JP6116018B2 - 有機半導体素子 - Google Patents

有機半導体素子 Download PDF

Info

Publication number
JP6116018B2
JP6116018B2 JP2015015744A JP2015015744A JP6116018B2 JP 6116018 B2 JP6116018 B2 JP 6116018B2 JP 2015015744 A JP2015015744 A JP 2015015744A JP 2015015744 A JP2015015744 A JP 2015015744A JP 6116018 B2 JP6116018 B2 JP 6116018B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
organic semiconductor
strain
semiconductor element
semiconductor layer
thin film
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.)
Active
Application number
JP2015015744A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016143675A (ja
Inventor
松井　弘之
弘之 松井
純一 竹谷
純一 竹谷
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.)
University of Tokyo NUC
Original Assignee
University of Tokyo NUC
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
Priority to JP2015015744A priority Critical patent/JP6116018B2/ja
Application filed by University of Tokyo NUC filed Critical University of Tokyo NUC
Priority to PCT/JP2016/052266 priority patent/WO2016121791A1/ja
Priority to CN201680018138.1A priority patent/CN107431095B/zh
Priority to EP16743394.5A priority patent/EP3252829A4/en
Priority to US15/547,594 priority patent/US10854825B2/en
Priority to CN202110544249.9A priority patent/CN113285023A/zh
Publication of JP2016143675A publication Critical patent/JP2016143675A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6116018B2 publication Critical patent/JP6116018B2/ja
Priority to US16/502,174 priority patent/US10903434B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6576—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only sulfur in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. benzothiophene
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
    • H10K10/488—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions the channel region comprising a layer of composite material having interpenetrating or embedded materials, e.g. a mixture of donor and acceptor moieties, that form a bulk heterojunction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/622—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing four rings, e.g. pyrene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/623—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing five rings, e.g. pentacene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6574—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only oxygen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. cumarine dyes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H10K71/15—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating characterised by the solvent used
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K77/00—Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
    • H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
    • H10K77/111—Flexible substrates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Description

本発明は、有機半導体素子に関する。
従来、この種の有機半導体素子としては、多結晶や非晶質体の有機半導体に圧縮応力を作用させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この素子では、湾曲した状態の基板に有機半導体を蒸着法やスピンコート法により薄膜として形成し、湾曲した基板を平板となるまで引っ張ることにより、有機半導体に圧縮応力を作用させている。そして、有機半導体に圧縮応力を作用させることにより、有機半導体のキャリアの移動度を高くしている。
特開２００５−１６６７４２号公報
しかしながら、上述の有機半導体素子では、多結晶や非晶質体の有機半導体を用いるため、同一の多結晶構造や同一の非晶質体構造の有機半導体を得るのは困難となり、構造の相違により同一手法により製造し、同一の圧縮応力を作用させて同一の歪みを与えても、有機半導体のキャリアの移動度が異なる場合も多く、均一な特性の有機半導体素子を得ることは困難となる。
本発明の有機半導体素子は、均一な特性を有する有機半導体素子を提供することを主目的とする。
本発明の有機半導体素子は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の有機半導体素子は、
有機半導体を用いた有機半導体素子であって、
前記有機半導体は、単結晶の薄膜として形成されており、
少なくとも前記有機半導体に歪みを与えたときのキャリアの移動度に基づいて作動する、
ことを特徴とする。
本発明の有機半導体素子では、有機半導体は単結晶の薄膜として形成されている。単結晶の結晶構造は分子により定まるから、基本的には製造手法を問わず、同一の結晶構造となる。このため、同一の歪みを与えると、同一のキャリアの移動度とすることができる。したがって、均一な特性を有する有機半導体素子とすることができる。
ここで、有機半導体としては、厚さが２００ｎｍ以下、例えば１００ｎｍや５０ｎｍの薄膜として形成することができる。有機半導体に与える歪みは、圧縮方向として１０％以下の範囲内が好適である。また、有機半導体としては、４環以上の多環芳香族化合物や、少なくとも１つの不飽和の五員複素環式化合物と複数のベンゼン環とによる４環以上の多環化合物を用いることができる。
こうした本発明の有機半導体素子において、前記有機半導体はキャリアの移動方向に所定の歪みを作用させた状態が保持されているものとすることもできる。即ち、所定の歪みを作用させた状態としてキャリアの移動度を固定して用いるのである。こうした有機半導体を用いることにより、各種半導体素子を得ることができる。
また、本発明の有機半導体素子において、前記有機半導体に対して、基準となる所定の歪みを与えたときのキャリアの移動度と前記所定の歪みとは異なる歪みを与えたときのキャリアの移動度に基づいて作動するものとすることもできる。こうすれば、有機半導体素子をセンサ素子として用いることができる。
本発明の第１実施例としての有機半導体素子２０の構成の一例を示す説明図である。 有機半導体層３０を形成する様子の一例を示す説明図である。 有機半導体層３０の結晶構造をｂ軸方向から視た様子を模式的に示す模式図である。 有機半導体層３０の結晶構造をａ軸方向から視た様子を模式的に示す模式図である。 有機半導体層３０におけるキャリアの移動度と歪みの大きさとの関係を示す説明図である。 単結晶の有機半導体に圧縮応力を作用させる前後における分子の振動の様子を模式的に示す模式図である。 本発明の第２実施例としての有機半導体素子１２０の構成の一例を示す説明図である。 有機半導体層１３０の形成方法の一例を示す説明図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施例としての歪みセンサとして機能する有機半導体素子２０の構成の一例を示す説明図である。有機半導体素子２０は、基板２２と、基板２２上に形成された有機半導体層３０と、有機半導体層３０上に形成された２つのゲージリード３２（２つのゲージリード３２のうちの１つは図示せず）と、を備える。
基板２２は、プラスチック（例えば、ポリエチレンナフタレートなど）により、厚さが５０μｍ〜１０ｍｍ、例えば、１００μｍ〜２００μｍとなるよう形成されている。
有機半導体層３０は、有機半導体（例えば、次式（１）で示される構造の3,11-ジデシルジナフト[2,3-d:2',3'-d']ベンゾ[1,2-b:4,5-b']ジチオフェン（Ｃ１０−ＤＮＢＤＴ））の単結晶の薄膜として、厚さが２００ｎｍ以下、例えば、１００ｎｍや５０ｎｍとなるよう形成されている。
Figure 0006116018
ここで、有機半導体層３０の形成方法について説明する。図２は、有機半導体層３０を形成する様子の一例を示す説明図である。まず、基板２２の上方に、基板２２に対して略垂直になるようブレード５０を配置する。このとき、基板２２とブレード５０の先端５０ａとの距離が、形成しようとしている有機半導体層３０の厚さより大きい所定距離（例えば、２００μｍなど）となるようにブレード５０を配置する。そして、基板２２とブレード５０の先端５０ａとの間に溶液供給管５２を用いて図２における左側から芳香族化合物（例えば、o-ジクロロベンゼンなど）の溶剤に有機半導体を溶解させた溶液５４を供給しながら、基板２２を図における右方向へゆっくりと移動させると、ブレード５０の先端５０ａから離れた部分の溶液５４の溶剤が蒸発して有機半導体層３０が単結晶の薄膜として形成される。このとき、基板２２の移動速度と単結晶の成長速度とを同一にすることにより、単結晶を図２における成長点５６から均一な厚さに成長させることができる。なお、実施例では、基板２２を図における右方向へ移動させるものとしたが、基板２２を移動させずにブレード５０と溶液供給管５２とを移動させるものとしてもよい。
図３は有機半導体層３０の結晶構造をｂ軸方向から視た様子を模式的に示す模式図であり、図４は有機半導体層３０の結晶構造をａ軸方向から視た様子を模式的に示す模式図であり、図５は、有機半導体層３０におけるキャリアの移動度と歪みの大きさとの関係を示す説明図である。図３，４において、３つの結晶軸（ａ軸、ｂ軸、ｃ軸）を矢印で示し、単位格子を四角で囲んでいる。有機半導体層３０は、例えば、有機半導体の結晶構造においてｃ軸に平行な方向（図３における太線矢印に示す方向）に圧縮応力が作用して歪みが与えられると、図５に示すように、与えられた歪みの大きさに応じてキャリアの移動度が変化する。キャリアの移動度は、与えられる歪みの大きさに応じて定まり、与えられる歪みが大きくなるほど大きくなる。例えば、歪みが３％のときのキャリアの移動度は、歪みが０％のときの１．７倍の１６．５［ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）］となる。一般に、多結晶の有機半導体は、形成手法によって異なる結晶構造となるため、同一の圧縮応力を作用させて同一の歪みを与えても同一のキャリアの移動度を得ることができない。これに対して、単結晶の有機半導体は、結晶構造が分子により定まるから、基本的には形成手法を問わず、同一の結晶構造となり、同一の圧縮応力を作用させて同一の歪みを与えると、同一のキャリアの移動度を得ることができる。そのため、単結晶の有機半導体は歪みに対して均一な特性を有するものとなる。キャリアの移動度が大きくなる理由は以下のように考えられる。図６は、単結晶の有機半導体に圧縮応力を作用させる前後における分子の振動の様子を模式的に示す模式図である。単結晶の有機半導体に圧縮応力を作用させると、結晶に歪みが生じて分子同士が近づき、キャリアが有機半導体内を移動しやすくなり、キャリアの移動度が大きくなると考えられる。また、分子同士が近づくと分子の振動が小さくなることから、図示するように、圧縮応力を作用させる前より作用させた後のほうが分子の振動が小さくなり、キャリアが有機半導体内を移動しやすくなり、キャリアの移動度が大きくなると考えられる。さらに、結晶に与えられる歪みが大きくなるほど分子同士の距離がより近くなるから、キャリアの移動度は結晶に与えられる歪みが大きくなるほど大きくなる。このように、単結晶の有機半導体は、与えられる歪みが大きくなるほどキャリアの移動度が大きくなる特性を有し、この特性は、有機半導体の形成手法に拘わらず、均一なものとなる。実施例では、有機半導体層３０を単結晶の薄膜として形成したから、有機半導体層３０を歪みに対して均一な特性（与えられる歪みが大きくなるほどキャリアの移動度が大きくなる特性）を有するものとすることができる。
こうして構成された有機半導体素子２０では、被検出物の歪みの量を以下の手順で検出する。最初に、被検出物に基板２２を接着した状態でゲージリード３２に所定の電圧を印加する。被検出部の歪みが変化すると、基板２２と共に有機半導体層３０に作用する応力が変化して有機半導体層３０に与えられる歪みが変化する。有機半導体層３０に与えられる歪みが変化すると、歪みの大きさに応じて有機半導体層３０のキャリアの移動度が変化し、ゲージリード３２に流れるゲージ電流が変化する。有機半導体素子２０では、こうしたゲージ電流の変化を測定することにより、被検出物の歪みの量を測定することができる。そして、有機半導体層３０が、単結晶の薄膜として形成されており、歪みに対して均一な特性を有するから、均一な特性を有する歪みセンサを提供することができる。
以上説明した第１実施例の歪みセンサ素子として機能する有機半導体素子２０によれば、有機半導体層３０を単結晶の薄膜として形成することにより、被検出物の歪みの量を測定することができる。また、有機半導体層３０を単結晶の薄膜として形成することにより、同一の歪みを与えると、同一のキャリアの移動度とすることができ、均一な特性を有する歪みセンサを提供することができる。
第１実施例では、有機半導体素子２０を歪みセンサとして機能するものとしたが、こうした歪みセンサとして機能するものに限定されるものではなく、例えば、感圧部に与えられた圧力を検出する感圧センサや温度を検出する温度センサなど、歪みが変化したとき（基準となる所定の歪みを与えたときのキャリアの移動度と所定の歪みと異なる歪みを与えたとき）のキャリアの移動度に基づいて作動するものなら如何なるものに用いても構わない。例えば、感圧センサとして用いる場合には、有機半導体素子をシートに貼り付け、シートが押圧されて有機半導体素子の歪みが変化したときに流れる電流（キャリアの移動度）に基づいてシートに加えられた圧力を検出するものとしてもよい。また、温度センサとして用いる場合には、バイメタルと同様に、有機半導体素子を熱膨張率が異なる金属に接着して、温度の変化による熱膨張率の差で有機半導体素子の歪みが変化したときに流れる電流（キャリアの移動度）に基づいて温度を検出するものとしてもよい。
続いて、第２実施例のトランジスタとして機能する有機半導体素子１２０について説明する。図７は、本発明の第２実施例としての有機半導体素子１２０の構成の一例を示す説明図である。有機半導体素子１２０は、トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタとして構成されており、基板１２２と、基板１２２の所定の領域上に形成されたゲート電極１２４と、基板１２２上およびゲート電極１２４上に形成されたゲート絶縁膜１２６と、ゲート電極１２４の上方に位置するようゲート絶縁膜１２６上に形成された有機半導体層１３０と、有機半導体層１３０の両側に位置するようゲート絶縁膜の上に形成されたソース電極１３２およびドレイン電極１３４と、を備える。
基板１２２は、プラスチック（例えば、ポリエチレンナフタレートなど）により、厚さが５０μｍ〜１０ｍｍ、例えば、１００μｍ〜２００μｍとなるよう形成されている。
ゲート電極１２４，ソース電極１３２，ドレイン電極１３４は、金などの金属材料により形成されている。ゲート電極１２４は、厚さが５０ｎｍ以下、例えば、４０ｎｍや３０ｎｍとなるよう形成されている。ソース電極１３２，ドレイン電極１３４は、厚さが５０ｎｍ以下、例えば、４０ｎｍや３０ｎｍとなるよう形成されている。
ゲート絶縁膜１２６は、絶縁物（例えば、ポリメチルメタクリレートなど）により、厚さが２００ｎｍ以下、例えば、１５０ｎｍや１００ｎｍとなるよう形成されている。
有機半導体層１３０は、上述した式（１）で示される構造の有機半導体の単結晶の薄膜として、厚さが２００ｎｍ以下、例えば、１００ｎｍや５０ｎｍとなるよう形成されている。有機半導体層１３０は、図３に示した結晶構造における結晶軸のｃ軸が形成されるチャネルの向きと平行になるよう形成されており、ｃ軸方向で圧縮応力を作用させることによって所定の歪みを作用させた状態で保持されている。ここで、「所定の歪み」としては、有機半導体層１３０や基板１２２やゲート絶縁膜１２６を破損しない程度の歪みであればよく、実施例では、圧縮方向で１０％以下、例えば、圧縮方向に３％の歪みを用いることができる。
ここで、有機半導体層１３０に形成方法について説明する。図８は、有機半導体層１３０の形成方法の一例を示す説明図である。最初に、図示するように、ゲート絶縁膜１２６が形成された基板１２２を湾曲させた状態で有機半導体の単結晶の薄膜（有機半導体層３０）を図中左右方向になるよう形成する。そして、その後、基板１２２を平板となるまで引っ張って薄膜に圧縮応力を作用させることにより、所定の歪みを作用させた状態で保持された有機半導体層１３０を形成する。なお、有機半導体層１３０に所定の歪みを作用させた状態を保持させる方法としては、図８に例示した方法の他に、基板１２２を加熱して熱膨張させた状態で有機半導体の単結晶の薄膜を形成し、その後基板１２２を常温に戻して熱収縮させる方法など他の方法を用いてもよい。
このように有機半導体層１３０を単結晶の薄膜として形成したから、有機半導体層１３０に同一の圧縮応力を作用させて同一の歪みを与えると、同一のキャリアの移動度を得ることができる。したがって、有機半導体層１３０を歪みに対して均一な特性を有するものとすることができる。
こうして構成された有機半導体素子１２０は、ゲート電極１２４，ソース電極１３２，ドレイン電極１３４のそれぞれに作動用の電圧を印加することにより有機半導体層１３０内にチャネルが形成されてトランジスタとして作動する。有機半導体層１３０が、単結晶の薄膜として形成されており、歪みに対して均一な特性を有するから、均一の特性のトランジスタを提供することができる。また、有機半導体層１３０に歪みを作用させた状態で保持させることにより、歪みを作用させない場合と比較するとキャリアの移動度が高くなるから、ソース電極１３２とドレイン電極１３４との間により多くの電流を流すことができ、より駆動力の高いトランジスタを提供することができる。
以上説明した第２実施例のトランジスタとして機能する有機半導体素子１２０によれば、有機半導体層１３０を単結晶の薄膜として形成することにより、駆動力の高いトランジスタを提供することができる。また、有機半導体層１３０を単結晶の薄膜として形成することにより、同一の歪みを与えると、同一のキャリアの移動度とすることができ、均一な特性を有するトランジスタを提供することができる。
第２実施例では、有機半導体素子２０をトップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタとして構成するものとしたが、トップコンタクト−トップゲート型の電界効果トランジスタなど、シリコンや窒化ガリウムなどの無機半導体に形成可能なタイプのトランジスタであれば如何なるタイプのトランジスタとして構成してもよい。また、こうしたトランジスタに限定されるものではなく、キャリアの移動方向に所定の歪みを作用させた状態が保持されるものであれば如何なるものとしても構わない。
第１，第２実施例の有機半導体素子２０，１２０では、有機半導体層３０，１３０を上述した式（１）の構造の有機半導体により形成するものとしたが、有機半導体としては、例えば、４環以上の多環芳香族化合物や、１つの或いは複数の不飽和の五員複素環式化合物と複数のベンゼン環とによる４環以上の多環化合物を用いることができる。例えば、次式（２）〜次式（１４）のいずれかの構造であるものとしてもよい。なお、式（２）〜式（１４）中、Ｒは、直鎖アルキル、分岐アルキル、フッ素化直鎖・分岐アルキル、トリイソプロピルシリルエチニル、フェニルなどを用いることができる。
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
Figure 0006116018
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、有機半導体素子の製造産業などに利用可能である。
２０，１２０ 有機半導体素子、２２，１２２ 基板、３０，１３０ 有機半導体層、３２ ゲージリード、５０ ブレード、５０ａ 先端、５２ 溶液供給管、５４ 溶液、５６ 成長点、１２４ ゲート電極、１２６ ゲート絶縁膜、１３２ ソース電極、１３４ ドレイン電極。

Claims (6)

  1. 有機半導体を用いた有機半導体素子であって、
    前記有機半導体は、単結晶の薄膜として形成され、キャリアの移動方向に所定の歪みを作用させた状態が保持されており、
    少なくとも前記有機半導体に歪みを与えたときのキャリアの移動度に基づいて作動する、
    ことを特徴とする有機半導体素子。
  2. 請求項１記載の有機半導体素子であって、
    前記有機半導体は、結晶軸のｃ軸方向で圧縮応力を作用させることによって前記所定の歪みを作用させた状態が保持されている、
    有機半導体素子。
  3. 請求項２記載の有機半導体素子であって、
    ゲート電極と、
    ソース電極と、
    ドレイン電極と、
    を備え、
    前記ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して前記有機半導体の結晶軸のａ軸方向に配置されており、
    前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ｃ軸方向において、前記有機半導体の両側に位置するように配置されている、
    有機半導体素子。
  4. 請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の有機半導体素子であって、
    前記有機半導体は、４環以上の多環芳香族化合物、または、少なくとも１つの不飽和の五員複素環式化合物と複数のベンゼン環とによる４環以上の多環化合物である、
    有機半導体素子。
  5. 請求項１ないし４のうちのいずれか１つ請求項に記載の有機半導体素子であって、
    前記有機半導体は、厚さが２００ｎｍ以下の薄膜として形成されている、
    有機半導体素子。
  6. 請求項１ないし５のうちのいずれか１つの請求項に記載の有機半導体素子であって、
    前記有機半導体に与える歪みは、圧縮方向で１０％以下の範囲内である、
    有機半導体素子。
JP2015015744A 2015-01-29 2015-01-29 有機半導体素子 Active JP6116018B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015015744A JP6116018B2 (ja) 2015-01-29 2015-01-29 有機半導体素子
CN201680018138.1A CN107431095B (zh) 2015-01-29 2016-01-27 有机半导体元件
EP16743394.5A EP3252829A4 (en) 2015-01-29 2016-01-27 Organic semiconductor element
US15/547,594 US10854825B2 (en) 2015-01-29 2016-01-27 Organic semiconductor element
PCT/JP2016/052266 WO2016121791A1 (ja) 2015-01-29 2016-01-27 有機半導体素子
CN202110544249.9A CN113285023A (zh) 2015-01-29 2016-01-27 有机半导体元件
US16/502,174 US10903434B2 (en) 2015-01-29 2019-07-03 Organic semiconductor element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015015744A JP6116018B2 (ja) 2015-01-29 2015-01-29 有機半導体素子

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017050785A Division JP6635466B2 (ja) 2017-03-16 2017-03-16 有機半導体素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016143675A JP2016143675A (ja) 2016-08-08
JP6116018B2 true JP6116018B2 (ja) 2017-04-19

Family

ID=56543402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015015744A Active JP6116018B2 (ja) 2015-01-29 2015-01-29 有機半導体素子

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10854825B2 (ja)
EP (1) EP3252829A4 (ja)
JP (1) JP6116018B2 (ja)
CN (2) CN113285023A (ja)
WO (1) WO2016121791A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7249001B2 (ja) * 2018-09-04 2023-03-30 国立大学法人 東京大学 有機半導体素子、歪みセンサ、振動センサ及び有機半導体素子の製造方法
KR20210126020A (ko) * 2019-02-22 2021-10-19 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠 유기 반도체 디바이스, 유기 반도체 단결정막의 제조 방법, 및 유기 반도체 디바이스의 제조 방법
CN110487455A (zh) * 2019-08-07 2019-11-22 北京理工大学 一种光辅助提高应力传感器灵敏度的方法
JP7493228B2 (ja) 2019-09-03 2024-05-31 国立研究開発法人産業技術総合研究所 有機半導体材料および有機薄膜トランジスタ

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004008545A1 (ja) * 2002-07-15 2004-01-22 Pioneer Corporation 有機半導体素子及びその製造方法
JP2005079204A (ja) * 2003-08-28 2005-03-24 Canon Inc 電界効果型トランジスタおよびその製造方法
JP4736318B2 (ja) 2003-11-28 2011-07-27 Ｔｄｋ株式会社 積層体の製造方法及び有機電界効果トランジスタの製造方法
US20050211973A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-29 Kiyotaka Mori Stressed organic semiconductor
WO2006046521A1 (ja) 2004-10-25 2006-05-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 電子デバイスおよびその製造方法、ならびにそれを用いた電子機器
US7671448B2 (en) * 2005-03-24 2010-03-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device including two organic semiconductor layers
DE112006002268T5 (de) * 2005-08-31 2008-07-24 Sumitomo Chemical Co., Ltd. Transistor, organische Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung des Transistors oder der Vorrichtung
US7749921B2 (en) 2006-06-07 2010-07-06 Panasonic Corporation Semiconductor element, method for manufacturing the semiconductor element, electronic device and method for manufacturing the electronic device
EP2232606A1 (en) * 2007-12-17 2010-09-29 3M Innovative Properties Company Solution processable organic semiconductors based on anthracene
JP5478189B2 (ja) 2009-10-16 2014-04-23 学校法人東海大学 大気安定性に優れた有機トランジスタ
JP5666474B2 (ja) * 2009-12-14 2015-02-12 出光興産株式会社 多環縮環化合物、及び、それを用いた有機薄膜トランジスタ
JP2011242153A (ja) * 2010-05-14 2011-12-01 Citizen Holdings Co Ltd 歪センサおよび歪み測定方法
WO2012165612A1 (ja) * 2011-06-03 2012-12-06 国立大学法人九州大学 有機半導体材料及び有機エレクトロニクスデバイス
JP5950251B2 (ja) * 2011-09-09 2016-07-13 国立研究開発法人物質・材料研究機構 有機半導体単結晶形成方法
CN103907178A (zh) * 2011-11-04 2014-07-02 索尼公司 有机半导体元件的制造方法、有机半导体元件、有机单晶体薄膜的成长方法、有机单晶体薄膜、电子设备及有机单晶体薄膜组
JP2013159584A (ja) * 2012-02-07 2013-08-19 Univ Of Tokyo 電子材料およびこれを用いた電子素子
JP2014049722A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Nec Corp 有機半導体トランジスタおよびその製造方法
WO2015137304A1 (ja) 2014-03-12 2015-09-17 Dic株式会社 化合物、並びにそれを含有する有機半導体材料、有機半導体インク及び有機トランジスタ
JP6590361B2 (ja) 2014-03-20 2019-10-16 パイクリスタル株式会社 有機半導体膜及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016121791A1 (ja) 2016-08-04
US10854825B2 (en) 2020-12-01
CN113285023A (zh) 2021-08-20
JP2016143675A (ja) 2016-08-08
EP3252829A1 (en) 2017-12-06
EP3252829A4 (en) 2018-09-26
CN107431095A (zh) 2017-12-01
US20180145266A1 (en) 2018-05-24
US20190326522A1 (en) 2019-10-24
CN107431095B (zh) 2021-06-01
US10903434B2 (en) 2021-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10903434B2 (en) Organic semiconductor element
Pu et al. Fabrication of stretchable MoS2 thin-film transistors using elastic ion-gel gate dielectrics
Jin et al. Multiferroic polymer laminate composites exhibiting high magnetoelectric response induced by hydrogen‐bonding interactions
Phan et al. Thickness dependence of the piezoresistive effect in p-type single crystalline 3C-SiC nanothin films
Ferrando-Villalba et al. In-plane thermal conductivity of sub-20 nm thick suspended mono-crystalline Si layers
US20160251250A1 (en) Method for obtaining a wavy layer locally suspended on a substrate using a deformation by formation of wrinkles
CN111621746B (zh) 一种范德华介电材料及其制备方法和应用
JP2021027186A5 (ja)
GB2534675A8 (en) Compound semiconductor device structures comprising polycrystalline CVD diamond
US9947689B2 (en) Semiconductor device structure with 110-PFET and 111-NFET current flow direction
Neri et al. Electronic transport modulation on suspended few-layer MoS 2 under strain
Cour et al. Origin of stress and enhanced carrier transport in solution-cast organic semiconductor films
JP6635466B2 (ja) 有機半導体素子
Jung et al. Nanoampere‐Level Piezoelectric Energy Harvesting Performance of Lithography‐Free Centimeter‐Scale MoS2 Monolayer Film Generators
Touhtouh et al. PU/PZT composites for vibratory energy harvesting
Shen et al. Synthesis of Large-Area Single-to Few-Layered MoS2 on an Ionic Liquid Surface
Phan Piezoresistive effect of p-type single crystalline 3C-SiC: Silicon carbide mechanical sensors for harsh environments
Sun et al. Silicon carbide-on-insulator thermal-piezoresistive resonator for harsh environment application
Hiroshiba et al. Layer-by-layer growth of precisely controlled hetero-molecular multi-layers and superlattice structures
Zou et al. Nonsaturating Linear Magnetoresistance Manifesting Two-Dimensional Transport in Wet-Chemical Patternable Bi2O2Te Thin Films
Diallo et al. Morphology and microstructure of picene thin-films for air-operating transistors
Gillinger et al. High temperature performance of sputter-deposited piezoelectric aluminum nitride thin films
Nagy et al. Mechanical spectroscopy of thin layers of PPV polymer on Si substrates
Dinh et al. Future Prospects of SiC Thermoelectrical Sensing Devices
Jin Silicon carbide pressure sensors for high temperature applications

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160829

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20160829

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20160929

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20161202

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: 20170214

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170316

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6116018

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250