JP5913108B2 - Organic semiconductor material, field effect transistor, and method for manufacturing the same - Google Patents

Organic semiconductor material, field effect transistor, and method for manufacturing the same Download PDF

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Description

本発明は、有機薄膜半導体材料を塗布又は印刷し、乾燥して得られる有機薄膜を含む電界効果トランジスタおよびその製造方法、並びにそれらに用いる有機半導体材料に関する。更に詳しくは、本発明は有機複素環式化合物と特定の添加物からなる半導体材料から得られた電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect transistor including an organic thin film obtained by applying or printing an organic thin film semiconductor material and drying it, a method for manufacturing the same, and an organic semiconductor material used therefor. More specifically, the present invention relates to a field effect transistor obtained from a semiconductor material comprising an organic heterocyclic compound and a specific additive, and a method for producing the same.

電界効果トランジスタは、一般に、基板上の半導体材料にソース電極、ドレイン電極、及びこれらの電極と絶縁体層を介してゲート電極等を設けた構造から成る。現在、電界効果トランジスタには、シリコンを中心とする無機系の半導体材料が使用されており、特にアモルファスシリコンを用いて、ガラス等の基板上に作成された薄膜トランジスタはディスプレイ等に利用されており、論理回路素子として集積回路にも使用されるほか、スイッチング素子等にも幅広く用いられている。最近、半導体材料に酸化物半導体を用いた検討が盛んに行なわれているが、このような無機系の半導体材料を用いた場合は、電界効果トランジスタの製造時に高温や真空で処理する必要があり、用いる基板としては耐熱性に劣るフィルムやプラスチック等を利用する事が出来ず、また高額な設備投資や、製造に多くのエネルギーを要するため、コストが非常に高いものとなり、その応用範囲が非常に制限されている。   A field effect transistor generally has a structure in which a semiconductor material on a substrate is provided with a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode and the like via these electrodes and an insulator layer. At present, inorganic semiconductor materials centering on silicon are used for field-effect transistors, and thin film transistors created on substrates such as glass using amorphous silicon are used for displays, etc. In addition to being used in integrated circuits as logic circuit elements, it is also widely used in switching elements and the like. Recently, active studies have been made on the use of an oxide semiconductor as a semiconductor material. However, when such an inorganic semiconductor material is used, it is necessary to process the field effect transistor at a high temperature or in a vacuum. As a substrate to be used, films and plastics with poor heat resistance cannot be used, and expensive capital investment and production require a lot of energy, which makes the cost very high and its application range is very Is limited to.

一方、電界効果トランジスタの製造時に高温処理を必要としない有機半導体材料を用いた電界効果トランジスタの開発も盛んに行われている。有機半導体材料にも適用出来れば、低温プロセスで電界効果トランジスタの製造が可能になり、使用可能な基板材料の範囲が拡大される。その結果、よりフレキシブルで、且つ軽量で、壊れにくい電界効果トランジスタの作製が可能となる。また、電界効果トランジスタの作製工程において、有機半導体材料を含有する溶液を塗布したり、インクジェット等による印刷方法により、大面積の電界効果トランジスタを低コストで製造することも可能である。   On the other hand, field effect transistors using organic semiconductor materials that do not require high-temperature treatment when manufacturing the field effect transistors have been actively developed. If it can be applied to organic semiconductor materials, it becomes possible to manufacture field effect transistors by a low temperature process, and the range of usable substrate materials is expanded. As a result, it becomes possible to manufacture a field effect transistor that is more flexible, lightweight, and less likely to break. In the field effect transistor manufacturing process, a large-area field effect transistor can be manufactured at a low cost by applying a solution containing an organic semiconductor material or by a printing method such as inkjet.

しかしながら、従来は、半導体材料に用いられた多くの有機半導体材料が有機溶媒に難溶であるため、塗布や印刷等の安価な手法を用いることができず、比較的コストの高い真空蒸着法等で半導体の基板上に薄膜を形成させる必要があった。現在、有機溶媒に溶解し、塗布法で製膜、電界効果トランジスタを作成し、比較的高いキャリア移動度を有するデバイスが得られるようになってきているが、塗布または印刷プロセスを用いて、移動度が高く且つ耐久性に優れた有機半導体を用いた電界効果トランジスタは実用化されておらず、各トランジスタ適性を向上するための開発は盛んに行われている。   However, conventionally, many organic semiconductor materials used for semiconductor materials are hardly soluble in organic solvents, so that inexpensive methods such as coating and printing cannot be used, and relatively expensive vacuum deposition methods, etc. Therefore, it was necessary to form a thin film on a semiconductor substrate. Currently, devices that have a relatively high carrier mobility can be obtained by dissolving in an organic solvent, forming a film using a coating method, creating a field effect transistor, and moving using a coating or printing process. A field effect transistor using an organic semiconductor having a high degree of durability and excellent durability has not been put into practical use, and development for improving the suitability of each transistor has been actively conducted.

シリコン等の無機系材料を用いた半導体素子は、一般に、膜中のキャリア密度の増減を目的に有機半導体層に酸素、水素等の酸化性あるいは還元性の気体、または酸化性あるいは還元性の液体等で処理され、酸化または還元による特性変化を誘起する必要がある。これは、微量の元素、原子団、分子、高分子を半導体層に加えることにより、半導体層中のキャリア密度が増減し、半導体特性である電気伝導度、キャリア極性(p型−n型変換)、フェルミ準位、等を変化させる手法であり、例えば、酸素及び水素等のガスを接触させたり、酸やルイス酸等を含む溶液に浸したり、ヨウ素等のハロゲン原子、またはナトリウム、カリウム等の金属原子等を電気化学的に処理する無機化合物による処理方法、さらには電子受容性あるいは電子供与性の有機化合物で予め処理する方法等が知られている。これらの処理は、半導体層の作製前後の半導体層形成以外の工程で行われたり、真空蒸着法により共蒸着したり、半導体層作製時の雰囲気中に混合したり、イオンを真空中で加速して半導体層に衝突させる等の手法が一般に用いられる。   In general, a semiconductor element using an inorganic material such as silicon is generally an oxidizing or reducing gas such as oxygen or hydrogen, or an oxidizing or reducing liquid in an organic semiconductor layer for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the film. It is necessary to induce a change in properties due to oxidation or reduction. This is because by adding a small amount of elements, atomic groups, molecules, and polymers to the semiconductor layer, the carrier density in the semiconductor layer increases or decreases, and the electrical conductivity and carrier polarity (p-type-n-type conversion), which are semiconductor characteristics, , Fermi level, etc., for example, by contacting gas such as oxygen and hydrogen, soaking in a solution containing acid or Lewis acid, halogen atoms such as iodine, or sodium, potassium, etc. A treatment method using an inorganic compound that electrochemically treats metal atoms and the like, and a method of treating in advance with an electron-accepting or electron-donating organic compound are known. These treatments are performed in processes other than the formation of the semiconductor layer before and after the production of the semiconductor layer, co-evaporated by a vacuum deposition method, mixed in the atmosphere at the time of semiconductor layer production, or ions are accelerated in vacuum. In general, a technique such as collision with a semiconductor layer is used.

特許文献1にはベンゾセレノ[3,2−b][1]ベンゾセレノフェン及びベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンのアルキル誘導体を用いた電界効果トランジスタが開示されている。   Patent Document 1 discloses a field effect transistor using an alkyl derivative of benzoseleno [3,2-b] [1] benzoselenophene and benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene.

特許文献2にはベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンのアルキル誘導体と特定の溶解度パラメーターを有する高分子化合物の混合液を用いた電界効果トランジスタが開示されている。   Patent Document 2 discloses a field effect transistor using a mixed liquid of an alkyl derivative of benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene and a polymer compound having a specific solubility parameter.

特許文献3にはベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンのアルキル誘導体と高分子材料を含む材料を用いた電界効果トランジスタが開示されている。   Patent Document 3 discloses a field effect transistor using a material containing an alkyl derivative of benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene and a polymer material.

特許文献4にはペンタセン薄膜にヨウ素や金属を接触させることによって電流値を増幅させる技術が開示されている。   Patent Document 4 discloses a technique for amplifying a current value by bringing iodine or a metal into contact with a pentacene thin film.

特許文献5にはポリアセン化合物と過剰のヨウ素やブチルリチウムとを混合した溶液を塗布乾燥させた薄膜を用いることで電気伝導度を改善させる技術が開示されている。   Patent Document 5 discloses a technique for improving electrical conductivity by using a thin film obtained by applying and drying a solution obtained by mixing a polyacene compound and excess iodine or butyl lithium.

特許文献6には電子受容性又は電子供与性の化合物を予め塗布した後に、高分子半導体を積層することで閾値電圧を変化させる技術が開示されている。   Patent Document 6 discloses a technique for changing a threshold voltage by applying an electron-accepting or electron-donating compound in advance and then laminating a polymer semiconductor.

非特許文献1には、ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンのアルキル誘導体を用いた電界効果トランジスタが開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses a field effect transistor using an alkyl derivative of benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene.

非特許文献2には、ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンのアルキル誘導体を用いて、表面選択析出法により作成した電界効果トランジスタが開示されている。   Non-Patent Document 2 discloses a field effect transistor prepared by a surface selective deposition method using an alkyl derivative of benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene.

国際公開第2008/047896号国際公開パンフレットInternational Publication No. 2008/047896 International Publication Pamphlet 日本国公開特許公報「特開2009−267372号公報」Japanese Patent Publication “JP 2009-267372 A” 日本国公開特許公報「特開2009−283786号公報」Japanese Patent Publication “JP 2009-283786 A” 日本国公開特許公報「特開平5−55568号公報」Japanese Patent Publication “JP-A-5-55568” 日本国特許「第4219807号公報」Japanese Patent No. 4219807 日本国公開特許公報「特開2009−266865号公報」Japanese Patent Publication “JP 2009-266865 A”

J.Am.Chem.Soc.2007,129,15732.J. et al. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15732. Applied Physics Letters,94,93307(2009).Applied Physics Letters, 94, 93307 (2009).

本発明は高いキャリア移動度を維持しつつ、閾値電圧の低減等の半導体特性を改善できるだけでなく、少ない工程で均一性の高い薄膜形成が可能な印刷適性を備えた優れた電界効果トランジスタを提供することを目的とする。   The present invention provides an excellent field effect transistor having not only improved semiconductor characteristics such as a reduction in threshold voltage while maintaining high carrier mobility, but also has printability capable of forming a highly uniform thin film with fewer steps. The purpose is to do.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、半導体材料として特定の有機複素環式化合物及び特定の置換基を有する電子受容性材料とを有機溶媒中に混合した有機半導体材料を用いた電界効果トランジスタを形成した場合に、高いキャリア移動度を維持しつつ、閾値電圧の低減等の半導体特性を改善できるだけでなく、少ない工程で均一性の高い薄膜形成が可能な印刷適性を備えた実用的な電界効果トランジスタを提供出来ることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have obtained an organic semiconductor material obtained by mixing a specific organic heterocyclic compound and an electron-accepting material having a specific substituent as a semiconductor material in an organic solvent. When the field effect transistor used is formed, not only can the semiconductor characteristics such as the reduction of the threshold voltage be improved while maintaining high carrier mobility, but also the printability capable of forming a highly uniform thin film with fewer steps. The present inventors have found that a practical field effect transistor can be provided, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、
(1)下記式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物を、少なくとも1種類の有機溶媒に溶解及び/又は分散してなる有機半導体材料
That is, the present invention
(1) An organic semiconductor material obtained by dissolving and / or dispersing a compound represented by the following formula (1) and an electron-accepting compound having a cyano group in at least one organic solvent

Figure 0005913108
Figure 0005913108

(式(1)中、R及びRはそれぞれ独立に無置換またはハロゲノ置換C1−C36脂肪族炭化水素基を表す)、
に関する。
(In formula (1), R 1 and R 2 each independently represents an unsubstituted or halogeno-substituted C1-C36 aliphatic hydrocarbon group),
About.

上記式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物が少なくとも1種類の有機溶媒に溶解及び/又は分散してなる有機半導体材料を用いて、電界効果トランジスタを形成した場合に、高いキャリア移動度を維持しつつ、閾値電圧の低減等の半導体特性を改善できるだけでなく、少ない工程で均一性の高い薄膜形成が可能な優れた印刷適性を備えた実用的な電界効果トランジスタを提供することが出来る。   When a field effect transistor is formed using an organic semiconductor material in which a compound represented by the above formula (1) and an electron-accepting compound having a cyano group are dissolved and / or dispersed in at least one organic solvent. A practical field-effect transistor with excellent printability that can not only improve semiconductor characteristics such as threshold voltage reduction while maintaining high carrier mobility, but also can form highly uniform thin films with fewer steps. Can be provided.

A〜Dは、本発明の電界効果トランジスタの構造の一例を示す概略図である。 AD is the schematic which shows an example of the structure of the field effect transistor of this invention.

本発明を詳細に説明する。本発明は特定の有機複素環式化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物が少なくとも1種類の有機溶媒に溶解及び/又は分散してなる有機半導体材料並びにそれらを用いた電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention will be described in detail. The present invention relates to an organic semiconductor material in which a specific organic heterocyclic compound and an electron-accepting compound having a cyano group are dissolved and / or dispersed in at least one organic solvent, a field effect transistor using them, and a method for producing the same About.

先ず、上記式(1)で表される化合物について説明する。上記式(1)中、R及びRはそれぞれ独立に無置換またはハロゲノ置換C1−C36脂肪族炭化水素基を表す。脂肪族炭化水素基は、飽和又は不飽和の直鎖、分岐鎖又は環状の脂肪族炭化水素基であり、好ましくは直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基であり、さらに好ましくは直鎖の脂肪族炭化水素基である。炭素数は通常C1−C36であり、好ましくはC2−C24、より好ましくはC4−C20、さらに好ましくはC6−C12である。First, the compound represented by the formula (1) will be described. In the above formula (1), R 1 and R 2 each independently represents an unsubstituted or halogeno-substituted C1-C36 aliphatic hydrocarbon group. The aliphatic hydrocarbon group is a saturated or unsaturated linear, branched or cyclic aliphatic hydrocarbon group, preferably a linear or branched aliphatic hydrocarbon group, more preferably a linear It is an aliphatic hydrocarbon group. Carbon number is C1-C36 normally, Preferably it is C2-C24, More preferably, it is C4-C20, More preferably, it is C6-C12.

直鎖又は分岐鎖の飽和脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、iso−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、iso−ペンチル、t−ペンチル、sec−ペンチル、n−ヘキシル、iso−ヘキシル、n−ヘプチル、sec−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、sec−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、n−ヘキサデシル、n−ヘプタデシル、n−オクタデシル、n−ノナデシル、n−エイコシル、ドコシル、n−ペンタコシル、n−オクタコシル、5−(n−ペンチル)デシル、ヘネイコシル、トリコシル、テトラコシル、ヘキサコシル、ヘプタコシル、ノナコシル、n−トリアコンチル、ドトリアコンチル、ヘキサトリアコンチル等が挙げられる。また、環状の飽和脂肪族炭化水素基の具体例としては、シクロヘキシル、シクロペンチル、アダマンチル、ノルボルニル等が挙げられる。直鎖又は分岐鎖の不飽和脂肪族炭化水素基の具体例としてはビニル、アリル、エイコサジエニル、11,14−エイコサジエニル、ゲラニル(トランス−3,7−ジメチル−2,6−オクタジエン−1−イル)、ファルネシル(トランス,トランス−3,7,11−トリメチル−2,6,10−ドデカトリエン−1−イル)、4−ペンテニル、1−プロピニル、1−ヘキシニル、1−オクチニル、1−デシニル、1−ウンデシニル、1−ドデシニル、1−テトラデシニル、1−ヘキサデシニル、1−ノナデシニル等が挙げられる。 Specific examples of the linear or branched saturated aliphatic hydrocarbon group include methyl, ethyl, propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, t-butyl, n-pentyl, iso-pentyl, t- Pentyl, sec-pentyl, n-hexyl, iso-hexyl, n-heptyl, sec-heptyl, n-octyl, n-nonyl, sec-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-pentadecyl, n-hexadecyl, n-heptadecyl, n-octadecyl, n-nonadecyl , n-eicosyl, docosyl, n-pentacosyl, n-octacosyl , 5- (n-pentyl) decyl, heneicosyl, tricosyl , tetracosyl, hexacosyl, heptacosyl, nonacosyl, n- triacontyl, de door Examples include rear contyle and hexatria contyle. Specific examples of the cyclic saturated aliphatic hydrocarbon group include cyclohexyl, cyclopentyl, adamantyl, norbornyl and the like. Vinyl Specific examples of the linear or branched unsaturated aliphatic hydrocarbon group, A Lil, Eikosajieniru, 11,14 Eikosajieniru, geranyl (trans-3,7-dimethyl-2,6-octadiene-1-yl ), Farnesyl (trans, trans-3,7,11-trimethyl-2,6,10-dodecatrien-1-yl), 4-pentenyl, 1-propynyl, 1-hexynyl, 1-octynyl, 1-decynyl, Examples include 1-undecynyl, 1-dodecynyl, 1-tetradecynyl, 1-hexadecynyl, 1-nonadecynyl and the like.

直鎖、分岐鎖及び環状の脂肪族炭化水素基のうち、直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基が好ましく、直鎖の脂肪族炭化水素基が特に好ましい。   Of the linear, branched, and cyclic aliphatic hydrocarbon groups, a linear or branched aliphatic hydrocarbon group is preferable, and a linear aliphatic hydrocarbon group is particularly preferable.

飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基とは、飽和のアルキル基、炭素−炭素二重結合を含むアルケニル基及び炭素−炭素三重結合を含むアルキニル基が挙げられ、より好ましくはアルキル基またはアルキニル基であり、さらに好ましくはアルキル基である。脂肪族炭化水素残基としては、これらの飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基を組み合わせたもので、すなわち脂肪族炭化水素基中の部位に炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合を同時に含む場合も全て含まれる。   The saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group includes a saturated alkyl group, an alkenyl group containing a carbon-carbon double bond, and an alkynyl group containing a carbon-carbon triple bond, and more preferably an alkyl group or an alkynyl group. And more preferably an alkyl group. The aliphatic hydrocarbon residue is a combination of these saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon groups, that is, a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond at a site in the aliphatic hydrocarbon group. All cases are included at the same time.

ハロゲノ置換脂肪族炭化水素基とは、任意の種類のハロゲン原子が上記の脂肪族炭化水素基の任意の位置に任意の数で置換されているものを意味する。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、よりに好ましくはフッ素原子及び臭素原子が挙げられる。ハロゲノ置換脂肪族炭化水素基の具体例としては、クロロメチル、ブロモメチル、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、n−ペルフルオロプロピル、n−ペルフルオロブチル、n−ペルフルオロペンチル、n−ペルフルオロオクチル、n−ペルフルオロデシル、n−(ドデカフルオロ)−6−ヨードヘキシル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル、2,2,3,3−テトラフルオロロピル等が挙げられる。 The halogeno-substituted aliphatic hydrocarbon group means a group in which any kind of halogen atom is substituted at any position on the above-mentioned aliphatic hydrocarbon group. As a halogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are mentioned, Preferably a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, More preferably, a fluorine atom and a bromine atom are mentioned. Specific examples of the halogeno-substituted aliphatic hydrocarbon group include chloromethyl, bromomethyl, trifluoromethyl, pentafluoroethyl, n-perfluoropropyl, n-perfluorobutyl, n-perfluoropentyl, n-perfluorooctyl, and n-perfluorodecyl. , n-(dodecafluoro) -6-iodo-hexyl, 2,2,3,3,3-pentafluoro-propyl, 2,2,3,3-tetrafluoro-flop propyl, and the like.

上記式(1)で表される化合物は、例えば特許文献1、及び非特許文献1に記載の公知の方法により合成することができる。   The compound represented by the above formula (1) can be synthesized by a known method described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, for example.

上記式(1)で表される化合物の精製方法は、特に限定されず、再結晶、カラムロマトグラフィー、及び真空昇華精製等の公知の方法が採用できる。また必要に応じてこれらの方法を組み合わせて用いてもよい。 Method for purifying the compound represented by the above formula (1) is not particularly limited, recrystallization, column click chromatography, and can be a known method is employed such as vacuum sublimation purification. Moreover, you may use combining these methods as needed.

下記表1に上記式(1)で表される化合物の具体例を示す。   Table 1 below shows specific examples of the compound represented by the above formula (1).

Figure 0005913108
Figure 0005913108

シアノ基を有する電子受容性化合物は、有機半導体材料にドーピングする添加物であり、特に限定しないが、テトラシアノキノジメタン(以降TCNQと略記)又はその誘導体が挙げられ、具体的にはTCNQ、2,3,5,6−テトラフルオロテトラシアノ−1,4−ベンゾキノジメタン(以降F4−TCNQと略記)、トリフルオロメチルテトラシアノキノジメタン(CF3TCNQ)、2,5−ジフルオロテトラシアノキノジメタン(F2TCNQ)、フルオロテトラシアノキノジメタン(FTCNQ)、テトラシアノエチレン(TCNE)、11,11,12,12−テトラシアノナフト−2,6−キノジメタン(TNAP)や日本国公開特許公報「特開2008−530773号公報」に記載のシアノ基を有するキノジメタン類が好適に用いられる。中でもTCNQ又はF4−TCNQが特に好ましい。   The electron-accepting compound having a cyano group is an additive for doping an organic semiconductor material, and is not particularly limited, but includes tetracyanoquinodimethane (hereinafter abbreviated as TCNQ) or a derivative thereof, specifically, TCNQ, 2,3,5,6-tetrafluorotetracyano-1,4-benzoquinodimethane (hereinafter abbreviated as F4-TCNQ), trifluoromethyltetracyanoquinodimethane (CF3TCNQ), 2,5-difluorotetracyanoquino Dimethane (F2TCNQ), fluorotetracyanoquinodimethane (FTCNQ), tetracyanoethylene (TCNE), 11,11,12,12-tetracyanonaphth-2,6-quinodimethane (TNAP), and Japanese Patent Publication “ Quinodimethanes having a cyano group described in JP-A-2008-530773 Used to apply. Of these, TCNQ or F4-TCNQ is particularly preferable.

本発明の有機半導体材料は、少なくとも前記式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物を有機溶媒に溶解又は分散してなるものであるが、前記式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物を1種類ずつ含有しても、前記式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物の一方又は両方の数種類の誘導体を混合して用いてもよい。前記式(1)で表される化合物とシアノ基を有する電子受容性化合物とを含む有機半導体材料中において、前記式(1)で表される化合物に対するシアノ基を有する電子受容性化合物の含有率は通常0.1〜40質量%の範囲であるが、0.1〜20質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましい。含有率が40質量%を超えるとOFF電流の増加により特性値が低下してしまう。TCNQ又はF4−TCNQを用いる場合、含有率は10質量%以下である事が特に好ましい。   The organic semiconductor material of the present invention is formed by dissolving or dispersing at least a compound represented by the formula (1) and an electron-accepting compound having a cyano group in an organic solvent, and represented by the formula (1). Even if each of the compound and the electron-accepting compound having a cyano group is contained, one or both of the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group are mixed. May be used. In the organic semiconductor material containing the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group, the content of the electron-accepting compound having a cyano group with respect to the compound represented by the formula (1) Is usually in the range of 0.1 to 40% by mass, preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.1 to 10% by mass. If the content exceeds 40% by mass, the characteristic value decreases due to an increase in OFF current. When TCNQ or F4-TCNQ is used, the content is particularly preferably 10% by mass or less.

本発明の有機半導体材料には、本発明の効果を損なわない限りにおいて、電界効果トランジスタの特性の改善や他の特性を付与するために必要に応じて他の有機半導体材料や各種添加剤を混合しても良い。これらの添加剤としては、粘度調整剤、表面張力調整剤、レベリング剤、浸透剤、レオロジー調整剤、配向剤、分散剤等が挙げられる。   As long as the effects of the present invention are not impaired, the organic semiconductor material of the present invention is mixed with other organic semiconductor materials and various additives as necessary in order to improve the characteristics of the field effect transistor and to impart other characteristics. You may do it. Examples of these additives include viscosity modifiers, surface tension modifiers, leveling agents, penetrants, rheology modifiers, alignment agents, and dispersants.

これらの添加剤の含有率は、本発明の有機半導体材料の総量に対して0〜30質量%であり、0〜20質量%が好ましく、0〜10質量%がより好ましい。   The content rate of these additives is 0-30 mass% with respect to the total amount of the organic-semiconductor material of this invention, 0-20 mass% is preferable and 0-10 mass% is more preferable.

本発明の有機半導体材料は、式(1)で表される化合物及び電子受容性化合物を溶媒に溶解又は分散して有機半導体材料の塗布印刷プロセス適応性を向上したものである。使用できる溶媒としては化合物が基板上に成膜出来れば特に限定されるものではないが、有機溶媒が好ましく、単一の有機溶媒でも、複数の有機溶媒を混合して使用することも出来る。具体的にはクロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等のハロゲノ炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール系溶媒;オクタフルオロペンタノール、ペンタフルオロプロパノール等のフッ化アルコール系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸エチル、炭酸ジエチル等のエステル系溶媒;トルエン、キシレン、ベンゼン、クロロベンゼン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロナフタレン、テトラヒドロナフタレン、デカリン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;テトラヒドロフラン、ジイソブチルエーテル等のエーテル系溶媒;ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、デカン、テトラリン等の炭化水素系溶媒;アセトニトリル、プロピオノニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒などを用いることが出来、これらは単独でも、混合して使用することも出来る。式(1)で表される化合物及び電子受容性化合物の濃度は、溶媒の種類や、作製する半導体層の膜厚によって異なるが、混合液中の溶媒に対して総量で0.001〜50質量%であり、0.01〜20質量%であることが好ましい。また、本発明の半導体材料は上記の有機溶媒に溶解又は分散していればよいが、より均一な薄膜を形成する上では、均一な溶液として溶解している方が好ましい。   The organic semiconductor material of the present invention is obtained by dissolving or dispersing the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound in a solvent to improve the adaptability of the organic semiconductor material for coating and printing processes. The solvent that can be used is not particularly limited as long as the compound can form a film on the substrate. However, an organic solvent is preferable, and a single organic solvent or a mixture of a plurality of organic solvents can be used. Specifically, halogeno hydrocarbon solvents such as chloroform, methylene chloride and dichloroethane; alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and butanol; fluorinated alcohol solvents such as octafluoropentanol and pentafluoropropanol; ethyl acetate , Ester solvents such as butyl acetate, ethyl benzoate and diethyl carbonate; aromatics such as toluene, xylene, benzene, chlorobenzene, mesitylene, ethylbenzene, diethylbenzene, triethylbenzene, dichlorobenzene, chloronaphthalene, tetrahydronaphthalene, decalin, cyclohexylbenzene Hydrocarbon solvents; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone; dimethylforma Amide solvents such as dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; Ether solvents such as tetrahydrofuran and diisobutyl ether; Hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane, octane, decane and tetralin; Acetonitrile, propiononitrile, butyronitrile, benzo Nitrile solvents such as nitrile can be used, and these can be used alone or in combination. The concentration of the compound represented by formula (1) and the electron-accepting compound varies depending on the type of solvent and the film thickness of the semiconductor layer to be produced, but is 0.001 to 50 mass in total with respect to the solvent in the mixed solution. %, Preferably 0.01 to 20% by mass. Further, the semiconductor material of the present invention may be dissolved or dispersed in the above organic solvent, but it is preferable that the semiconductor material is dissolved as a uniform solution in order to form a more uniform thin film.

本発明の電界効果トランジスタ(Field effect transistor、以下FETと略記する場合がある)は、半導体層に接してソース電極及びドレイン電極の2つの電極があり、その2つの電極間に流れる電流を、ゲート絶縁体層を介してゲート電極と呼ばれるもう一つの電極に印加する電圧で制御するものである。電界効果トランジスタは上記有機薄膜含んでいる。 A field effect transistor (hereinafter sometimes abbreviated as FET) of the present invention has two electrodes, a source electrode and a drain electrode, in contact with a semiconductor layer, and a current flowing between the two electrodes is gated. It is controlled by a voltage applied to another electrode called a gate electrode through an insulator layer. Field effect transistor includes the organic thin film.

図1に本発明の電界効果トランジスタのいくつかの態様を示すが、各層や電極の配置は、素子の用途により適宜選択できる。なお、図1において同じ名称には同じ番号を付すものとする。   FIG. 1 shows some embodiments of the field effect transistor of the present invention, and the arrangement of each layer and electrode can be appropriately selected depending on the use of the element. In FIG. 1, the same numbers are assigned to the same names.

次に図1に示す本発明の電界効果トランジスタの各構成要素について説明するが、この限りではない。   Next, although each component of the field effect transistor of the present invention shown in FIG. 1 will be described, the present invention is not limited to this.

基板1は、その上に形成される各層が剥離することなく保持できることが必要である。例えば、樹脂板、樹脂フィルム、紙、ガラス、石英、セラミック等の絶縁性材料;金属または合金等の導電性基板上に絶縁層をコーティングした形成物;樹脂と無機材料等との各種組合せからなる材料等が使用できる。中でも一般に使用される樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリエーテルイミド等が挙げられる。樹脂フィルムまたは紙を用いると、半導体素子に可撓性を持たせることができ、フレキシブルで軽量となり、実用性が向上する。基板の厚さは、通常1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜3mmである。   The substrate 1 needs to be able to hold each layer formed thereon without peeling off. For example, insulating material such as resin plate, resin film, paper, glass, quartz, ceramic, etc .; formed by coating an insulating layer on a conductive substrate such as metal or alloy; and various combinations of resin and inorganic material Materials can be used. Among them, the resin film generally used includes, for example, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polycarbonate, cellulose triacetate, polyetherimide and the like. When a resin film or paper is used, flexibility can be given to the semiconductor element, and the semiconductor element can be flexible and lightweight, thereby improving practicality. The thickness of the substrate is usually 1 μm to 10 mm, preferably 5 μm to 3 mm.

ソース電極2、ドレイン電極3、ゲート電極6には導電性を有する材料が用いられる。例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、コバルト、銅、鉄、鉛、錫、チタン、インジウム、パラジウム、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、リチウム、カリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金;InO、ZnO、SnO、ITO等の導電性酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン(PEDOT・PSSなど)、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子化合物;BED−TTFなどの有機電荷移動錯体;シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体;カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、等が使用できる。また、導電性高分子化合物や半導体にはドーピングを行っても良く、ドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸;PF、AsF、FeCl等のルイス酸;ヨウ素等のハロゲン原子、リチウム、ナトリウム、カリウム等の金属原子、等が用いられる。電極の接触抵抗を低下させるために酸化モリブデンをドーピングする方法や金属にチオール等の処理をしても良い。また、上記材料にカーボンブラックや金、白金、銀、銅等の金属粒子を分散した導電性の複合材料も用いられる。各電極2、3、6には配線が連結されるが、配線も電極とほぼ同じ材料で作製される。ソース電極2、ドレイン電極3、ゲート電極6の膜厚は、材料によって異なるが、通常0.1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜10μmであり、より好ましくは1nm〜5μmである。A conductive material is used for the source electrode 2, the drain electrode 3, and the gate electrode 6. For example, platinum, gold, silver, aluminum, chromium, tungsten, tantalum, nickel, cobalt, copper, iron, lead, tin, titanium, indium, palladium, molybdenum, magnesium, calcium, barium, lithium, potassium, sodium, etc. And alloys containing them; conductive oxides such as InO 2 , ZnO 2 , SnO 2 , ITO; conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene (such as PEDOT / PSS), polyacetylene, polyparaphenylene vinylene, and polydiacetylene Compounds: Organic charge transfer complexes such as BED-TTF; semiconductors such as silicon, germanium, and gallium arsenide; carbon materials such as carbon black, fullerene, carbon nanotubes, and graphite can be used. Conductive polymer compounds and semiconductors may be doped. Examples of the dopant include acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ; iodine and the like A halogen atom, a metal atom such as lithium, sodium, potassium, or the like is used. In order to reduce the contact resistance of the electrode, a method of doping with molybdenum oxide or a metal may be treated with thiol or the like. In addition, a conductive composite material in which metal particles such as carbon black, gold, platinum, silver, and copper are dispersed in the above material is also used. A wiring is connected to each electrode 2, 3, 6, and the wiring is also made of substantially the same material as the electrode. Although the film thickness of the source electrode 2, the drain electrode 3, and the gate electrode 6 changes with materials, it is 0.1nm-100micrometer normally, Preferably it is 0.5nm-10micrometer, More preferably, it is 1nm-5micrometer.

ゲート絶縁体層5は絶縁性を有する材料であり、例えば、ポリパラキシリレン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体;二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル等の酸化物;SrTiO、BaTiO等の強誘電性酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物;硫化物;フッ化物などの誘電体、あるいはこれら誘電体の粒子を分散させたポリマー等が使用できる。ゲート絶縁体層5の膜厚は、材料によって異なるが、通常0.1nm〜100μm、好ましくは0.5nm〜50μm、より好ましくは5nm〜10μmである。The gate insulator layer 5 is an insulating material such as polyparaxylylene, polyacrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinylphenol, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, Polymers such as polysulfone, epoxy resin, phenol resin, and copolymers thereof; oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, and tantalum oxide; ferroelectric oxides such as SrTiO 3 and BaTiO 3 ; silicon nitride And nitrides such as aluminum nitride; sulfides; dielectrics such as fluorides; or polymers in which particles of these dielectrics are dispersed. The film thickness of the gate insulator layer 5 varies depending on the material, but is usually 0.1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 50 μm, more preferably 5 nm to 10 μm.

半導体層4に含まれる有機半導体材料は、少なくとも前記式(1)及びシアノ基を有する電子受容性化合物からなるが、それぞれの誘導体を数種類づつ混合して用いても良く、該半導体材料を総量に対して50質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは95質量%以上含むことが必要である。この際、電界効果トランジスタの特性改善や他の特性を付与するために、必要に応じて他の有機半導体材料や各種添加剤を混合しても良い。また半導体層4は複数の層から成っていても良い。半導体層4の膜厚は、必要な機能を失わない範囲で、薄いほど好ましい。電界効果トランジスタにおいては、所定以上の膜厚があれば半導体素子の特性は膜厚に依存しないが、膜厚が厚くなると漏れ電流が増加してくることが多い。逆に薄すぎると電荷の通り道(チャネル)が形成できなくなるため、適度の膜厚は必要である。半導体が必要な機能を示すための半導体層の膜厚は、通常、0.1nm〜10μm、好ましくは0.5nm〜5μm、より好ましくは1nm〜3μmである。   The organic semiconductor material contained in the semiconductor layer 4 is composed of at least the above-described formula (1) and an electron-accepting compound having a cyano group, and several kinds of each of these derivatives may be mixed and used. On the other hand, it is necessary to contain 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, more preferably 95% by mass or more. At this time, in order to improve the characteristics of the field effect transistor and to provide other characteristics, other organic semiconductor materials and various additives may be mixed as necessary. The semiconductor layer 4 may be composed of a plurality of layers. The thickness of the semiconductor layer 4 is preferably as thin as possible without losing necessary functions. In a field effect transistor, if the film thickness exceeds a predetermined value, the characteristics of the semiconductor element do not depend on the film thickness, but as the film thickness increases, the leakage current often increases. On the other hand, if it is too thin, it becomes impossible to form a channel for electric charge (channel), and therefore an appropriate film thickness is necessary. The film thickness of the semiconductor layer for exhibiting a function that requires a semiconductor is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 5 μm, more preferably 1 nm to 3 μm.

保護層7の材料としては特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂からなる膜や、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等、無機酸化膜や窒化膜等の誘電体からなる膜が好ましく用いられ、特に、酸素透過率や吸水率の低い樹脂(ポリマー)が好ましい。また、有機ELディスプレイ用に開発されている保護材料も使用が可能である。保護層の膜厚は、その目的に応じて任意の膜厚を採用できるが、通常100nm〜1mmである。保護層を形成すると、湿度などの外気の影響を小さくすることができ、また、デバイスのON/OFF比を上げることが出来るなど、電気的特性安定化の利点もある。   Although it does not specifically limit as a material of the protective layer 7, For example, the film | membrane which consists of various resins, such as acrylic resins, such as an epoxy resin and a polymethylmethacrylate, a polyurethane, a polyimide, polyvinyl alcohol, a fluororesin, polyolefin, silicon oxide, aluminum oxide A film made of a dielectric such as an inorganic oxide film or a nitride film, such as silicon nitride, is preferably used, and a resin (polymer) having a low oxygen permeability and a low water absorption is particularly preferable. A protective material developed for organic EL displays can also be used. Although the film thickness of a protective layer can employ | adopt arbitrary film thickness according to the objective, it is 100 nm-1 mm normally. Forming the protective layer has the advantage of stabilizing the electrical characteristics, such as reducing the influence of outside air such as humidity and increasing the ON / OFF ratio of the device.

本発明の電界効果トランジスタは、基板表面の洗浄処理として塩酸や硫酸、酢酸等による酸処理、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理、オゾン処理、フッ素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、ラングミュア・ブロジェット膜の形成処理、その他の絶縁体や半導体の薄膜の形成処理、機械的処理、コロナ放電などの電気的処理等を行うことで優れた印刷適正を示すことができるが、その他、上記した各層の間や、半導体素子の外面に必要に応じて他の層を設けてもよい。また半導体層が積層される基板や絶縁体層上などに予め表面処理を行うことにより、基板、電極等とその後に成膜される半導体層との界面部分の分子配向や結晶性の制御、電極界面や絶縁体層上のトラップ部位の低減によりキャリア移動度等の特性を改良したり、基板表面の親水性/疎水性のバランスを調整することにより、その上に成膜される膜の膜質や基板への塗れ性の改良によってデバイスの均一性を更に向上させることが可能である。このような基板処理としては、例えば、フェニルエチルトリクロロシラン等によるシランカップリング処理、チオール処理や繊維等を利用したラビング処理等が挙げられる。   The field effect transistor of the present invention is a substrate surface cleaning treatment, such as acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, etc., alkali treatment with sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, etc., ozone treatment, fluorination treatment, oxygen Excellent print suitability by performing plasma processing such as argon and argon, Langmuir / Blodgett film forming process, other insulator and semiconductor thin film forming process, mechanical process, corona discharge and other electrical processes However, other layers may be provided between the above layers or on the outer surface of the semiconductor element as necessary. In addition, by performing surface treatment in advance on a substrate or an insulator layer on which a semiconductor layer is laminated, control of molecular orientation and crystallinity of the interface portion between the substrate, electrode, etc. and a semiconductor layer to be subsequently formed, an electrode By improving the properties such as carrier mobility by reducing trap sites on the interface and insulator layer, and adjusting the hydrophilic / hydrophobic balance of the substrate surface, It is possible to further improve the uniformity of the device by improving the paintability to the substrate. Examples of such a substrate treatment include a silane coupling treatment with phenylethyltrichlorosilane and the like, a thiol treatment, a rubbing treatment using fibers, and the like.

本発明において各層を設ける方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等が適宜使用できるが、生産性を考慮すると、塗布法やインクジェット印刷等の印刷法が好ましい。   As a method for providing each layer in the present invention, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method and the like can be used as appropriate. preferable.

次に、本発明の電界効果トランジスタの製造方法について、図1の態様例に基づき以下に説明する。   Next, the manufacturing method of the field effect transistor of this invention is demonstrated below based on the example of an aspect of FIG.

(基板及び基板処理)
本発明の電界効果トランジスタは、上記の基板1上に必要な電極や各種の層を設けることで作製される(図1参照)。この基板上には前述の表面処理などを行うことも可能である。基板1の厚みは、必要な機能を妨げない範囲で薄い方が好ましい。材料によっても異なるが、通常1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜3mmである。
(Substrate and substrate processing)
The field effect transistor of the present invention is produced by providing necessary electrodes and various layers on the substrate 1 (see FIG. 1). It is also possible to perform the above-described surface treatment on this substrate. The thickness of the substrate 1 is preferably as thin as possible without interfering with necessary functions. Although it varies depending on the material, it is usually 1 μm to 10 mm, preferably 5 μm to 3 mm.

(ソース電極及びドレイン電極の形成)
上記の電極材料等を用いて基板1上にソース電極2及びドレイン電極3を形成する。ソース電極2及びドレイン電極3の材料は同じでも、異なっても良い。電極を形成する方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、熱転写法、印刷法、ゾルゲル法等が挙げられる。成膜時又は成膜後、所望の形状になるよう必要に応じてパターニングを行うのが好ましい。パターニングの方法としても各種の方法を使用できるが、例えばフォトレジストのパターニングとエッチングとを組み合わせたフォトリソグラフィー法等が挙げられる。また、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィー法、及びこれら手法を複数組み合わせた手法を利用し、パターニングすることも可能である。ソース電極2及びドレイン電極3の膜厚は、材料によっても異なるが、通常0.1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜10μmであり、より好ましくは1nm〜5μmである。ソース電極2及びドレイン電極3の膜厚は同じでも良く、異なっていても良い。
(Formation of source electrode and drain electrode)
A source electrode 2 and a drain electrode 3 are formed on the substrate 1 using the above electrode material or the like. The material of the source electrode 2 and the drain electrode 3 may be the same or different. Examples of the method for forming the electrode include a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a thermal transfer method, a printing method, and a sol-gel method. It is preferable to perform patterning as necessary so as to obtain a desired shape during or after film formation. Various methods can be used as the patterning method, and examples thereof include a photolithography method in which patterning and etching of a photoresist are combined. Further, it is possible to perform patterning using a printing method such as ink jet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing or the like, a soft lithography method such as a micro contact printing method, or a method combining a plurality of these methods. Although the film thickness of the source electrode 2 and the drain electrode 3 changes with materials, it is 0.1 nm-100 micrometers normally, Preferably it is 0.5 nm-10 micrometers, More preferably, it is 1 nm-5 micrometers. The film thickness of the source electrode 2 and the drain electrode 3 may be the same or different.

(半導体層の形成)
半導体層は上記で説明した有機半導体材料を用いて塗布印刷プロセスによって成膜された有機薄膜である。有機薄膜を有機半導体薄膜と換言することもできる。塗布印刷プロセスとは、溶可溶性を有する有機半導体材料、例えば本発明の前記式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物を予め有機溶媒に溶解又は分散し、得られた有機半導体材料の溶解液を塗布又は印刷し、乾燥して優れた半導体特性を有する半導体層を容易に形成できる半導体層の作製方法を言う。塗布または印刷による製造方法、すなわち塗布印刷プロセスはデバイス製造時の環境を真空や高温状態にする必要が無く、大面積の電界効果トランジスタを低コストで製造できるため工業的にも有利であり、各種半導体層の作製方法の中でも特に好ましい。
(Formation of semiconductor layer)
The semiconductor layer is an organic thin film formed by a coating printing process using the organic semiconductor material described above. In other words, an organic thin film can be referred to as an organic semiconductor thin film. The coating printing process, the organic semiconductor material having a Solvent soluble, dissolved or dispersed in advance an organic solvent electron-accepting compound having the compound and a cyano group represented by the formula (1) of example the present invention, obtained A method for manufacturing a semiconductor layer, in which a semiconductor layer having excellent semiconductor characteristics can be easily formed by applying or printing a solution of an organic semiconductor material and drying the solution. The manufacturing method by coating or printing, that is, the coating printing process is industrially advantageous because a large area field effect transistor can be manufactured at a low cost without the need for making the environment during device manufacturing vacuum or high temperature. Among the methods for manufacturing a semiconductor layer, it is particularly preferable.

具体的には、上記式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物を溶媒に溶解、または分散することで本発明の有機半導体材料を調製する。式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物は同時に溶解、または分散化するか、個別に溶媒に溶解または分散した後に混合して調製してもよい。本発明の有機半導体材料中における式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物の濃度(これらの化合物をそれぞれ複数種類使用した場合は、複数種類の化合物の総濃度)は、溶媒の種類や、作製する半導体層の膜厚によって異なるが、溶液総量に対して通常0.001〜50質量%であり、0.01〜20質量%であることが好ましい。半導体層の成膜性の向上や電界効果トランジスタ特性の改善、他の特性を付与するために添加剤や他種の半導体材料を混合することも可能である。   Specifically, the organic semiconductor material of the present invention is prepared by dissolving or dispersing a compound represented by the above formula (1) and an electron-accepting compound having a cyano group in a solvent. The compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group may be dissolved or dispersed at the same time, or may be prepared by individually dissolving or dispersing in a solvent and then mixing. The concentration of the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group in the organic semiconductor material of the present invention (when these compounds are used in plural types, the total concentration of the plural types of compounds) is Although it varies depending on the type of solvent and the film thickness of the semiconductor layer to be produced, it is usually 0.001 to 50% by mass and preferably 0.01 to 20% by mass with respect to the total amount of the solution. In order to improve the film formability of the semiconductor layer, the field effect transistor characteristics, and other characteristics, additives and other types of semiconductor materials can be mixed.

有機半導体材料を調製するには、上記式(1)で表される化合物及びシアノ基を有する電子受容性化合物を溶媒に溶解、または分散する必要があるが、場合により加熱溶解処理を行ってもよい。さらに得られた有機半導体材料をフィルターを用いてろ過し、不純物などを除去してもよい。これを基板上に塗布すると、半導体層の成膜性の向上が見られ、好適に使用できる。   In order to prepare the organic semiconductor material, it is necessary to dissolve or disperse the compound represented by the above formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group in a solvent. Good. Further, the obtained organic semiconductor material may be filtered using a filter to remove impurities and the like. When this is coated on a substrate, the film-forming property of the semiconductor layer is improved and can be suitably used.

上記の通りに調製した有機半導体材料を、基板(ソース電極及びドレイン電極の露出部)に塗布する。塗布法としては、キャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法;インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷、グラビア印刷等の印刷法;マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィー法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法を採用出来る。また、塗布法に類似した方法として水面上に上記の有機半導体材料を滴下することにより作製した半導体層の単分子膜を基板に移して積層するラングミュア・ブロジェット法、液晶や融液状態の材料を2枚の基板で挟んで毛管現象で基板間に導入する方法等も採用出来る。これらの方法により作製される半導体層の膜厚は、機能を損なわない範囲で薄い方が好ましい。膜厚が大きくなると漏れ電流が増大する場合がある。半導体層の膜厚は、上記の半導体層4に同じである。   The organic semiconductor material prepared as described above is applied to the substrate (exposed portions of the source electrode and the drain electrode). Coating methods such as casting, spin coating, dip coating, blade coating, wire bar coating, spray coating, etc .; inkjet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, gravure printing, etc .; microcontact printing method A soft lithography method such as the above, and a method combining a plurality of these methods can be employed. In addition, as a method similar to the coating method, the Langmuir-Blodgett method, in which a monomolecular film of a semiconductor layer produced by dropping the above organic semiconductor material onto the water surface is transferred to a substrate and laminated, a material in a liquid crystal or melt state It is also possible to adopt a method of sandwiching between two substrates and introducing them between the substrates by capillary action. The thickness of the semiconductor layer manufactured by these methods is preferably thin as long as the function is not impaired. As the film thickness increases, the leakage current may increase. The film thickness of the semiconductor layer is the same as that of the semiconductor layer 4 described above.

このように作製された半導体層は、後処理により半導体特性を改良することができる。例えば、半導体層を形成した後に基板を熱処理することによって、成膜時に生じた膜中の歪みが緩和され、膜中の配列・配向を制御できる等の理由により、半導体特性の向上や安定化を図ることができ、ピンホール等も低減できる。熱処理は半導体層が形成されていればどの段階で行ってもよい。熱処理の温度は特に制限は無いが、通常室温〜150℃で、好ましくは40〜120℃、さらに好ましくは45〜100℃である。熱処理の時間は、特に制限は無いが、通常1秒〜24時間、好ましくは1分〜1時間である。熱処理時の雰囲気は大気中でも良いが、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気下でも良い。   The semiconductor layer thus manufactured can improve semiconductor characteristics by post-processing. For example, by heat-treating the substrate after forming the semiconductor layer, the distortion in the film generated during film formation is alleviated, and the alignment and orientation in the film can be controlled, so that the semiconductor characteristics can be improved and stabilized. And pinholes can be reduced. The heat treatment may be performed at any stage as long as the semiconductor layer is formed. The temperature of the heat treatment is not particularly limited, but is usually room temperature to 150 ° C, preferably 40 to 120 ° C, more preferably 45 to 100 ° C. The heat treatment time is not particularly limited, but is usually 1 second to 24 hours, preferably 1 minute to 1 hour. The atmosphere during the heat treatment may be in the air, but may be an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

(ゲート絶縁体層の形成)
上記の絶縁体材料等を用いて半導体層4上にゲート絶縁体層5を形成する(図1参照)。ゲート絶縁体層5の形成方法としては、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、キャスト、バーコート、ブレードコーティング等の塗布法;スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット等の印刷法;真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、CVD法等のドライプロセス法、等が挙げられる。また、ゾルゲル法やアルミニウム上のアルマイトのように金属表面に酸化物膜を形成する方法も使用できる。
(Formation of gate insulator layer)
A gate insulator layer 5 is formed on the semiconductor layer 4 using the above insulator material or the like (see FIG. 1). Examples of the method for forming the gate insulator layer 5 include spin coating, spray coating, dip coating, casting, bar coating, blade coating, and the like; screen printing, offset printing, inkjet printing, and the like; vacuum deposition, molecular Examples thereof include a line epitaxial growth method, an ion cluster beam method, an ion plating method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, a dry process method such as a CVD method, and the like. Further, a method of forming an oxide film on the metal surface such as a sol-gel method or anodized on aluminum can also be used.

ゲート絶縁体層5の膜厚は、その機能を損なわない範囲で薄い方が好ましく、通常0.1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜50μmであり、より好ましくは5nm〜10μmである。
(ゲート電極の形成)
ゲート電極6は、ソース電極2及びドレイン電極3の作成方法と同じ方法で形成することが出来る。膜厚は、材料によっても異なるが、通常1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜10μmであり、より好ましくは1nm〜5μmである。
The film thickness of the gate insulator layer 5 is preferably as thin as possible without impairing its function, and is usually 0.1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 50 μm, more preferably 5 nm to 10 μm.
(Formation of gate electrode)
The gate electrode 6 can be formed by the same method as the method for forming the source electrode 2 and the drain electrode 3. The film thickness varies depending on the material, but is usually 1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 10 μm, and more preferably 1 nm to 5 μm.

(保護層)
前記の保護層材料を使用して保護層7を形成すると、外気の影響を最小限にでき、電界効果トランジスタの電気的特性を安定化できるという利点がある(図1参照)。保護層7の膜厚は、その目的に応じて任意の膜厚を採用できるが、通常100nm〜1mmである。保護層を成膜するには各種の方法を採用できるが、保護層が樹脂からなる場合は、例えば、樹脂を含有する溶液を塗布後に乾燥させて樹脂膜とする方法、樹脂モノマーを塗布あるいは蒸着した後に重合する方法等が挙げられ、成膜後に架橋処理を行ってもよい。保護層が無機物からなる場合は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法等の塗布印刷プロセスでの形成方法を用いることができる。本発明の電界効果トランジスタは、保護層を半導体層表面の他に、各層の間にも必要に応じて設けることが出来る。設置された保護層は、電界効果トランジスタの電気的特性の安定化に役立つ場合がある。
(Protective layer)
When the protective layer 7 is formed using the protective layer material, there is an advantage that the influence of outside air can be minimized and the electric characteristics of the field effect transistor can be stabilized (see FIG. 1). Although the film thickness of the protective layer 7 can employ | adopt arbitrary film thickness according to the objective, it is 100 nm-1 mm normally. Various methods can be employed to form the protective layer. When the protective layer is made of a resin, for example, a method of drying a resin-containing solution after application to form a resin film, or applying or depositing a resin monomer The method of superposing | polymerizing after performing etc. is mentioned, You may perform a crosslinking process after film-forming. When the protective layer is made of an inorganic material, for example, a forming method in a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method or a forming method in a coating printing process such as a sol-gel method can be used. In the field effect transistor of the present invention, a protective layer can be provided between the layers as needed in addition to the surface of the semiconductor layer. The installed protective layer may help to stabilize the electrical characteristics of the field effect transistor.

一般に電界効果トランジスタの動作特性は、半導体層のキャリア移動度、電導度、絶縁層の静電容量、素子の構成(ソース・ドレイン電極間距離及び幅、絶縁層の膜厚等)などにより決まる。電界効果トランジスタの半導体層に用いられる有機材料には、高いキャリア移動度が要求されるが、低コストで製造できる本発明の上記式(1)で表される化合物は有機半導体材料として高いキャリア移動度を発現する。また、本発明の電界効果トランジスタは比較的低温プロセスでの製造が可能であり、高温条件下では使用できないプラスチック板、プラスチックフィルム等のフレキシブルな材質も基板として用いることができる。その結果、軽量で柔軟性に優れた壊れにくい素子の製造が可能であり、ディスプレイのアクティブマトリクスのスイッチング素子等として利用することができる。ディスプレイとしては、例えば液晶ディスプレイ、高分子分散型液晶ディスプレイ、電気泳動型ディスプレイ、ELディスプレイ、エレクトロクロミック型ディスプレイ、粒子回転型ディスプレイ等が挙げられる。さらに、本発明の電界効果トランジスタは、成膜性が良好であることから、塗布等の塗布印刷プロセスで製造でき、従来の真空蒸着プロセスと比べて非常に低コストで大面積ディスプレイ用途の電界効果トランジスタの製造にも適用できる。   In general, the operating characteristics of a field effect transistor are determined by carrier mobility of a semiconductor layer, conductivity, capacitance of an insulating layer, element configuration (distance and width between source and drain electrodes, film thickness of the insulating layer, and the like). The organic material used for the semiconductor layer of the field effect transistor requires high carrier mobility, but the compound represented by the above formula (1) of the present invention that can be manufactured at low cost is high in carrier mobility as an organic semiconductor material. Express degree. The field effect transistor of the present invention can be manufactured by a relatively low temperature process, and a flexible material such as a plastic plate or a plastic film that cannot be used under high temperature conditions can be used as the substrate. As a result, it is possible to manufacture a light, flexible, and hard-to-break element, and it can be used as a switching element for an active matrix of a display. Examples of the display include a liquid crystal display, a polymer dispersion type liquid crystal display, an electrophoretic display, an EL display, an electrochromic display, a particle rotation type display, and the like. Furthermore, since the field effect transistor of the present invention has good film formability, it can be manufactured by a coating printing process such as coating, and the field effect for a large area display application at a very low cost compared to a conventional vacuum deposition process. It can also be applied to the manufacture of transistors.

本発明の電界効果トランジスタは、メモリー回路素子、信号ドライバー回路素子、信号処理回路素子等のデジタル素子やアナログ素子としても利用でき、これらを組み合わせることによりICカードやICタグの作製が可能である。更に、本発明の電界効果トランジスタは化学物質等の外部刺激によりその特性に変化を起こすことができるので、FETセンサーとしての利用も期待できる。   The field effect transistor of the present invention can be used as a digital element or an analog element such as a memory circuit element, a signal driver circuit element, and a signal processing circuit element, and an IC card or an IC tag can be manufactured by combining these elements. Furthermore, since the field effect transistor of the present invention can change its characteristics by an external stimulus such as a chemical substance, it can be expected to be used as an FET sensor.

なお、本発明には以下の(2)〜(7)の形態が含まれる。
(2)式(1)におけるR及びRがそれぞれ独立にC12以下の直鎖の脂肪族炭化水素基である(1)に記載の有機半導体材料、
(3)シアノ基を有する電子受容性化合物がテトラシアノキノジメタン又はその誘導体である(1)又は(2)に記載の有機半導体材料、
(4)式(1)で表される化合物に対するシアノ基を有する電子受容性化合物の含有量が10質量%以下である(1)乃至(3)のいずれか1つに記載の有機半導体材料、
(5)(1)乃至(4)のいずれか一つに記載の有機半導体材料から得られた有機薄膜を含むことを特徴とする電界効果トランジスタ、
(6)(1)乃至(4)のいずれか一つに記載の有機半導体材料を塗布又は印刷し、乾燥することによって有機薄膜を形成する電界効果トランジスタの製造方法、
(7)ゲート電極、ゲート絶縁体層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を備える電界効果トランジスタの製造方法であって、基板もしくはゲート絶縁体層上のソース電極とドレイン電極との間に(1)乃至(4)のいずれか一つに記載の有機半導体材料を塗布又は印刷して、乾燥することにより有機薄膜を形成する電界効果トランジスタの製造方法
The present invention includes the following forms (2) to (7).
(2) The organic semiconductor material according to (1), wherein R 1 and R 2 in formula (1) are each independently a C12 or lower linear aliphatic hydrocarbon group,
(3) The organic semiconductor material according to (1) or (2), wherein the electron-accepting compound having a cyano group is tetracyanoquinodimethane or a derivative thereof,
(4) The organic semiconductor material according to any one of (1) to (3), wherein the content of the electron-accepting compound having a cyano group with respect to the compound represented by the formula (1) is 10% by mass or less,
(5) A field effect transistor comprising an organic thin film obtained from the organic semiconductor material according to any one of (1) to (4),
(6) A method for producing a field effect transistor, in which an organic thin film is formed by applying or printing the organic semiconductor material according to any one of (1) to (4) and drying,
(7) A method of manufacturing a field effect transistor comprising a gate electrode, a gate insulator layer, a semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode, wherein (1 ) To (4) A method for producing a field effect transistor, wherein an organic thin film is formed by coating or printing the organic semiconductor material according to any one of (4) and drying the material.

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例中、部は特に指定しない限り質量部を、また%は質量%をそれぞれ表す。なお、半導体材料の調製から半導体特性の評価まですべて大気中で行った。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these. In the examples, unless otherwise specified, parts represent parts by mass, and% represents mass%. Note that everything from the preparation of semiconductor materials to the evaluation of semiconductor characteristics was performed in the air.

(ストック溶液の調製)
表1に記載の化合物(11)を2%となるようにクロロホルムに溶解させ、化合物(11)のストック溶液を調製した。一方、TCNQ(東京化成製)及びF4−TCNQ(東京化成製)をそれぞれ0.2%となるようにアセトニトリルに溶解させ、TCNQ及びF4−TCNQのストック溶液をそれぞれ調製した。
(Preparation of stock solution)
The compound (11) described in Table 1 was dissolved in chloroform so as to be 2% to prepare a stock solution of the compound (11). On the other hand, TCNQ (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and F4-TCNQ (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were dissolved in acetonitrile so as to be 0.2%, respectively, thereby preparing TCNQ and F4-TCNQ stock solutions.

〔実施例1〕
(半導体材料の調製)
化合物(11)のストック溶液を100部、TCNQのストック溶液を20部、クロロホルム80部をそれぞれ混合し、化合物(11)を1%、TCNQを0.02%含むクロロホルムーアセトニトリル(9:1)の有機半導体材料の混合溶液1を調製した。
[Example 1]
(Preparation of semiconductor materials)
100 parts of the stock solution of compound (11), 20 parts of TCNQ stock solution, and 80 parts of chloroform were mixed, respectively, and chloroform-acetonitrile (9: 1) containing 1% of compound (11) and 0.02% of TCNQ A mixed solution 1 of organic semiconductor materials was prepared.

(トランジスタ素子の作成)
UV・オゾン処理した300nmのSiO熱酸化膜付nドープシリコンウエハー上に予め調製した化合物(11)及びTCNQを含む混合溶液1をスピンコート法により塗布した後、この基板をホットプレート上で80℃下で10分間加熱した後、120℃で1分間乾燥させ、有機薄膜を形成させた。この有機薄膜上にメタルマスクを用いた真空蒸着法によりソース電極及びドレイン電極(チャネル長50μm、チャネル幅2mm)として金を蒸着し、ボトムゲート−トップコンタクト素子を作製した。
(Creation of transistor elements)
A mixed solution 1 containing the compound (11) and TCNQ prepared in advance on a 300 nm UV-ozone-treated n-doped silicon wafer with a SiO 2 thermal oxide film was applied by spin coating, and then the substrate was placed on a hot plate at 80 After heating at 0 ° C. for 10 minutes, the organic thin film was formed by drying at 120 ° C. for 1 minute. Gold was deposited on the organic thin film as a source electrode and a drain electrode (channel length 50 μm, channel width 2 mm) by a vacuum deposition method using a metal mask, and a bottom gate-top contact element was produced.

(特性評価)
得られた有機電界効果トランジスタに半導体パラメーター(Agilent製4155C)を用いて、ドレイン電圧を−60V、ゲート電圧Vgを+20〜−80Vに変化させた条件で1つの基板上の4個の半導体特性を評価した。その結果、算出された4個の電極の移動度の平均値は0.31cm/Vs、基板内のばらつきを示す指標である標準偏差は0.02cm/Vsであった。また、閾値電圧は、平均−29V、標準偏差1.3Vであり、ON電流は2.3×10−4A、標準偏差2.6×10−5A、高い半導体特性と基板内の均一性を示した。また、OFF電流は、10−11Aオーダーであり、電子受容性材料を添加した際にもOFF電流の上昇は見られなかった。更に大気中に1週間暴露した場合でも移動度は0.32cm/Vs、閾値電圧−31V、ON電流2.2×10−4Aであり、優れた半導体特性を維持していた。
(Characteristic evaluation)
Using the semiconductor parameters (Agilent 4155C) for the obtained organic field effect transistor, the four semiconductor characteristics on one substrate were changed under the condition that the drain voltage was changed to −60V and the gate voltage Vg was changed from +20 to −80V. evaluated. As a result, the average value of the mobility of the four electrodes on the calculated standard deviation is an index showing the variation of 0.31 cm 2 / Vs, the substrate was 0.02 cm 2 / Vs. The threshold voltage is -29 V on average and 1.3 V on standard deviation, the ON current is 2.3 × 10 −4 A, the standard deviation is 2.6 × 10 −5 A, high semiconductor characteristics and uniformity within the substrate. showed that. The OFF current was on the order of 10 −11 A, and no increase in OFF current was observed when an electron accepting material was added. Further, even when exposed to the atmosphere for 1 week, the mobility was 0.32 cm 2 / Vs, the threshold voltage was −31 V, the ON current was 2.2 × 10 −4 A, and excellent semiconductor characteristics were maintained.

〔実施例2〕
(半導体材料の調製)
化合物(11)のストック溶液を100部、TCNQのストック溶液を10部、クロロホルム80部、アセトニトリル10部をそれぞれ混合し、化合物(11)を1%、TCNQを0.01%含むクロロホルムーアセトニトリル(9:1)の有機半導体材料の混合溶液2を調製した。
[Example 2]
(Preparation of semiconductor materials)
100 parts of the stock solution of compound (11), 10 parts of the stock solution of TCNQ, 80 parts of chloroform and 10 parts of acetonitrile were mixed, respectively, and chloroform-acetonitrile (1% of compound (11) and 0.01% of TCNQ ( 9: 1) mixed solution 2 of organic semiconductor materials was prepared.

(トランジスタ素子の作成)
半導体材料を混合溶液1から混合溶液2に変更する以外は実施例1と同様にしてボトムゲート−トップコンタクト素子を作製した。
(Creation of transistor elements)
A bottom gate-top contact element was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor material was changed from the mixed solution 1 to the mixed solution 2.

(特性評価)
実施例1と同様の条件で半導体特性を評価した。4個の電極の移動度の平均値は0.58cm/Vs、基板内のばらつきを示す指標である標準偏差は0.038cm/Vsであった。また、閾値電圧は、平均−26V、標準偏差0.9Vであり、ON電流は4.5×10−4A、標準偏差3.7×10−6Aであり、高い半導体特性と基板内の均一性を示した。また、OFF電流は、10−11Aオーダーであり、電子受容性材料を添加した際にもOFF電流の上昇はなかった。更に大気中に1週間暴露した場合でも移動度は0.59cm/Vs、閾値電圧−30V、ON電流4.1×10−4Aであり、優れた半導体特性を維持していた。
(Characteristic evaluation)
The semiconductor characteristics were evaluated under the same conditions as in Example 1. Mean value of the mobility of the four electrodes is the standard deviation is an index showing 0.58cm 2 / Vs, the variation in the substrate was 0.038 cm 2 / Vs. The threshold voltage is the average -26V, the standard deviation 0.9V, ON current is 4.5 × 10 -4 A, standard deviation 3.7 × 10 -6 A, high semiconductor characteristics and in the substrate It showed uniformity. Further, the OFF current was on the order of 10 −11 A, and the OFF current did not increase even when the electron accepting material was added. Further, even when exposed to the atmosphere for 1 week, the mobility was 0.59 cm 2 / Vs, the threshold voltage was −30 V, the ON current was 4.1 × 10 −4 A, and excellent semiconductor characteristics were maintained.

〔実施例3〕
(半導体材料の調製)
化合物(11)のストック溶液を100部、F4−TCNQのストック溶液を20部、クロロホルム80部をそれぞれ混合し、化合物(11)を1%、F4−TCNQを0.02%含むクロロホルム−アセトニトリル(9:1)の有機半導体材料の混合溶液を調製した。
Example 3
(Preparation of semiconductor materials)
100 parts of a stock solution of compound (11), 20 parts of a stock solution of F4-TCNQ, and 80 parts of chloroform were mixed, respectively, and chloroform-acetonitrile (1% of compound (11) and 0.02% of F4-TCNQ ( 9: 1) mixed solution 3 of organic semiconductor materials was prepared.

(トランジスタ素子の作成)
半導体材料を混合溶液1から混合溶液3に変更する以外は実施例1と同様にしてボトムゲート−トップコンタクト素子を作製した。
(Creation of transistor elements)
A bottom gate-top contact element was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor material was changed from the mixed solution 1 to the mixed solution 3.

(特性評価)
実施例1と同様の条件で半導体特性を評価した。4個の電極の移動度の平均値は0.42cm/Vs、基板内のばらつきを示す指標である標準偏差は0.007cm/Vsであった。また、閾値電圧は、平均−20V、標準偏差0.3Vであり、ON電流は4.0×10−4A、標準偏差9.1×10−6Aであり、高い半導体特性と基板内の均一性を示した。また、OFF電流は、10−11Aオーダーであり、電子受容性材料を添加した際にもOFF電流の上昇はなかった。更に大気中に1週間暴露した場合でも移動度は0.42cm/Vs、閾値電圧−20V、ON電流3.9×10−4Aであり、優れた半導体特性を維持していた。
(Characteristic evaluation)
The semiconductor characteristics were evaluated under the same conditions as in Example 1. The average value of the mobility of the four electrodes was 0.42 cm 2 / Vs, and the standard deviation as an index indicating the variation in the substrate was 0.007 cm 2 / Vs. The threshold voltage is the average -20 V, the standard deviation 0.3V, ON current is 4.0 × 10 -4 A, standard deviation 9.1 × 10 -6 A, high semiconductor characteristics and in the substrate It showed uniformity. Further, the OFF current was on the order of 10 −11 A, and the OFF current did not increase even when the electron accepting material was added. Furthermore, even when exposed to the atmosphere for 1 week, the mobility was 0.42 cm 2 / Vs, the threshold voltage was −20 V, the ON current was 3.9 × 10 −4 A, and excellent semiconductor characteristics were maintained.

〔比較例1〕
(半導体材料の調製)
上記の化合物(11)のストック溶液を100部、クロロホルムを80部、アセトニトリル20部をそれぞれ混合し、電子受容性化合物を含まない、化合物(11)を1%クロロホルム−アセトニトリル(9:1)の有機半導体材料の混合溶液4を調製した。
[Comparative Example 1]
(Preparation of semiconductor materials)
100 parts of the stock solution of the compound (11), 80 parts of chloroform, and 20 parts of acetonitrile were mixed, and the compound (11) containing no electron accepting compound was mixed with 1% chloroform-acetonitrile (9: 1). A mixed solution 4 of organic semiconductor materials was prepared.

(トランジスタ素子の作成)
半導体材料を混合溶液1から混合溶液4に変更する以外は実施例1と同様にしてボトムゲート−トップコンタクト素子を作製した。
(Creation of transistor elements)
A bottom gate-top contact element was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor material was changed from the mixed solution 1 to the mixed solution 4.

(特性評価)
実施例1と同様の条件で半導体特性を評価した。4個の電極の移動度の平均値は0.22cm/Vs、基板内のばらつきを示す指標である標準偏差は0.062cm/Vsであった。また、閾値電圧は、平均−44V、標準偏差1.5Vであり、ON電流は8.3×10−5A、標準偏差2.9×10−5Aであり、移動度及びON電流は実施例1、2に比べ低く、閾値電圧は大きくなった。また、各特性のばらつきを示す標準偏差も実施例に比べて大きいことを示した。
(Characteristic evaluation)
The semiconductor characteristics were evaluated under the same conditions as in Example 1. The average mobility of the four electrodes was 0.22 cm 2 / Vs, and the standard deviation, which is an index indicating variation within the substrate, was 0.062 cm 2 / Vs. The threshold voltage is the average -44V, the standard deviation 1.5V, the ON current is 8.3 × 10 -5 A, the standard deviation 2.9 × 10 -5 A, the mobility and ON current practice Compared with Examples 1 and 2, the threshold voltage was higher. Further, it was shown that the standard deviation indicating the variation of each characteristic was larger than that of the example.

以上の半導体特性の評価結果より、本発明の有機半導体材料からなる電界効果トランジスタは大気中で安定に動作し、高い半導体特性及び耐久性を有することが判明した。また、電子受容性材料を含まない比較例と比べ、移動度、閾値電圧、ON電流のいずれの半導体特性も改善できるだけでなく、面内の均一性も向上できることが判明した。更には半導体層を作製する際には特別な設備等を必要とする真空蒸着法を用いる必要がないだけでなく、基板表面処理におけるパターニング等の煩雑な作業やトラップ低減等の機能を目的とする層の形成工程を必要とせずとも塗布法等により簡便かつ安価に半導体層を作製でき、半導体特性を改善できることが確認された。従って、本発明の有機半導体材料を用いた電界効果トランジスタは優れたトランジスタ性能を有する極めて有用なものであると言える。   From the above evaluation results of semiconductor characteristics, it was found that the field effect transistor made of the organic semiconductor material of the present invention operates stably in the atmosphere and has high semiconductor characteristics and durability. Further, it was found that not only the semiconductor characteristics of mobility, threshold voltage, and ON current can be improved, but also the in-plane uniformity can be improved as compared with the comparative example not including the electron accepting material. Furthermore, when the semiconductor layer is manufactured, not only does it need to use a vacuum deposition method that requires special equipment, but also the purpose is to perform complicated operations such as patterning in substrate surface treatment and functions such as trap reduction. It was confirmed that a semiconductor layer can be easily and inexpensively produced by a coating method or the like without requiring a layer forming step, and the semiconductor characteristics can be improved. Therefore, it can be said that the field effect transistor using the organic semiconductor material of the present invention is extremely useful having excellent transistor performance.

1 基板
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 半導体層
5 ゲート絶縁体層
6 ゲート電極
7 保護層
1 substrate 2 source electrode 3 drain electrode 4 semiconductor layer 5 gate insulator layer 6 gate electrode 7 protective layer

Claims (6)

下記式(1)で表される化合物、及び下記式(1)で表される化合物に対して1乃至10質量%のシアノ基を有する電子受容性化合物を、少なくとも1種類の有機溶媒に溶解及び/又は分散してなる有機半導体材料であって、上記シアノ基を有する電子受容性化合物がテトラシアノキノジメタン又はその誘導体である、有機半導体材料
Figure 0005913108
(式(1)中、R及びRはそれぞれ独立に無置換またはハロゲノ置換C1−C36脂肪族炭化水素基を表す)
A compound represented by the following formula (1) and an electron-accepting compound having 1 to 10% by mass of a cyano group with respect to the compound represented by the following formula (1) are dissolved in at least one organic solvent and An organic semiconductor material obtained by dispersing an organic semiconductor material , wherein the electron-accepting compound having a cyano group is tetracyanoquinodimethane or a derivative thereof .
Figure 0005913108
(In formula (1), R 1 and R 2 each independently represents an unsubstituted or halogeno-substituted C1-C36 aliphatic hydrocarbon group)
式(1)におけるR及びRがそれぞれ独立にC12以下の直鎖の脂肪族炭化水素基である請求項1に記載の有機半導体材料。 The organic semiconductor material according to claim 1, wherein R 1 and R 2 in formula (1) are each independently a C12 or lower linear aliphatic hydrocarbon group. 式(1)で表される化合物に対するシアノ基を有する電子受容性化合物の含有量が1乃至2質量%である請求項1又は2に記載の有機半導体材料。 The organic semiconductor material according to claim 1 or 2 , wherein the content of the electron-accepting compound having a cyano group with respect to the compound represented by the formula (1) is 1 to 2% by mass. 請求項1乃至のいずれか一に記載の有機半導体材料から得られた有機薄膜を含むことを特徴とする電界効果トランジスタ。 Field effect transistor comprising the organic thin film obtained from an organic semiconductor material according to any one of claims 1 to 3. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の有機半導体材料を塗布又は印刷し、乾燥することによって有機薄膜を形成する電界効果トランジスタの製造方法。 The manufacturing method of the field effect transistor which forms an organic thin film by apply | coating or printing the organic-semiconductor material as described in any one of Claims 1 thru | or 3 , and drying. ゲート電極、ゲート絶縁体層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を備える電界効果トランジスタの製造方法であって、基板もしくはゲート絶縁体層上のソース電極とドレイン電極との間に請求項1乃至のいずれか一項に記載の有機半導体材料を塗布又は印刷して、乾燥することにより有機薄膜を形成する電界効果トランジスタの製造方法。
A gate electrode, a gate insulator layer, a semiconductor layer, a method of manufacturing a field effect transistor having a source electrode and a drain electrode, claims 1 to 3 between the source electrode and the drain electrode on the substrate or the gate insulator layer A method for producing a field effect transistor, wherein an organic thin film is formed by applying or printing the organic semiconductor material according to any one of the above and drying it.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6247560B2 (en) * 2014-02-20 2017-12-13 富士フイルム株式会社 Organic thin film transistor, organic semiconductor thin film and organic semiconductor material
CN107360720B (en) * 2015-03-23 2019-08-02 日本化药株式会社 Organic compound, organic semiconducting materials, organic film and manufacturing method, organic semiconductor composition, organic semiconductor device
GB2539895B (en) * 2015-06-29 2020-10-07 Flexenable Ltd Organic electronic/optoelectronic devices
EP3333917B1 (en) * 2015-08-04 2022-04-06 FUJIFILM Corporation Organic thin film transistor, method for manufacturing organic thin film transistor, material for organic thin film transistors, composition for organic thin film transistors, organic semiconductor film, and compound
EP3258509A1 (en) * 2016-06-14 2017-12-20 Solvay SA 9,9-disubstituted 9,10-dihydroacridine compounds and their use for doping crystalline organic semiconductors
CN115448473B (en) * 2022-08-29 2023-06-20 常熟金陵海虞热电有限公司 Scale inhibitor for circulating cooling water of thermal power plant and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009000683A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-31 Cambridge Display Technology Ltd Organic thin film transistors, organic light-emissive devices and organic light-emissive displays
JP2010100621A (en) * 2008-10-23 2010-05-06 Novaled Ag Radialene compound and use thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8124964B2 (en) * 2006-10-20 2012-02-28 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha Field-effect transistor
JP2009152355A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 Konica Minolta Holdings Inc Manufacturing method of organic thin film transistor, and organic thin film transistor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009000683A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-31 Cambridge Display Technology Ltd Organic thin film transistors, organic light-emissive devices and organic light-emissive displays
JP2010100621A (en) * 2008-10-23 2010-05-06 Novaled Ag Radialene compound and use thereof

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6015006448; H. Ebata, et al.: 'Highly Soluble[1]Benzothieno[3,2-b]benzothiophene (BTBT) Derivatives for High-Performance, Solution-' Journal of the American Chemical Society Vol. 129, 20071129, Pages 15732-15733, American Chemical Society *
JPN7015000445; T. Minari, et al.: 'Surface selective deposition of molecular semiconductors for solution-based integration of organic f' APPLIED PHYSICS LETTERS Vol. 94, 20090306, Pages 093307-1-3, American Institute of Physics *
JPN7015000446; L. Ma, et al.: 'High performance polythiophene thin-filmtransistors doped with very small amounts of an electron acc' APPLIED PHYSICS LETTERS Vol. 92, 20080215, Pages 063310-1-3, American Institute of Physics *

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