
The organic molecular layer includes, as a main component, an organic molecule comprising a main chain constituting a first conjugated π-electron system and terminal groups bonded to both ends of the main chain,
The terminal group is a terminal group constituting the second conjugated π-electron system, and the structure of porphyrin in which the metal element is not coordinated to the center of the cyclic structure, or the metal element is at the center of the cyclic structure. It has a structure of phthalocyanine that is not coordinated,
The spread of the electron cloud of the second conjugated π electron system in the direction orthogonal to the main chain is larger than the spread of the electron cloud of the first conjugated π electron system in the direction orthogonal to the main chain,
The chain length of the main chain is in the range of 12.5 nm to 25 nm,
The organic molecular layer is a semiconductor layer, and includes a source electrode and a drain electrode arranged to contact the organic molecular layer, and a gate electrode that applies an electric field to the organic molecular layer,
An electronic device that functions as a field effect transistor .
導電性の有機分子層を備える電子デバイスであって、
前記有機分子層が、第1の共役π電子系を構成する主鎖と、前記主鎖の両端に結合している末端基とを備える有機分子を主成分として含み、
前記末端基は環状構造の中心に金属元素が配位結合していないポルフィリンの構造を有し、
前記主鎖が、フルオレンとビチオフェンとを共重合することによって形成される骨格を有し、
前記主鎖の鎖長が12.5nm以上25nm以下の範囲にあり、
前記有機分子層が半導体層であり、前記有機分子層に接触するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機分子層に電界を印加するゲート電極とを備え、
電界効果トランジスタとして機能する、電子デバイス。
An electronic device comprising a conductive organic molecular layer,
The organic molecular layer includes, as a main component, an organic molecule comprising a main chain constituting a first conjugated π-electron system and terminal groups bonded to both ends of the main chain,
The terminal group has a porphyrin structure in which a metal element is not coordinated to the center of the cyclic structure,
The main chain has a skeleton formed by copolymerizing fluorene and bithiophene,
The chain length of the main chain is in the range of 12.5 nm to 25 nm,
The organic molecular layer is a semiconductor layer, and includes a source electrode and a drain electrode arranged to contact the organic molecular layer, and a gate electrode that applies an electric field to the organic molecular layer,
An electronic device that functions as a field effect transistor .
前記有機分子層が、前記主鎖を包接する環状分子をさらに含み、
前記有機分子層が前記有機分子と前記環状分子とを主成分とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子デバイス。
The organic molecular layer further includes a cyclic molecule that includes the main chain;
The electronic device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the organic molecular layer includes the organic molecule and the cyclic molecule as main components.
前記有機分子は前記主鎖に結合した側鎖を有し、
前記側鎖が第3の共役π電子系を構成する請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子デバイス。
The organic molecule has a side chain bonded to the main chain,
The electronic device according to claim 1 , wherein the side chain constitutes a third conjugated π-electron system.
スイッチング素子を備えるアクティブマトリクス型ディスプレイであって、
前記スイッチング素子が請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子デバイスであるアクティブマトリクス型ディスプレイ。
An active matrix display comprising a switching element,
An active matrix type display, wherein the switching element is the electronic device according to claim 1 .
複数の半導体素子を含む無線IDタグであって、
前記複数の半導体素子の少なくとも一部が請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子デバイスである無線IDタグ。
A wireless ID tag including a plurality of semiconductor elements,
The wireless ID tag whose at least one part of these semiconductor elements is an electronic device of any one of Claims 1-5 .
複数の半導体素子を含む携行用機器であって、
前記複数の半導体素子の少なくとも一部が請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子デバイスである携行用機器。
A portable device including a plurality of semiconductor elements,
A portable device in which at least a part of the plurality of semiconductor elements is the electronic device according to claim 1 .
JP2004334875A 2004-11-18 2004-11-18 Electronic device and electronic apparatus using the same Expired - Fee Related JP4883898B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004334875A JP4883898B2 (en) 2004-11-18 2004-11-18 Electronic device and electronic apparatus using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004334875A JP4883898B2 (en) 2004-11-18 2004-11-18 Electronic device and electronic apparatus using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006147785A JP2006147785A (en) 2006-06-08
JP4883898B2 true JP4883898B2 (en) 2012-02-22

Family

ID=36627130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004334875A Expired - Fee Related JP4883898B2 (en) 2004-11-18 2004-11-18 Electronic device and electronic apparatus using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4883898B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5315684B2 (en) 2007-12-18 2013-10-16 セイコーエプソン株式会社 Electrophoretic display device
CN102686592B (en) * 2010-01-30 2013-11-27 海洋王照明科技股份有限公司 Copolymer containing fluorenylporphyrin-anthracene, preparation method and use thereof
WO2011116516A1 (en) * 2010-03-23 2011-09-29 海洋王照明科技股份有限公司 Copolymer containing fluorenylporphyrin-benzene, preparation method and use thereof
WO2011143806A1 (en) * 2010-05-18 2011-11-24 海洋王照明科技股份有限公司 Porphyrin copolymer containing quinoxaline unit, preparation method and uses thereof
JP6846258B2 (en) * 2017-03-29 2021-03-24 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 Materials for organic electroluminescent devices and organic electroluminescent devices using them
JP6846256B2 (en) * 2017-03-29 2021-03-24 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 Materials for organic electroluminescent devices and organic electroluminescent devices using them

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0028867D0 (en) * 2000-11-28 2001-01-10 Avecia Ltd Field effect translators,methods for the manufacture thereof and materials therefor
JP2003229579A (en) * 2001-11-28 2003-08-15 Konica Corp Field effect transistor and manufacturing method therefor
DE10160732A1 (en) * 2001-12-11 2003-06-26 Siemens Ag OFET used e.g. in RFID tag, comprises an intermediate layer on an active semiconductor layer
JP4360801B2 (en) * 2001-12-25 2009-11-11 シャープ株式会社 Transistor and display device using the same
JP4406211B2 (en) * 2003-03-11 2010-01-27 株式会社日立製作所 Electronic devices using π-conjugated polymer structures

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006147785A (en) 2006-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Electrolyte‐gated transistors for organic and printed electronics
JP6053880B2 (en) Organic semiconductor
US8053767B2 (en) Carbon nano tube thin film transistor and display adopting the same
JP5197960B2 (en) ELECTRONIC DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE USING THE SAME
US20090302310A1 (en) Short Channel Vertical FETs
KR102027362B1 (en) Semiconductor composition
JP4999461B2 (en) FIELD EFFECT TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE USING THE SAME
JP4856900B2 (en) Method for manufacturing field effect transistor
JP4883898B2 (en) Electronic device and electronic apparatus using the same
JP5103448B2 (en) Semiconducting polymer
US20100286335A1 (en) Block polymer and device
JP2010123951A (en) Thin-film transistor and semiconductor composition
CA2675081C (en) Electronic device comprising semiconducting polymers
Jung et al. n-Type Digital Memory Characteristics of Diketopyrrolopyrrole-Based Narrow Bandgap Polymers
Sun et al. High-performance polymer semiconductor-based nonvolatile memory cells with nondestructive read-out
TWI786212B (en) Integrated circuit, manufacturing method thereof, and wireless communication device using the integrated circuit
US20100123123A1 (en) Organic thin-film transistors
Chidambara et al. Electrical bistability studies on vacuum evaporated copper phthalocyanine (CuPc)/fullerene (C60) bilayers
KR20160019885A (en) flexible display device
KR20160020390A (en) flexible display device
US20200136070A1 (en) Organic semiconductor thin film, and thin film transistor and electronic device including the same
JP2022108261A (en) P-type semiconductor element, manufacturing method thereof, and complementary semiconductor device, wireless communication device, and thin-film transistor array using the same
JP2004140364A (en) Use as charge transport material of poly-3,3"-dialkyl-2,2':5'.2"-terthiophene
Wang Carbon Nanotube Flexible Electronics

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071023

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20081120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110614

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110715

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111115

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111206

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141216

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4883898

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees