JP5478189B2

JP5478189B2 - 大気安定性に優れた有機トランジスタ

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Publication number: JP5478189B2
Application number: JP2009239791A
Authority: JP
Inventors: 義人功刀; 一男岡本; 秀敏前田
Original assignee: Tokai University Educational Systems; Ushio Chemix Corp
Current assignee: Tokai University Educational Systems; Ushio Chemix Corp
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: JP2011086836A

Description

本発明は、有機トランジスタに関する。さらに詳しくは、特定有機化合物を含有している有機トランジスタに関する。

有機半導体材料は、製造プロセスコストの低減、フレキシブル化対応、軽量化、大面積化という点で、これまでの無機半導体にはない特徴が期待されることから、有機太陽電池、有機トランジスタ等への応用が考えられている。特に有機トランジスタについては、デバイスの構造が有機太陽電池と比べると簡素であることから、早期の実用化が期待されている。

有機トランジスタに使用する有機半導体化合物としては、これまで様々な有機化合物が報告されてきた。なかでも、ペンタセンはアモルファスシリコン並みの移動度を有し、優れた半導体デバイス特性を発現することが報告されている。(非特許文献１)

しかしながら、ペンタセンは大気中の酸素によって劣化するため、酸素をコントロールした雰囲気下でデバイスを作製する必要があり、プロセスコスト低減の妨げの一因になっている。また、デバイス作製後も、大気下にて駆動させると、性能が大幅に低下するという問題点もある。(非特許文献２)

Ｙ．Ｙ．Ｌｉｎ，Ｄ．Ｊ．Ｇｕｎｄｌａｃｈ，Ｓ．Ｆ．Ｎｅｌｓｏｎ，Ｔ．Ｎ．Ｊａｃｓｏｎ，ＩＥＥＥＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅＬｅｔｔｅｒｓ，１８，６０６（１９９７）．Ｙ．Ｈ−Ｗ．Ｗａｎｇ，Ｈ．−Ｌ．Ｃｈｅｎｇ，Ｙ．−Ｋ．Ｗａｎｇ，Ｔ．−Ｈ．Ｈｕ，Ｊ．−Ｃ．Ｈｏ，Ｃ．−Ｃ．Ｌｅｅ, Ｔ．−Ｆ．Ｌｅｉ，Ｃ．−Ｆ．Ｙｅｈ，Ｔｈｉｎ．Ｓｏｌｉｄ．Ｆｉｌｍｓ，４６７，２１５（２００４）．

前述のように、大気下にて安定的に駆動する有機トランジスタを提供することが課題となっていた。

本発明者らでもある岡本と前田は、上記半導体材料とは別に、溶液中で安定であり、かつバンドギャップの広いチエノチオフェン骨格を特徴とする新規有機半導体材料、ジナフト［１，２−ｂ：１’，２’−ｆ］チエノ［３，２−ｂ］チエノチオフェンを開発し特許出願した。(特願２００９-１０６３８７)

そして、本発明者らは、その新規有機半導体材料であるジナフト［１，２−ｂ：１’，２’−ｆ］チエノ［３，２−ｂ］チエノチオフェン誘導体を少なくとも一種含有している有機トランジスタを作製し、大気中でも安定駆動することを見出し、本発明を完成するにいたった。

すなわち、第１発明は、下記の化学式［化１］で示されるような、チエノチオフェン骨格を有する有機化合物を含有することを特徴とする有機トランジスタである。
［化１］

ただし、化学式［化１］中の置換基Ｒ^１からＲ^１２は、水素原子及びハロゲン原子、アリール基、複素環基、アルキル基、フルオロアルキル基、アルケニル基、フルオロアルケニル基、アルキニル基、フルオロアルキニル基、アルコキシル基、フルオロアルコキシル基、アミノ基、アミド基、イミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エステル基、ニトロ基、ニトリル基、スルフィド基、メルカプト基、スルホニル基、シリル基のうち、少なくとも一つを含んでいるものである。

前述のように、化学式［化１］の正式名は、ジナフト［１，２−ｂ：１’，２’−ｆ］チエノ［３，２−ｂ］チエノチオフェンであるが、以下１，２−ＤＮＴＴとする。

化学式［化１］中の置換基Ｒ^１からＲ^１２の好ましい例は、水素原子、フッ素原子、アリール基、複素環基、アルキル基、フルオロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、フルオロアルコキシル基、アミノ基である。

置換基Ｒ^１からＲ^１２における、ハロゲン原子はフッ素、塩素、臭素、ヨウ素であり、好ましい例はフッ素原子である。

置換基Ｒ^１からＲ^１２における、アリール基は特に限定されず、例えば、フェニル基、ｐ−トリル基、ｐ−フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、ｐ−（トリフルオロメチル）フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基、（ジフェニルアミノ）フェニル基などが挙げられる。

置換基Ｒ^１からＲ^１２における、複素環基は特に限定されず、２−チエニル基、５−（ｎ−オクチル）−２−チエニル基、２−ベンゾチエニル基、２−フリル基、１−メチル−２−ピロリル基、２−ピリジル基、２−ビピリジル基などが挙げられる。

置換基Ｒ^１からＲ^１２における、アルキル基は特に限定されず、直鎖型、分岐型、環状型のアルキル基であり、例えば、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−ノニル基、ｎ−デシル基、ｎ−ウンデシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−トリデシル基、イソプロピル基、t−ブチル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、アダマンチル基などが挙げられ、フルオロアルキル基は特に限定されず、トリフルオロメチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロドデシル基などが挙げられる。

置換基Ｒ^１からＲ^１２における、アルケニル基は特に限定されず、例えば、エテニル基、メチルエテニル基、（ｎ−オクチル）エテニル基、フェニルエテニル基、ナフチルエテニル基、ビフェニルエテニル基、ターフェニルエテニル基、パーフルオロフェニルエテニル基などが挙げられる。

置換基Ｒ^１からＲ^１２における、アルキニル基は特に限定されず、例えば、エチニル基、メチルエチニル基、（ｎ−オクチル）エチニル基、フェニルエチニル基、ナフチルエチニル基、ビフェニルエチニル基、ターフェニルエチニル基、パーフルオロフェニルエチニル基などが挙げられる。

置換基Ｒ^１からＲ^１２における、アルコキシル基は特に限定されず、例えば、ｎ−ブトキシ基、ｎ−ペンチロキシ基、ｎ−ヘキシロキシ基、ｎ−ヘプトキシ基、ｎ−オクチロキシ基、ｎ−ノニロキシ基、ｎ−デシロキシ基、ｎ−ウンデシロキシ基、ｎ−ドデシロキシ基、ｎ−トリデシロキシ基、イソプロポキシ基、ｔ−ブチロキシ基、シクロプロポキシ基、シクロペンチロキシ基などが挙げられ、フルオロアルコキシ基は特に限定されず、トリフルオロメトキシ基、パーフルオロオクチロキシ基、パーフルオロドデシロキシ基などが挙げられる。

置換基Ｒ^１からＲ^１２における、アミノ基は特に限定されず、例えば、ジフェニルアミノ基、ジ（ｐ−トリル）アミノ基、ジナフチルアミノ基、ジチエニルアミノ基、ジピリジルアミノ基などが挙げられる。

続いて第２発明は、化学式［化１］中のＲ^ｎ、Ｒ^ｎ＋６が水素原子以外の同一の置換基であるチエノチオフェン骨格を有する有機化合物を含有することを特徴とする第１発明の有機トランジスタである。

第２発明に記載の有機トランジスタに使用される有機半導体材料は、後述する化合物Ｅのｎ＋２、（ｎ＋２）’位に置換基を有する化合物を用いることにより、容易に合成することができるが、合成方法は特に限定されるものではない。なお、化合物Ｅのｎ＋２、（ｎ＋２）’位とは、［化３］に示すような位置番号である。ここで、ｎは１以上６以下の整数である。

［化３］

置換基Ｒ^ｎ、Ｒ^ｎ＋６は、ハロゲン原子、アリール基、複素環基、アルキル基、フルオロアルキル基、アルケニル基、フルオロアルケニル基、アルキニル基、フルオロアルキニル基、アルコキシル基、フルオロアルコキシル基、アミノ基、アミド基、イミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エステル基、ニトロ基、ニトリル基、スルフィド基、メルカプト基、スルホニル基、シリル基であり、好ましい例は、フッ素原子、アリール基、複素環基、アルキル基、フルオロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基である。

本発明の有機トランジスタを製作する際、有機半導体材料は、主として薄膜の形態で用いられるが、その薄膜作製法として、ウェットプロセスとドライプロセスどちらを使用してもよい。

ここで言うウェットプロセスとは、スピンコート法、ディップコート法、バーコート法、スプレーコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、平板印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法などを示しており、これら公知の方法が利用できる。

ここで言うドライプロセスとは、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、レーザー蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、気相輸送成長法などを示しており、これら公知の方法が利用できる。

ウェットプロセスを適応する場合には、有機半導体材料を溶液にする必要があるが、その際の溶媒は特に限定はなく、例えば、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族ハロゲン系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラクロロエタンなどの脂肪族ハロゲン系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル系溶媒、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレンなどの炭化水素系溶媒、酢酸エチル、γ一ブチルラクトンなどのエステル系溶媒、Ｎ,Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒、シクロヘキサノン、アセトンのようなケトン系溶媒、イソプロピルアルコール、エタノール、シクロヘキサノールなどのアルコール系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は、一種類もしくは二種類以上の混合物を用いても良い。

本発明の有機トランジスタには、電極が使用されるが、その導電性材料としては特に限定はなく、例えば、金、銅、銀、ニッケル、クロム、鉄、スズ、アルミニウム、インジウム、パラジウム、ゲルマニウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、マンガン、チタン、リチウム、亜鉛、タングステン、モリブデン、酸化スズ、酸化インジウム、銀ペースト、カーボンペースト、ＩＴＯ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどが挙げられる。これらの電極は、一種類もしくは二種類以上の混合物を用いても良い。

本発明の有機トランジスタには、ゲート絶縁膜が使用されるが、その絶縁膜としては特に限定はなく、ポリメチルメタクリレート、パリレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルランのような有機絶縁膜や、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどの無機絶縁膜を用いることができる。

本発明のトランジスタにおいて、有機半導体層は、ドーピング処理を施されていてもよい。ドーパントとしては、ドナー性のドーパントとアクセプター性のドーパントを用いることができる。ドナー性のドーパントとしては、有機半導体に、電子を供与できる化合物であれば、好適に用いる事ができる。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属や、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属。イットリウム、ランタン、ユーロピウム、などの希土類金属。テトラアルキルアンモニウム、テトラアルキルホスホニウムなどのカチオンが挙げられる。

アクセプター性のドーパントとしては、有機半導体から、電子を取り去ることができる化合物であれば好適に用いる事ができる。例えば、塩素、臭素、ヨウ素、塩化ヨウ素、臭化ヨウ素などのハロゲン化合物。五フッ化リン、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素などのルイス酸、フッ化水素、硫酸、硝酸などのプロトン酸、酢酸、ギ酸、アミノ酸などの有機酸。三塩化鉄、四塩化チタン、四塩化ジルコニウム、五フッ化タングステン、六塩化タングステンなどの遷移金属化合物塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、スルホン酸アニオンなどの電解質アニオンなどが挙げられる。

また、本発明の有機トランジスタは、物理的損傷から保護するために、有機トランジスタの全面あるいは一部に保護層を設けることもできる。保護層を形成する材料としては、特に限定はなく、ポリメチルメタクリレート、パリレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルランのような有機化合物や、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどの無機化合物を用いることができる。

本発明によれば、大気安定性に優れた有機トランジスタを提供することが可能となる。すなわち、第１発明によれば、大気中で安定な有機トランジスタを提供する。これにより、成膜後に行う封止の目的は、主として物理的な損傷から保護することとなるため、製造コスト低減に寄与する。また、性能面においても、外部の雰囲気の影響を受けにくくなるため、これまで大気の影響によって引き起こされていた、特性のバラツキが低減できる。第２発明によれば、電気特性に優れ、大気中で安定な有機トランジスタを提供することができる。そして、本発明の有機トランジスタは、例えば、液晶表示素子、有機電界発光素子、電子ペーパー、各種センサー、ＩＣタグなどに使用することができるようになる。

図１は、試作したＴＯＰコンタクト型ＦＥＴ素子の構造図である。図２は、単結晶貼り付けによる有機トランジスタの模式図である。図３は、真空蒸着法による有機トランジスタの模式図である。図４は、１，２−ＤＮＴＴ単結晶でトランジスタのＩ_ｄ，Ｉ_ｄ ^１／２−Ｖ_ｇ曲線である。図５は、１，２−ＤＮＴＴ単結晶でトランジスタのＩ_ｄ−Ｖ_ｄ曲線である。図６は、基板温度２５℃にて、真空蒸着したＴＯＰコンタクト型素子のトランジスタの真空下でのＩ_ｄ，Ｉ_ｄ ^１／２−Ｖ_ｇ曲線である。図７は、基板温度２５℃にて、真空蒸着したＴＯＰコンタクト型素子のトランジスタの真空下でのＩ_ｄ−Ｖ_ｄ曲線である。図８は、基板温度２５℃にて、真空蒸着したＴＯＰコンタクト型素子のトランジスタの大気下でのＩ_ｄ，Ｉ_ｄ ^１／２−Ｖ_ｇ曲線である。図９は、基板温度２５℃にて、真空蒸着したＴＯＰコンタクト型素子のトランジスタの大気下でのＩ_ｄ−Ｖ_ｄ曲線である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明はこれに限定するものではない。

［化１］に含まれる有機半導体化合物の合成工程を［化２］に示す。

［化２］

化合物Ａの合成
窒素雰囲気下、１Ｌ四つ口フラスコに１−ブロモ−２−ナフトール５０．６ｇ（２２．７ｍｍｏｌ）、トリエチルアミン６３ｍｌ、塩化メチレン２５０ｍｌを加え、氷水冷却下でその溶液にトリフルオロメタンスルホン酸無水物
７５．９ｇ（２６９ｍｍｏｌ）の塩化メチレン（８０ｍｌ）溶液を約１時間かけて滴下し、滴下後室温で４時間撹拌した。反応終了後、反応溶液を５％炭酸水素ナトリウム水溶液、１０％食塩水の順で洗浄し、その有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮した。得られた粗体をカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物Ａを得た。
以下に化合物Ａの^１Ｈ−ＮＭＲおよび^１３Ｃ−ＮＭＲの測定結果を示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｈ７．４３（ｄ，１Ｈ），７．６１（ｄｄｄ，１Ｈ），７．６９（ｄｄｄ，１Ｈ），７．８８（ｄ，２Ｈ），８．３２（ｄ，
１Ｈ）．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｃ１１６．２，１１９．９，１２７．７，１２７．８，１２８．３，１２８．８，１２９．０，１２９．７，１３２．７，
１３３．０，１４５．１．

化合物Ｂの合成
窒素雰囲気下、２００ｍｌ四つ口フラスコに化合物Ａ２０ｇ（５６．３ｍｍｏｌ）、トリエチルアミン２００ｍｌ、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム１．２５ｇ（１．０８ｍｍｏｌ）、ヨウ化銅（Ｉ）
２１８ｍｇ（１．１４ｍｍｏｌ）を加え、トリメチルシリルアセチレン９．４ｍｌ（６７．９ｍｍｏｌ）を加え、４０ ℃で４８時間撹拌した。
反応終了後、反応溶液にトルエンを加え、１０％食塩水で洗浄し、その有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮した。
得られた粗体をカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物Ｂを得た。以下に、化合物Ｂの^１Ｈ−ＮＭＲおよび^１３Ｃ−ＮＭＲの測定結果を示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｈ０．３（ｄ，９Ｈ），７．４９（ｄ，
１Ｈ），７．５０（ｄｄｄ，１Ｈ），７．５８（ｄｄｄ，１Ｈ），７．７０（ｄ，１Ｈ），７．７７（ｄ，１Ｈ），８．２８（ｄ，１Ｈ）．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｃ −０．１，１００．５，１０４．３，１２３．３，１２６．８，１２７．２，１２７．３，１２７．８，
１２７．９，１２８．１，１２９．２，１３２．２，１３３．７

化合物Ｃの合成
窒素雰囲気下、５００ｍｌナスフラスコに化合物Ｂ３０ｇ（９８．９ｍｍｏｌ）、メタノール１５０ｍｌ、炭酸カリウム１．３７ｇ（９．９１ｍｍｏｌ）を加え、室温で２時間撹拌した。反応終了後、反応溶液にトルエンを加え、１０
％食塩水で洗浄し、その有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮した。得られた粗体をカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物Ｃを得た。
以下に化合物Ｃの^１Ｈ−ＮＭＲおよび^１３Ｃ−ＮＭＲの測定結果を示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｈ３．５０（ｓ，１Ｈ），７．５３（ｄ，１Ｈ），７．５１−７．５５（ｍ，１Ｈ），７．６１（ｄｄｄ，１Ｈ），７．７４（ｄ，１Ｈ），７．８０（ｄ，１Ｈ），８．２９（ｄ，１Ｈ）．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｃ８２．５，８３．２，１２２．３，１２６．８，１２７．４，１２７．５，１２７．９，１２８．０，１２８．２，１２９．３，１３２．１，１３３．９

化合物Ｄの合成
窒素雰囲気下、１Ｌ四つ口フラスコに化合物Ａ２９ｇ（８１．７ｍｍｏｌ）、ＤＭＦ１８０ｍｌ、トリエチルアミン７０ｍｌ、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム
１．４１ｇ（１．２２ｍｍｏｌ）、ヨウ化銅（Ｉ）２３２ｍｇ（１．２２ｍｍｏｌ）を加え、５０℃まで加熱し化合物Ｃ１７．９ｇ（７７．４ｍｍｏｌ）のＤＭＦ１８０ｍｌ溶液を約４時間かけて滴下し、滴下後１０時間撹拌した。反応終了後、反応溶液にトルエンを加え、１０％食塩水で洗浄し、その有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮した。得られた粗体をカラムクロマトグラフィーと熱洗浄で精製し、化合物Ｄを得た。
以下に化合物Ｄの^１Ｈ−ＮＭＲおよび^１３Ｃ−ＮＭＲの測定結果を示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｈ７．５５（ｄｄｄ，２Ｈ），７．６２（ｄｄｄ，２Ｈ），７．６９（ｄ，２Ｈ），７．８０（ｄ，２Ｈ），７．８３(ｄ，２Ｈ)，８．３４(ｄ，２Ｈ)．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｃ９４．５，１２３．３，１２６．７，１２７．４，１２７．５，１２７．９，１２８．０，１２８．２，１２９．２，１３２．３，１３３．９．

化合物Ｅの合成
窒素雰囲気下、１Ｌ四つ口フラスコに化合物Ｄ
７．０ｇ（１６．１ｍｍoｌ）、ＴＨＦ５００ｍｌを加え、−７０℃まで冷却後２．６９Ｍブチルリチウムのヘキサン溶液（１３．１ｍｌ）を加え、１時間撹拌した。撹拌後、硫黄粉末
１．０３ｇ（３２．１ｍｍｏｌ）を加え、徐々に−２０℃まで昇温させた。−２０℃でヨードメタン２．５ｍｌ（４０．１ｍｍｏｌ）を加え、室温まで昇温した。反応終了後、反応溶液に７％希塩酸（２００ｍｌ）とトルエンを加え、５％炭酸水素ナトリウム水溶液、１０％食塩水の順で洗浄し、その有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮した。得られた粗体をカラムクロマトグラフィーと再結晶で精製し、化合物Ｅを得た。
以下に化合物Ｅの^１Ｈ−ＮＭＲおよび^１３Ｃ−ＮＭＲの測定結果を示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｈ２．６３(ｓ，６Ｈ)，
７．５２(ｄｄｄ，２Ｈ)，７．６１(ｄｄｄ，２Ｈ)，７．７３(ｄ，２Ｈ)，７．８０(ｄ，２Ｈ)，
７．８３(ｄ，２Ｈ)，８．７４(ｄ，２Ｈ)．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）：
δ_Ｃ９５．０，１２６．７，１２６．８，１２７．２，１２７．３，１２８．４，１２８．６，１２９．５，
１３３．５，１３４．７，１３７．２．

化合物Ｆの合成
窒素雰囲気下、３０ｍｌ三つ口フラスコに化合物Ｅを２００ｍｇ（０．５６ｍｍｏｌ）、クロロホルム
１．５ｍｌ、ヨウ素２８．８ｇ（１１．３ｍｍｏｌ）を加え、２４時間還流させた。反応溶液を５％チオ硫酸ナトリウム水溶液、１０％食塩水の順で洗浄し、その有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮した。得られた粗体をカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物Ｆを得た。
以下に化合物Ｆの^１Ｈ−ＮＭＲとＩＲおよびＭＳの測定結果を示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_２ＣＤＣｌ_２）：
δ_Ｈ７．５４(ｔ，２Ｈ)，７．６２(ｔ，２Ｈ)，７．８６(ｄ，２Ｈ)，７．９６(ｄ，２Ｈ)，７．９７(ｄ，２Ｈ)，８．１６(ｄ，２Ｈ)．
ＩＲ（ＫＢr）：３０２２，１８９０，１６１２，１５８９，１５１４，１４３１，１３７９，１３２１，１２５５，１１３７，１０５６，９８３，８０６，７４４，６６５，５３８ｃｍ^−１．
Ｍａｓｓ（ｍ／ｚ，％）３４０（１００）（Ｍ^＋），１７０（４０）．

有機半導体材料を有機トランジスタの半導体層に使用して、その基本的な特性を評価する場合には、多結晶やアモルファス状態の薄膜として使用するよりも、単結晶の薄膜を用いて評価する方が、欠陥が少ないために、材料本来のポテンシャルを評価することができると考えられている。そこで、本実施例では、１，２−ＤＮＴＴ誘導体の少なくとも一種の単結晶を含有している有機トランジスタを試作し、その性能を評価した。続いて、１，２−ＤＮＴＴ誘導体の少なくとも一種を含む有機トランジスタを蒸着法で試作し、その性能を評価するとともに単結晶での性能と比較した。また、蒸着法で作製した有機トランジスタは真空下および大気下で、その性能を評価し、それらを比較した。

<ＰＶＴ法による単結晶の作製>
１，２−ＤＮＴＴ〔化合物Ｆ〕を２７０℃に加熱しながら、Ａｒガスをキャリアガスとして６０ｍｌ／ｍｉｎの流速で流し、結晶析出部分の温度を２２０℃にすることで、１，２−ＤＮＴＴの単結晶サンプル(薄片状)を作製した。

〈有機トランジスタの作製(単結晶貼り付け)〉
上記方法で作製した薄片状の単結晶１，２−ＤＮＴＴを用いて、図１に示すＴＯＰコンタクト型ＦＥＴ構造のデバイスを作製した。具体的には、厚さ２１０ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成したシリコンウェハーにポリスチレン〔ＰＳ〕のトルエン溶液（３ｗｔ％）を大気下にてスピンコート（回転数２０００ｒｐｍ、３０ｓｅｃ)し、窒素雰囲気下にて７０℃で一晩続けて、１００℃で３時間熱処理をおこなうことでＰＳの絶縁膜を作製した。

１，２−ＤＮＴＴの薄片状の単結晶を貼り付け、ソース・ドレイン電極として、結晶の両端にカーボンペーストを塗布したＴＯＰコンタクト型素子を作製し、評価をおこなった。この単結晶貼り付けによる有機トランジスタの模式図を図２に示す。
その結果、真空中にて測定した電界効果移動度は、電界効果移動度は１．４ｃｍ^２Ｖ^-１ｓ^-1でＯｎ／Ｏｆｆ電流比は１０^２であった。測定結果を図４及び図５に示す。

〈有機トランジスタの作製(真空蒸着)〉
厚さ２１０ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成し、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理したシリコンウェハ上に、基板温度２５℃にて、１，２−ＤＮＴＴ〔化合物Ｆ)を真空蒸着し、その上から、ソース・ドレイン電極となる金を電子ビーム法にて８０ｎｍ蒸着することで、ＴＯＰコンタクト型素子を作製し、評価をおこなった。この真空蒸着法による有機トランジスタの模式図を図３に示す。
その結果、真空中にて測定した電界効果移動度は、２．３×１０^−３ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、Ｏｎ／Ｏｆｆ電流比は、１０^２であった。測定結果を図６及び図７に示す。

また、同様にして真空蒸着により作製したＴＯＰコンタクト型素子特性を大気中にて評価した結果、電界効果移動度は、１．９×１０^−３ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、Ｏｎ／Ｏｆｆ電流比は、１０^２であった。
測定結果を図８及び図９に示す。

蒸着時の基板温度を６０℃に変えた以外は、上記と同様にして作製したＴＯＰコンタクト型素子の評価をした結果、真空中にて測定した電界効果移動度は、１．３×１０^−３ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、Ｏｎ／Ｏｆｆ電流比は、１０^２であった。

本発明の有機トランジスタを用いると、有機半導体材料が大気に晒されることを気にする必要がなくなる。成膜後におこなう封止は、主として物理的な損傷から保護することを考えればよく、製造コスト低減に寄与する。また、性能面においても、雰囲気の影響を受けにくくなるため、これまで大気の影響によって引き起こされていた性能のバラツキが低減できる。このため産業上特に有用な有機トランジスタであって、今後広くこの分野で使用することが期待される。

１ＴＯＰコンタクト型ＦＥＴ素子
２ＯｒｇａｎｉｃＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
１１Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ
１２Ｇａｔｅ
１３Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
１４Ｓｏｕｒｃｅ
１５Ｄｒａｉｎ
１６ＳｕｒｆａｃｅＴｒｅａｔｍｅｎｔＭａｔｅｒｉａｌ

Claims

下記の化学式［化１］で示されるような、チエノチオフェン骨格を有する有機化合物を含有することを特徴とする有機トランジスタ。
［化１］

ただし、化学式［化１］中の置換基Ｒ^１からＲ^１２は、水素原子及びハロゲン原子、アリール基、複素環基、アルキル基、フルオロアルキル基、アルケニル基、フルオロアルケニル基、アルキニル基、フルオロアルキニル基、アルコキシル基、フルオロアルコキシル基、アミノ基、アミド基、イミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エステル基、ニトロ基、ニトリル基、スルフィド基、メルカプト基、スルホニル基、シリル基のうち、少なくとも一つを含んでいる。
化学式［化１］中のＲ^ｎ、Ｒ^ｎ＋６が水素原子以外の同一の置換基であるチエノチオフェン骨格を有する有機化合物を含有することを特徴とする請求項１の有機トランジスタ。