JP6326297B2 - 有機デバイス用電極、及びそれを備えた有機デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、有機デバイス用電極、及びそれを備えた有機デバイスに関する。
従来の有機デバイス用電極の技術として、例えば非特許文献１及び２に開示された技術が知られている。
非特許文献１及び２に記載された有機デバイス用電極は、ＩＴＯからなる層の上に導電性高分子層が成膜された構造を有している。導電性高分子層を構成する材料として、ポリアニリンやＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)：ポリ(4-スチレンスルホン酸)）等が挙げられている。このように、有機デバイス用電極をＩＴＯからなる層及び導電性高分子層の２層構造とすることによって、有機デバイスの性能を向上させている。
また、有機デバイス用電極には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料からなる金属層を備えた構造が知られている。例えば特許文献１には、置換または未置換のポリアセチレンの少なくとも１つの高分子末端に、金属、金属酸化物または合金の表面と結合可能な有機官能基（末端官能基）を有する置換ポリアセチレン、及びこの置換ポリアセチレンの高分子鎖末端が金属、金属酸化物または合金からなる電極に結合している有機デバイスが開示されている。このような、置換ポリアセチレンの高分子鎖末端と電極との化学結合によって、置換ポリアセチレンからなる層と電極との接着性が向上する。
Applied Physics Letters 64(1994)1245
Applied Physics Letters 70(1994)2067
しかしながら、上述のような従来技術は、以下の問題がある。
まず、非特許文献１及び２に記載された技術を金属材料からなる金属層を備えた有機デバイス用電極に適用した場合、有機デバイスの特性が悪くなる。
非特許文献１及び２の技術のように、ＩＴＯからなる層の上に導電性高分子層が成膜された構造である場合、有機デバイスのキャリア注入効率が向上し、特性がよくなる。しかし、ＩＴＯからなる層の代わりに金属材料からなる金属層を用いた場合、有機デバイスの特性が悪くなる。導電性高分子層は、通常、導電性高分子を溶媒で溶解した溶液をコートすることによって形成される。金属材料からなる金属層に対する、ポリアニリンやＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の導電性高分子溶液の濡れ性が悪いため、導電性高分子層は、金属層の表面上で不均一に形成される。また、導電性高分子溶液によって金属層は酸化する、あるいは腐食するため、金属層の導電性が悪くなる。このため、有機デバイスは、特性が向上しない。
また、特許文献１に記載された置換ポリアセチレンの構造を介したキャリア伝導は良好ではない。図１４は、特許文献１に記載された従来技術の問題点を説明するための模式図である。
特許文献１に記載された技術において、金属等と置換ポリアセチレンとの間の具体的な化学結合の形成方法は、下記の２通りである。
(i) 金属等と化学結合できる末端官能基を有する置換ポリアセチレンを、金属等と反応させる。
(ii) 金属等と化学結合できる末端官能基を金属等と結合させた後、置換ポリアセチレンと末端官能基とを反応させる。
特許文献１に記載された技術では、Ａ．置換ポリアセチレンまたはＢ．末端官能基の面内方向（横方向）のサイズが上記(i)及び(ii)のほぼ全てのケースで一致しないと考えられる。
上記 (ii) では、置換ポリアセチレンが金属等の表面と結合するためには、末端官能基が金属等と結合しているという制限がある。一方、上記 (i) では、そのような制限はない。
まず、面内方向（横方向）において、Ａ．置換ポリアセチレンのサイズがＢ．末端官能基のサイズよりも小さい（Ａ＜Ｂ）場合、上記 (ii) では、置換ポリアセチレンの密度が本来のポリアセチレン密度よりも減少するため、キャリア伝導が良好でない。また、上記 (i) では、上記 (ii) の状況に加え、末端置換基の立体障害による置換ポリアセチレンの配向性（ややミクロな視点での膜均一性）が低下することによって、キャリア伝導が良好でないことが考えられる。
また、面内方向（横方向）において、Ａ．置換ポリアセチレンのサイズがＢ．末端官能基のサイズよりも大きい（Ａ＞Ｂ）場合、上記(ii)では置換ポリアセチレンの密度や、置換ポリアセチレンの立体障害による置換ポリアセチレンの配向性が低下するため、上記(i)では末端官能基の密度が低くなるため、キャリア伝導が良好でない。
以上のように、特許文献１に記載された技術では、置換ポリアセチレンの密度や配向性が低下するため、置換ポリアセチレンを介したキャリア伝導が良好ではない。それゆえ、特許文献１に記載された有機デバイスは、特性が向上しない。
以上のように、非特許文献１及び２、並びに特許文献１に記載の従来技術では、金属層を有する有機デバイス用電極を備えた有機デバイスの特性を向上させることは困難である。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、金属層を有し、有機デバイスの特性を向上させることが可能な有機デバイス用電極、及びそれを備えた有機デバイスを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る有機デバイス用電極は、金属を含む金属層、チオール化合物を含むチオール化合物層、及び導電性高分子を含む導電性高分子層がその順に積層されており、上記チオール化合物は、分子構造中に、上記金属と結合するチオール基、及び上記金属と結合しない親水性の置換基を有することを特徴としている。
本発明の一態様によれば、有機デバイスの特性を向上させることができるという効果を奏する。
〔実施形態１〕
（有機デバイス用電極１００の構成）
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る有機デバイス用電極１００の構成を模式的に示した断面図である。
（有機デバイス用電極１００の構成）
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る有機デバイス用電極１００の構成を模式的に示した断面図である。
図１に示されるように、本実施形態に係る有機デバイス用電極１００は、金属層１１と、金属層１１上に設けられたチオール化合物層１２と、チオール化合物層１２上に設けられた導電性高分子層１３とを備えている。
金属層１１は、有機デバイス内で生じたキャリアを外部の回路へ取出す役割、または外部の回路からキャリアが注入される役割を担っている。金属層１１は、例えばガラス等の基板上に形成される構成が一般的であるが、この構成に限定されない。例えば、基板そのものが金属層１１によって構成されていてもよい。
金属層１１に含まれる金属材料としては、キャリアの輸送損失をできるだけ防ぐという目的から、抵抗率が低い材料を用いることが好ましい。また、金属層１１は、後述のチオール化合物層１２と結合できる材料からなることが好ましく、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択された１種の材料、または、上記群から選択される２つ以上の合金を主成分として含む。
チオール化合物層１２は、金属層１１の金属と結合するチオール基（−ＳＨ）を有するチオール化合物を主成分として含む。チオール化合物層１２は、有機デバイス用電極１００内において、キャリアを金属層１１から導電性高分子層１３へ、または導電性高分子層１３から金属層１１へ輸送する役割を担う。また、チオール化合物層１２には、導電性高分子層１３を金属層１１の表面上に均一に膜状に形成させる役割がある。このように、チオール化合物層１２が存在することによって、導電性高分子層１３が金属層１１表面に均一に形成される。このため、金属層１１と導電性高分子層１３との間でのキャリアの授受がスムーズに行われ得る。さらに、チオール化合物層１２は、金属層１１を保護する役割を果たす。このため、導電性高分子層１３の原料となる導電性高分子溶液により金属層１１が腐食する、あるいは酸化することを防止することができる。
それゆえ、有機デバイスを作製するために有機デバイス用電極１００上に有機半導体層を成膜するに際し、導電性高分子層１３と有機半導体層とが直接接触する領域が増大し、かつ、導電性高分子層１３と有機半導体層との界面の状態が良好になる。このため、作製される有機デバイスは、有機デバイス用電極１００と有機半導体層との間のキャリアの授受がスムーズに行われ得る。また、チオール化合物層１２によって、金属層１１の腐食または酸化による有機デバイス用電極１００の導電性の低下を防止することができる。
したがって、チオール化合物層１２を有する有機デバイス用電極１００を用いることによって、有機デバイスの特性を向上させることができる。
導電性高分子層１３は、有機デバイス用電極１００の最上面に設けられている。有機デバイスにおいては、導電性高分子層１３は、有機半導体層と直接接触するため、有機半導体層へキャリアを注入する、あるいは有機半導体層からキャリアを取出す役割を果たす。このように、導電性高分子層１３と有機半導体層との間のキャリアの授受によって、キャリアの注入効率、または取出し効率を向上させることができる。
また、導電性高分子層１３は、導電性高分子を主成分とする薄膜として形成されている。導電性高分子層１３の厚さは、特に限定されないが、１ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。導電性高分子層１３の厚さが１ｎｍ以上であれば、キャリアの注入効率または取出し効率を向上させる効果を奏し得る。また、導電性高分子層１３の厚さが１０μｍ以下であれば、キャリアが金属層１１やチオール化合物層１２に到達するまでに導電性高分子層１３内で失活するのを抑えることができる。
導電性高分子層１３の主成分となる材料は、上述した役割を果たすものであれば特に限定されないが、例えば、ポリアニリン、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)：ポリ(4-スチレンスルホン酸)）等が挙げられている。
（有機デバイス用電極１００の製造方法）
次に、本実施形態に係る有機デバイス用電極１００の製造方法について、説明する。図２は、有機デバイス用電極１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。
次に、本実施形態に係る有機デバイス用電極１００の製造方法について、説明する。図２は、有機デバイス用電極１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図２に示されるように、基板上に金属層１１を形成する金属層形成工程Ｓ１１と、金属層１１上にチオール化合物層１２を形成するチオール化合物層形成工程Ｓ２１と、チオール化合物層１２上に導電性高分子層１３を形成する導電性高分子層形成工程Ｓ３１と、を含んでいる。有機デバイス用電極１００の製造方法では、金属層形成工程Ｓ１１、チオール化合物層形成工程Ｓ２１、導電性高分子層形成工程Ｓ３１の順に行われる。なお、有機デバイス用電極１００の製造方法には、金属層形成工程Ｓ１１、チオール化合物層形成工程Ｓ２１、及び導電性高分子層形成工程Ｓ３１以外の工程が含まれていてもよい。
金属層形成工程Ｓ１１は、例えば基板上に金属層１１を成膜することによって行われ得る。金属層１１の形成方法には、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式真空蒸着法若しくは電子ビーム式真空蒸着法などの真空蒸着法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、インクジェット法、またはスクリーン印刷法等を用いることができる。また、金属層１１をパターニングする場合、パターニング方法として、例えば、フォトプロセスを用いたエッチング法、リフトオフ法、またはメタルマスクを用いて堆積させる方法等の既存の方法を用いることができる。
チオール化合物層形成工程Ｓ２１は、例えば、金属層１１上にチオール化合物分子からなる自己組織化単分子膜を形成することによって行われ得る。チオール化合物層１２の形成方法には、特に限定されないが、例えば、チオール化合物分子の蒸気を金属層１１の表面上に曝すことによって成膜する気相法、または、チオール化合物分子を有機溶媒などの溶媒中に溶解させたチオール化合物溶液を作製し、この溶液に金属層１１の表面をディップ法やスピンコート法等によって曝す液相法等を用いることができる。
気相法によってチオール化合物層１２を作製する場合、反応時間は、特に限定されないが、チオール化合物分子の種類やチオール化合物分子の量によって適宜設定し得、例えば、１秒以上１０００分以下とすることができる。また、反応系の温度は、例えば０℃以上４００℃以下とすることができるが、反応中に温度を変更してもよい。
また、液相法によってチオール化合物層１２を作製する場合においても、反応時間は、特に限定されないが、チオール化合物分子の種類やチオール化合物分子の量によって適宜設定し得、例えば、１秒以上１０００分以下とすることができる。また、反応系の温度は、例えば０℃以上２５０℃以下とすることができるが、反応中に温度を変更してもよい。
導電性高分子層形成工程Ｓ３１は、チオール化合物層１２上に導電性高分子層１３を成膜することによって行われ得る。
導電性高分子層１３の形成方法には、特に限定されないが、例えば、水などの溶媒に目的の導電性高分子を溶解させた導電性高分子溶液を作製し、この溶液にチオール化合物層１２の表面をディップコート法やスピンコート法等によって曝す液相法を用いることができる。また、真空蒸着等の方法で導電性高分子の基となる低分子を形成した後に、加熱処理を行うことによって高分子化する方法なども用いることができる。
液相法により導電性高分子層１３を形成するとき、形成条件は、特に限定されないが、例えばスピンコート法を用いる場合、スピンの回転数を１００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下とすることができる。スピンの回転数は、導電性高分子層１３の形成時に適宜変更してもよい。また、導電性高分子層１３を形成した後に加熱処理を行ってもよい。
（有機デバイス用電極１００の作用効果）
図３は、有機デバイス用電極１００の作用効果を説明するための説明図であり、図３の（ａ）は、従来の有機デバイス用電極の製造方法を示し、図３の（ｂ）は、本実施形態に係る有機デバイス用電極の製造方法を示す。なお、図３に示された有機デバイス用電極の製造方法では、金属層１１としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等を主成分とする層を用い、導電性高分子層１３としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを主成分とする層を用いている。
図３は、有機デバイス用電極１００の作用効果を説明するための説明図であり、図３の（ａ）は、従来の有機デバイス用電極の製造方法を示し、図３の（ｂ）は、本実施形態に係る有機デバイス用電極の製造方法を示す。なお、図３に示された有機デバイス用電極の製造方法では、金属層１１としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等を主成分とする層を用い、導電性高分子層１３としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを主成分とする層を用いている。
本実施形態に係る有機デバイス用電極１００の特徴点は、金属層１１と導電性高分子層１３との間に親水性置換基を有するチオール化合物からなるチオール化合物層１２が形成されていることにある。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに代表される化合物からなる導電性高分子層１３を有する有機デバイス用電極は、導電性高分子層１３と有機半導体層との間のキャリア注入が良好になる。このため、この有機デバイス用電極を備えた有機デバイスは、特性が向上する。しかし、有機デバイス用電極を製造するに際し、図３の（ａ）に示されるように、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等を主成分とする金属層１１上に導電性高分子層１３を形成するとき、導電性高分子の金属層１１に対する濡れ性が悪いため、金属層１１の表面に均一な導電性高分子層１３を形成することができない。
そのため、図３の（ａ）に示される従来の有機デバイス用電極を備えた有機デバイスは、有機半導体層と導電性高分子層１３との接触面積が小さい、導電性高分子層１３の不均一性による大きな表面凹凸によって有機半導体層と有機デバイス用電極との密着性が悪い、等の不具合が生じる。そして、この不具合によって、導電性高分子層１３の効力が十分に発揮されない。また、金属層１１上に導電性高分子層１３を形成するに際し、導電性高分子溶液を金属層１１上にコートする場合、金属層１１が導電性高分子溶液によって腐食する、あるいは酸化することがある。そのため、腐食または酸化によって金属層１１の導電性が悪くなる等により、導電性高分子層１３を用いることによる効果を十分に発揮することができない。
本実施形態に係る有機デバイス用電極１００によれば、金属層１１上に、親水性の置換基を有するチオール化合物からなるチオール化合物層１２が設けられている。導電性高分子層１３は、（特に親水性の）有機物と相性がよい（濡れ性がよい）。このため、導電性高分子溶液を金属層１１上にコートする場合、導電性高分子層１３は、チオール化合物層１２上に均一に成膜され得る。また、チオール化合物層１２は、膜厚が小さいため、金属層１１と導電性高分子層１３との間の導電を実効的に阻害しない。加えて、チオール化合物層１２は、金属層１１を保護する役割を果たす。それゆえ、導電性高分子溶液による金属層１１の腐食または酸化を防止することができる。
このように、本実施形態に係る有機デバイス用電極１００は、金属層１１と導電性高分子層１３との間にチオール化合物層１２が導入された「金属層１１／チオール化合物層１２／導電性高分子層１３」構造を有するので、導電性高分子層１３の膜均一性が向上するとともに金属層１１の腐食や酸化が防止される。そして、これにより、導電性高分子層１３の効力を十分に発揮することができ、有機デバイスにおけるキャリア注入効率を十分に向上させることができる。
ここで、金属層１１の金属は、チオール化合物層１２が金属層１１上に形成可能な材料である必要がある。それゆえ、金属層１１を構成する金属材料は、チオール化合物層１２を構成するチオール化合物分子との化学結合を形成することが可能な金属材料である必要がある。
また、図４は、チオール化合物層１２のチオール化合物分子、及び導電性高分子層１３の導電性高分子の関係を模式的に示した図である。図４に示されるように、本実施形態に係る有機デバイス用電極１００によれば、チオール化合物層１２と導電性高分子層１３とが分かれている。それゆえ、チオール化合物層１２及び導電性高分子層１３は、密度及び配向性が互いに干渉することがない。すなわち、導電性高分子層１３の導電性高分子の密度または配向性は、チオール化合物層１２を構成するチオール化合物分子の影響を受けず、良好な状態となっている。また、チオール化合物層１２のチオール化合物分子の密度または配向性は、導電性高分子の影響を受けず、良好な状態となっている。このため、有機デバイス用電極１００を備えた有機デバイスは、特性が向上する。
（チオール化合物層１２に含まれるチオール化合物について）
本実施形態に係る有機デバイス用電極１００は、上述のように、金属層１１、チオール化合物層１２、及び導電性高分子層１３が積層された３層構造を有している。チオール化合物層１２は、金属と結合する硫黄分子（チオール基）を有するチオール化合物分子からなる自己組織化単分子膜（チオールＳＡＭ）で構成されている。チオール化合物層１２を構成するチオール化合物は、分子構造中に、金属層１１を構成する金属と結合するチオール基、及び金属層１１を構成する金属と結合しない親水性の置換基を有していればよい。この親水性の置換基を有するチオールＳＡＭ（チオール化合物層１２）にて金属層１１表面を修飾することによって、導電性高分子層１３となる導電性高分子溶液の濡れ性が向上する。その結果、導電性高分子層１３は、チオール化合物層１２の表面に均一に形成される。さらには、チオールＳＡＭ（チオール化合物層１２）は、金属層１１を保護する保護層として機能するため、導電性高分子溶液による金属層１１の腐食または酸化を防止することができる。
本実施形態に係る有機デバイス用電極１００は、上述のように、金属層１１、チオール化合物層１２、及び導電性高分子層１３が積層された３層構造を有している。チオール化合物層１２は、金属と結合する硫黄分子（チオール基）を有するチオール化合物分子からなる自己組織化単分子膜（チオールＳＡＭ）で構成されている。チオール化合物層１２を構成するチオール化合物は、分子構造中に、金属層１１を構成する金属と結合するチオール基、及び金属層１１を構成する金属と結合しない親水性の置換基を有していればよい。この親水性の置換基を有するチオールＳＡＭ（チオール化合物層１２）にて金属層１１表面を修飾することによって、導電性高分子層１３となる導電性高分子溶液の濡れ性が向上する。その結果、導電性高分子層１３は、チオール化合物層１２の表面に均一に形成される。さらには、チオールＳＡＭ（チオール化合物層１２）は、金属層１１を保護する保護層として機能するため、導電性高分子溶液による金属層１１の腐食または酸化を防止することができる。
また、上記チオール化合物における親水性の置換基は、導電性高分子溶液との濡れ性を向上させることが可能な置換基であれば特に限定されない。好ましくは、親水性の置換基は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ニトロ基、金属と結合していないチオール基、及び金属と反応していないセレノール基からなる群から選択される、少なくとも１種である。
また、上記チオール化合物は、主鎖に、π共役系構造を有することが好ましい。π共役系構造は、有機化合物の化学構造の中でも良好な導電性を有するので、有機デバイス用電極１００の導電性が向上する。このような、主鎖にπ共役系構造を有するチオール化合物としては、芳香族系チオール化合物が挙げられる。
また、導電性の面から、上記チオール化合物は、主鎖が短いことが好ましい。上記チオール化合物の主鎖の長さの下限は、チオール化合物層の安定性の観点から、主鎖が脂肪族である場合は炭素数３であることが望ましく、また、芳香族である場合はベンゼン環１個であることが望ましい。主鎖が脂肪族である場合における主鎖の長さの下限（炭素数３）、及び主鎖が芳香族である場合における主鎖の長さの下限（ベンゼン環１個）は共に、約７Åに相当する。それゆえ、主鎖の長さの下限は、７Åであることが望ましい。
なお、本実施形態においては、チオール化合物は、主鎖にπ共役系構造を有する化合物に限定されず、例えば脂肪族系チオール化合物であってもよい。
チオール化合物層１２を構成するチオール化合物は、具体的には、４−ヒドロキシベンゼンチオール、４’−ヒドロキシ−４−メルカプトビフェニル、８−ヒドロキシ−１−オクタンチオール、７−カルボキシ−１−ヘプタンチオール等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの中でも、４−ヒドロキシベンゼンチオールが好ましい。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態は、実施形態１に係る有機デバイス用電極を備えた有機デバイスに関するものであり、より具体的には、有機ＴＦＴ素子に関する。
（有機ＴＦＴ素子２００の構成）
図５は、本実施形態に係る有機デバイスとしての有機ＴＦＴ素子２００の概略構成を示す断面図である。
図５は、本実施形態に係る有機デバイスとしての有機ＴＦＴ素子２００の概略構成を示す断面図である。
図５に示されるように、本実施形態に係る有機ＴＦＴ素子２００では、基板２１上にゲート絶縁層２２が設けられている。ゲート絶縁層２２上には、ソース電極２０ａとドレイン電極２０ｂとが間隔を置いて形成されている。また、ソース電極２０ａとドレイン電極２０ｂとに挟まれるように、ゲート絶縁層２２上に有機半導体層２６が形成されている。
基板２１は、ゲート電極を兼ねた構成となっており、例えばシリコン（Ｓｉ）から構成されている。
また、ゲート絶縁層２２は、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、ゲート絶縁層２２は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の無機材料からなる無機絶縁層であっても、パリレン、ポリイミド、ポリビニルフェノール等の有機材料からなる有機絶縁層であってもよい。
有機半導体層２６は、有機半導体材料を主成分として含む層である。有機半導体層２６に含まれる有機半導体材料は、従来公知の有機ＴＦＴ素子に用いられる有機半導体であれば特に限定されるものではない。例えば、有機半導体層２６は、フラーレン、フラーレン誘導体、ペンタセン、ペンタセン誘導体、ジナフトチエノチオフェン、ジナフトチエノチオフェン誘導体、ペリレン誘導体、フタロシアニン誘導体、オリゴチオフェン、ポリチオフェン等の有機半導体材料から構成することができる。有機半導体層２６は、フラーレン、フラーレン誘導体、ペンタセン、ペンタセン誘導体、ジナフトチエノチオフェン、ジナフトチエノチオフェン誘導体から構成することが好ましい。具体的には、有機半導体層２６は、Ｃ６０フラーレン及びその誘導体（以下、Ｃ６０と記す）から構成されている。
フラーレンまたはその誘導体は、良好な電流特性を有する有機半導体材料の一つであり、ｎ型の有機半導体材料として現在最も注目されている材料の一つである。また、ジナフトチエノチオフェンまたはその誘導体は、安定性に優れ良好な電流特性を有する有機半導体材料の一つであり、ｐ型の有機半導体材料として現在最も注目されている材料の一つである。このため、フラーレンまたはその誘導体、または、ジナフトチエノチオフェンまたはその誘導体からなる有機半導体層２６を備えた有機ＴＦＴ素子２００は、大きな移動度を得ることができる。
ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂは、実施形態１にて説明した有機デバイス用電極１００と同様の構成を有する。すなわち、ソース電極２０ａは、金属層２３ａと、金属層２３ａ上に設けられたチオール化合物層２４ａと、チオール化合物層２４ａ上に設けられた導電性高分子層２５ａとを備えている。同様に、ドレイン電極２０ｂは、金属層２３ｂと、金属層２３ｂ上に設けられたチオール化合物層２４ｂと、チオール化合物層２４ｂ上に設けられた導電性高分子層２５ｂとを備えている。ここで、金属層２３ａ及び２３ｂを構成する金属は、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）であることが好ましい。
ここで、有機ＴＦＴ素子２００において、有機半導体層２６は、ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂに直接接触している。このため、有機ＴＦＴ素子２００の構成によれば、ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂと有機半導体層２６との間のキャリアの授受をスムーズに行うことができる。また、ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂにおいて、金属層２３ａ及び２３ｂは、チオール化合物層２４ａ及び２４ｂによって腐食または酸化が防止される。それゆえ、有機ＴＦＴ素子２００の特性が向上する。
（有機ＴＦＴ素子２００の製造方法）
次に、本実施形態に係る有機ＴＦＴ素子２００の製造方法について、説明する。有機ＴＦＴ素子２００の製造方法は、ゲート電極を兼ねた基板２１を作製する基板作製工程と、基板２１にゲート絶縁層２２（ゲート絶縁膜）を形成するゲート絶縁層形成工程と、ゲート絶縁層２２上にソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂを形成するゲートドレイン電極形成工程と、有機半導体層２６を形成する有機半導体層形成工程と、を含む。
次に、本実施形態に係る有機ＴＦＴ素子２００の製造方法について、説明する。有機ＴＦＴ素子２００の製造方法は、ゲート電極を兼ねた基板２１を作製する基板作製工程と、基板２１にゲート絶縁層２２（ゲート絶縁膜）を形成するゲート絶縁層形成工程と、ゲート絶縁層２２上にソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂを形成するゲートドレイン電極形成工程と、有機半導体層２６を形成する有機半導体層形成工程と、を含む。
上記基板作製工程では、例えば、ガラス等からなる絶縁基板上にゲート電極となる材料を形成する。ゲート電極となる材料を絶縁基板上に形成する方法は、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式真空蒸着法若しくは電子ビーム式真空蒸着法などの真空蒸着法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、インクジェット法、スクリーン印刷法などを用いることができる。また、ゲート電極をパターニングする場合には、例えば、フォトプロセスを用いたエッチング法、リフトオフ法、または、メタルマスクを用いて堆積させる方法等の、既存の方法を用いることができる。
続いて、上記ゲート絶縁層形成工程では、ゲート絶縁層２２となる材料をゲート電極上に形成して、ゲート絶縁層２２を形成する。ゲート絶縁層２２の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式真空蒸着法若しくは電子ビーム式真空蒸着法などの真空蒸着法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、インクジェット法、スクリーン印刷法などを用いることができる。また、ゲート絶縁層２２をパターニングする場合には、例えば、フォトプロセスを用いたエッチング法、リフトオフ法、または、メタルマスクを用いて堆積させる方法などの既存の方法を用いることができる。
続いて、上記ゲートドレイン電極形成工程を実施する。上記ゲートドレイン電極形成工程におけるソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂの形成方法は、上記実施形態１に係る有機デバイス用電極１００の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
最後に、上記有機半導体層形成工程では、ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂと、ゲート絶縁層２２の少なくとも一部とに連続して接するように有機半導体層２６を形成する。有機半導体層２６の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式真空蒸着法などの真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、インクジェット法、スクリーン印刷法などを用いることができる。有機半導体層２６をパターニングする場合には、例えば、フォトプロセスを用いたエッチング法、リフトオフ法、または、メタルマスクを用いて堆積させる方法などの既存の方法を用いることができる。
（有機ＴＦＴ素子２００の具体的な構成例）
有機ＴＦＴ素子２００の具体的な構成として、例えば、以下の構成が挙げられる。
有機ＴＦＴ素子２００の具体的な構成として、例えば、以下の構成が挙げられる。
すなわち、図５に示される構成において、ゲート電極を兼ねた基板２１を構成する材料がシリコン（Ｓｉ）であり、ゲート絶縁層２２を構成する材料が酸化シリコン（ＳｉＯ２）であり、金属層２３ａ及び２３ｂを構成する材料が金（Ａｕ）であり、チオール化合物層２４ａ及び２４ｂを構成するチオール化合物が４−ヒドロキシベンゼンチオールであり、導電性高分子層２５ａ及び２５ｂを構成する導電性高分子がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳである。また、有機半導体層２６としてｐ型有機半導体からなる層を用いる場合、具体的な有機半導体層２６は、膜厚６０ｎｍのペンタセンからなる層である。有機半導体層２６としてｎ型有機半導体からなる層を用いる場合、具体的な有機半導体層２６は、膜厚６０ｎｍのＣ６０からなる層である。
また、ゲート絶縁層２２の膜厚は、３００ｎｍであり、ソース電極２０ａとドレイン電極２０ｂとの間隔（チャネル長）は、５０μｍである。
このような有機ＴＦＴ素子２００は、ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂと有機半導体層２６との間のキャリア注入が良好になるため、閾値電極を低減でき、かつ高い移動度を有する。
（有機ＴＦＴ素子２００の変形例）
なお、本実施形態に係る有機ＴＦＴ素子２００は、上述した構成に限定されるものではなく、上述した構成要素以外の構成要素を有していてもよい。このような構成要素としては、特に限定されないが、例えば、有機ＴＦＴ素子２００を封止するように形成された封止層が挙げられる。そして、封止層を構成する材料として、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができる。
なお、本実施形態に係る有機ＴＦＴ素子２００は、上述した構成に限定されるものではなく、上述した構成要素以外の構成要素を有していてもよい。このような構成要素としては、特に限定されないが、例えば、有機ＴＦＴ素子２００を封止するように形成された封止層が挙げられる。そして、封止層を構成する材料として、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができる。
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態は、実施形態１に係る有機デバイス用電極を備えた有機デバイスに関するものであり、より具体的には、有機薄膜太陽電池素子に関する。
（有機薄膜太陽電池素子３００の構成）
図６は、本実施形態に係る有機デバイスとしての有機薄膜太陽電池素子３００の概略構成を示す断面図である。
図６は、本実施形態に係る有機デバイスとしての有機薄膜太陽電池素子３００の概略構成を示す断面図である。
図６に示されるように、本実施形態に係る有機薄膜太陽電池素子３００では、基板３１上に下部電極３０が設けられている。下部電極３０上には有機半導体層３５が設けられている。また、有機半導体層３５上には、上部電極３６が設けられている。
基板３１は、特に限定されないが、例えば、ステンレス基板、ポリイミド基板、サファイヤ基板、ガラス基板等が挙げられる。
有機半導体層３５は、有機半導体材料を主成分として含む層である。有機半導体層３５に含まれる有機半導体材料は、従来公知の有機薄膜太陽電池素子に用いられる有機半導体であれば特に限定されるものではない。例えば、有機半導体層３５は、フタロシアニン誘導体、フラーレン、フラーレン誘導体、ジナフトチエノチオフェン、ジナフトチエノチオフェン誘導体、ペリレン誘導体、ポリチオフェン等の有機半導体材料から構成することができる。有機半導体層３５は、フタロシアニン誘導体、フラーレン、フラーレン誘導体、ポリチオフェン等から構成されていることが好ましく、フラーレンまたはフラーレン誘導体を含んでいることが特に好ましい。具体的には、有機半導体層３５は、Ｃ６０／銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）：Ｃ６０／ＣｕＰｃの３層構造から構成されている。
上部電極３６を構成する材料は、従来公知の有機薄膜太陽電池素子に用いられる材料であれば特に限定されるものではない。例えば、上部電極３６は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、マグネシウム−銀合金（Ｍｇ：Ａｇ）、ＩＴＯ、ＺｎＯ等から構成することができる。上部電極３６は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）から構成されていることが好ましい。具体的には、上部電極３６は、金（Ａｕ）あるいは銀（Ａｇ）から構成されている。
下部電極３０は、実施形態１にて説明した有機デバイス用電極１００と同様の構成を有する。すなわち、下部電極３０は、基板３１から有機半導体層３５へ向かって、金属層３２、チオール化合物層３３、導電性高分子層３４がこの順に積層された構成になっている。ここで、金属層３２に含まれる金属は、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）であることが好ましい。
ここで、有機薄膜太陽電池素子３００において、有機半導体層３５は、下部電極３０に直接接触している。このため、有機薄膜太陽電池素子３００の構成によれば、下部電極３０と有機半導体層３５との間のキャリアの授受をスムーズに行うことができる。また、下部電極３０において、金属層３２は、チオール化合物層３３によって腐食または酸化が防止される。それゆえ、有機薄膜太陽電池素子３００の特性が向上する。
（有機薄膜太陽電池素子３００の製造方法）
次に、本実施形態に係る有機薄膜太陽電池素子３００の製造方法について、説明する。有機薄膜太陽電池素子３００の製造方法は、基板３１上に下部電極３０を形成する下部電極形成工程と、下部電極３０上に有機半導体層３５を形成する有機半導体層形成工程と、有機半導体層３５上に上部電極３６を形成する上部電極形成工程と、を含む。
次に、本実施形態に係る有機薄膜太陽電池素子３００の製造方法について、説明する。有機薄膜太陽電池素子３００の製造方法は、基板３１上に下部電極３０を形成する下部電極形成工程と、下部電極３０上に有機半導体層３５を形成する有機半導体層形成工程と、有機半導体層３５上に上部電極３６を形成する上部電極形成工程と、を含む。
まず、上記下部電極形成工程を実施する。上記下部電極形成工程における下部電極３０の形成方法は、上記実施形態１に係る有機デバイス用電極１００の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
続いて、上記有機半導体層形成工程を実施する。上記有機半導体層形成工程における有機半導体層３５の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式真空蒸着法などの真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、インクジェット法、スクリーン印刷法などを用いることができる。有機半導体層３５をパターニングする場合には、例えば、フォトプロセスを用いたエッチング法、リフトオフ法、または、メタルマスクを用いて堆積させる方法などの既存の方法を用いることができる。
最後に、上記上部電極形成工程を実施する。上記上部電極形成工程における上部電極３６の形成方法は、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式真空蒸着法若しくは電子ビーム式真空蒸着法などの真空蒸着法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、インクジェット法、スクリーン印刷法などを用いることができる。また、上部電極３６をパターニングする場合には、例えば、フォトプロセスを用いたエッチング法、リフトオフ法、または、メタルマスクを用いて堆積させる方法などの既存の方法を用いることができる。
（有機薄膜太陽電池素子３００の具体的な構成例）
有機薄膜太陽電池素子３００の具体的な構成として、例えば、以下の構成が挙げられる。
有機薄膜太陽電池素子３００の具体的な構成として、例えば、以下の構成が挙げられる。
すなわち、図６に示される構成において、基板３１を構成する材料がガラスである。また、金属層３２は、銀（Ａｇ）から構成されており、２５ｎｍ程度の膜厚とすることによって光半透過性を有する。また、チオール化合物層３３は、４−ヒドロキシベンゼンチオールから構成され、導電性高分子層３４は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳから構成されている。また、有機半導体層３５は、導電性高分子層３４側から、Ｃ６０からなる層、ＣｕＰｃ：Ｃ６０からなる層、ＣｕＰｃからなる層がこの順に積層されたＣ６０／ＣｕＰｃ：Ｃ６０／ＣｕＰｃの３層の積層構造になっており、これら３層の合計膜厚が１００ｎｍ程度である。また、上部電極３６は、金（Ａｕ）から構成されている。
（有機薄膜太陽電池素子３００の変形例）
なお、本実施形態に係る有機薄膜太陽電池素子３００は、上述した構成に限定されるものではなく、上述した構成要素以外の構成要素を有していてもよい。このような構成要素としては、特に限定されないが、例えば、基板３１上に設けられた反射防止層、有機薄膜太陽電池素子３００を封止するように形成された封止層が挙げられる。上記反射防止層として、例えば、微細な凹凸形状を有するフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）または酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いることができる。また、封止層を構成する材料として、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができる。
なお、本実施形態に係る有機薄膜太陽電池素子３００は、上述した構成に限定されるものではなく、上述した構成要素以外の構成要素を有していてもよい。このような構成要素としては、特に限定されないが、例えば、基板３１上に設けられた反射防止層、有機薄膜太陽電池素子３００を封止するように形成された封止層が挙げられる。上記反射防止層として、例えば、微細な凹凸形状を有するフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）または酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いることができる。また、封止層を構成する材料として、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができる。
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態は、実施形態１に係る有機デバイス用電極を備えた有機デバイスに関するものであり、より具体的には、有機ＥＬ素子に関する。
（有機ＥＬ素子４００の構成）
図７は、本実施形態に係る有機デバイスとしての有機ＥＬ素子４００の概略構成を示す断面図である。
図７は、本実施形態に係る有機デバイスとしての有機ＥＬ素子４００の概略構成を示す断面図である。
図７に示されるように、本実施形態に係る有機ＥＬ素子４００では、基板４１上に下部電極４０が設けられている。下部電極４０上には有機半導体層４５が設けられている。また、有機半導体層４５上には、上部電極４６が設けられている。
基板４１は、特に限定されないが、例えば、ポリイミド基板、サファイヤ基板、ガラス基板等が挙げられる。
有機半導体層４５は、有機半導体材料を主成分として含む層である。有機半導体層４５に含まれる有機半導体材料は、従来公知の有機ＥＬ素子に用いられる有機半導体であれば特に限定されるものではない。例えば、有機半導体層４５は、銅フタロシアニン等のフタロシアニン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）等のトリフェニルアミン誘導体、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）−１、１’−ビフェニル等のカルバゾール誘導体、バソクプロイン（ＢＣＰ）等のフェナンスロリン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ジオクチル−３，４，９，１０−ペリレンカルボキシミド等のペリレン誘導体、２−（４−ビフェニリル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール等のオキサジアゾール誘導体、ジスチルアリレン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ポリチオフェン、ポリフルオレン、クマリン、ルブレン、トリス（８−ヒドロキシキノリノ）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）、トリス［２−フェニルピリジナート−Ｃ２，Ｎ］イリジウム錯体等の有機半導体材料から構成することができる。有機半導体層４５は、Ｎ，Ｎ’−ジ−［（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル］−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＤ）、Ａｌｑ３、ＢＣＰ等から構成されていることが好ましい。具体的には、有機半導体層４５は、４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）／トリス（８−ヒドロキシキノリノ）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）の２層構造から構成されている。
上部電極４６を構成する材料は、従来公知の有機ＥＬ素子に用いられる材料であれば特に限定されるものではない。例えば、上部電極４６は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、マグネシウム−銀合金（Ｍｇ：Ａｇ）、マグネシウム−インジウム合金（Ｍｇ：Ｉｎ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）やカルシウム（Ｃａ）やバリウム（Ｂａ）やセシウム（Ｃｓ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層膜等から構成することができる。上部電極４６は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム−銀合金（Ｍｇ：Ａｇ）、フッ化リチウム／アルミニウム積層膜（ＬｉＦ／Ａｌ）から構成されていることが好ましい。具体的には、上部電極４６は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）／アルミニウム（Ａｌ）の積層膜から構成されている。
下部電極４０は、実施形態１にて説明した有機デバイス用電極１００と同様の構成を有する。すなわち、下部電極３０は、基板４１から有機半導体層４５へ向かって、金属層４２、チオール化合物層４３、導電性高分子層４４がこの順に積層された構成になっている。ここで、金属層４２に含まれる金属は、金（Ａｕ）であることが好ましい。
ここで、有機ＥＬ素子４００において、有機半導体層４５は、下部電極４０に直接接触している。このため、有機ＥＬ素子４００の構成によれば、下部電極４０と有機半導体層４５との間のキャリアの授受をスムーズに行うことができる。また、下部電極４０において、金属層４２は、チオール化合物層４３によって腐食または酸化が防止される。それゆえ、有機ＥＬ素子４００の特性が向上する。
（有機ＥＬ素子４００の製造方法）
次に、本実施形態に係る有機ＥＬ素子４００の製造方法について、説明する。有機ＥＬ素子４００の製造方法は、基板４１上に下部電極４０を形成する下部電極形成工程と、下部電極４０上に有機半導体層４５を形成する有機半導体層形成工程と、有機半導体層４５上に上部電極４６を形成する上部電極形成工程と、を含む。
次に、本実施形態に係る有機ＥＬ素子４００の製造方法について、説明する。有機ＥＬ素子４００の製造方法は、基板４１上に下部電極４０を形成する下部電極形成工程と、下部電極４０上に有機半導体層４５を形成する有機半導体層形成工程と、有機半導体層４５上に上部電極４６を形成する上部電極形成工程と、を含む。
まず、上記下部電極形成工程を実施する。上記下部電極形成工程における下部電極４０の形成方法は、上記実施形態１に係る有機デバイス用電極１００の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
続いて、上記有機半導体層形成工程を実施する。上記有機半導体層形成工程における有機半導体層４５の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式真空蒸着法などの真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、インクジェット法、スクリーン印刷法などを用いることができる。有機半導体層４５をパターニングする場合には、たとえば、フォトプロセスを用いたエッチング法、リフトオフ法、または、メタルマスクを用いて堆積させる方法などの既存の方法を用いることができる。
最後に、上記上部電極形成工程を実施する。上記上部電極形成工程における上部電極４６の形成方法は、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式真空蒸着法若しくは電子ビーム式真空蒸着法などの真空蒸着法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、インクジェット法、スクリーン印刷法などを用いることができる。また、上部電極４６をパターニングする場合には、例えば、フォトプロセスを用いたエッチング法、リフトオフ法、または、メタルマスクを用いて堆積させる方法などの既存の方法を用いることができる。
（有機ＥＬ素子４００の具体的な構成例）
有機ＥＬ素子４００の具体的な構成として、例えば、以下の構成が挙げられる。
有機ＥＬ素子４００の具体的な構成として、例えば、以下の構成が挙げられる。
すなわち、図７に示される構成において、基板４１を構成する材料がガラスである。また、金属層４２は、金（Ａｕ）から構成されており、２５ｎｍ程度の膜厚とすることによって光半透過性を有する。また、チオール化合物層４３は、４−ヒドロキシベンゼンチオールから構成され、導電性高分子層４４は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳから構成されている。また、有機半導体層４５は、導電性高分子層４４側から、α−ＮＰＤからなる層、Ａｌｑ３からなる層がこの順に積層されたα−ＮＰＤ／Ａｌｑ３の２層の積層構造になっており、これら２層の合計膜厚が１００ｎｍ程度である。また、上部電極４６は、ＬｉＦ／Ａｌから構成されている。
（有機ＥＬ素子４００の変形例）
なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子４００は、上述した構成に限定されるものではなく、上述した構成要素以外の構成要素を有していてもよい。このような構成要素としては、特に限定されないが、例えば、有機ＥＬ素子４００を封止するように形成された封止層が挙げられる。封止層を構成する材料として、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができる。
なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子４００は、上述した構成に限定されるものではなく、上述した構成要素以外の構成要素を有していてもよい。このような構成要素としては、特に限定されないが、例えば、有機ＥＬ素子４００を封止するように形成された封止層が挙げられる。封止層を構成する材料として、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができる。
（有機デバイス用電極のその他の適用例）
実施形態１に係る有機デバイス用電極を備えた有機デバイスは、有機ＴＦＴ素子（実施形態２）、有機薄膜太陽電池素子（実施形態３）、有機ＥＬ素子（実施形態４）に限定されない。実施形態１に係る有機デバイス用電極を適用可能な、その他の有機デバイスとしては、例えば、有機センサーが挙げられる。具体的には、ガスの吸収によって、あるいは光照射下で、導電率が変化する有機半導体が存在する。それゆえ、このような有機半導体を実施形態１に係る有機デバイス用電極に適用し有機半導体の導電率変化をセンシングすることによって、ガスセンサーまたは光センサーに応用することができる。
実施形態１に係る有機デバイス用電極を備えた有機デバイスは、有機ＴＦＴ素子（実施形態２）、有機薄膜太陽電池素子（実施形態３）、有機ＥＬ素子（実施形態４）に限定されない。実施形態１に係る有機デバイス用電極を適用可能な、その他の有機デバイスとしては、例えば、有機センサーが挙げられる。具体的には、ガスの吸収によって、あるいは光照射下で、導電率が変化する有機半導体が存在する。それゆえ、このような有機半導体を実施形態１に係る有機デバイス用電極に適用し有機半導体の導電率変化をセンシングすることによって、ガスセンサーまたは光センサーに応用することができる。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る有機デバイス用電極１００は、金属を含む金属層１１、チオール化合物を含むチオール化合物層１２、及び導電性高分子を含む導電性高分子層１３がその順に積層されており、上記チオール化合物は、分子構造中に、上記金属と結合するチオール基、及び上記金属と結合しない親水性の置換基を有することを特徴としている。
本発明の態様１に係る有機デバイス用電極１００は、金属を含む金属層１１、チオール化合物を含むチオール化合物層１２、及び導電性高分子を含む導電性高分子層１３がその順に積層されており、上記チオール化合物は、分子構造中に、上記金属と結合するチオール基、及び上記金属と結合しない親水性の置換基を有することを特徴としている。
上記の構成によれば、チオール化合物層１２に含まれるチオール化合物は、分子構造中に、金属層１１の金属と結合するチオール基、及び金属層１１の金属と結合しない親水性の置換基を有している。それゆえ、この親水性の置換基を有するチオール化合物にて金属層１１表面を修飾することによって、導電性高分子層１３となる導電性高分子溶液の濡れ性が向上する。その結果、上記の構成によれば、導電性高分子層１３は、チオール化合物層１２の表面に均一に形成される。さらには、チオール化合物層１２は、金属層１１を保護する保護層として機能するため、導電性高分子溶液による金属層１１の腐食または酸化を防止することができる。そして、これらにより、導電性高分子層１３の効力を十分に発揮することができ、有機デバイスにおけるキャリア注入効率を十分に向上させることができる。
また、上記の構成によれば、チオール化合物層１２と導電性高分子層１３とが分かれている。それゆえ、チオール化合物層１２及び導電性高分子層１３は、密度及び配向性が互いに干渉することがない。
以上のことから、上記の構成によれば、有機デバイスの特性を向上させることができる。
本発明の態様２に係る有機デバイス用電極１００は、上記態様１において、上記親水性の置換基は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ニトロ基、金属と結合していないチオール基、及び金属と反応していないセレノール基からなる群から選択される、少なくとも１種であることが好ましい。
上記の構成によれば、導電性高分子層１３となる導電性高分子溶液の濡れ性が向上するし、導電性高分子層１３が、チオール化合物層１２の表面により均一に形成される。
本発明の態様３に係る有機デバイス用電極１００は、上記態様１または２において、上記金属層１１に含まれる金属は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択された１種であるか、あるいは、上記群から選択される２つ以上の金属の合金であることが好ましい。
上記の構成によれば、チオール化合物層１２のチオール化合物におけるチオール基と金属層１１との結合が良好になる。
本発明の態様４に係る有機デバイス用電極１００は、上記態様１〜３において、上記チオール化合物は、主鎖に、π共役系構造を有することが好ましい。
π共役系構造は、有機化合物の化学構造の中でも良好な導電性を有する。それゆえ、上記の構成によれば、有機デバイス用電極１００の導電性が向上する。
本発明の態様５に係る有機デバイス用電極１００は、上記態様１〜４において、上記チオール化合物は、芳香族系チオール化合物であることが好ましい。
本発明の態様６に係る有機デバイス用電極１００は、上記態様１〜５において、上記導電性高分子層１３は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含むことが好ましい。
上記の構成によれば、導電性高分子層１３上面に有機半導体層が設けられた有機デバイスにおいて、導電性高分子層１３と有機半導体層との間のキャリア注入が良好になり、有機デバイスの特性が向上する。
本発明の態様７に係る有機デバイス用電極１００は、上記態様１〜６において、上記チオール化合物は、４−ヒドロキシベンゼンチオールであることが好ましい。
上記の構成によれば、チオール化合物層１２表面上の導電性高分子層１３の均一性がより良好になるため、有機デバイス用電極１００の導電性がより良好になる。
本発明の態様８に係る有機デバイス（有機ＴＦＴ素子２００、有機薄膜太陽電池素子３００、有機ＥＬ素子４００）は、上記態様１〜７の有機デバイス用電極１００を備えたことを特徴としている。
上記の構成によれば、有機デバイスの特性を向上させることができる。
本発明の態様９に係る有機デバイス（有機ＴＦＴ素子２００）は、上記態様８において、ゲート電極を兼ねた基板２１上に、ゲート絶縁層２２と、ソース電極２０ａと、ドレイン電極２０ｂと、及び有機半導体層２６と、を備え、ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂの両方が上記有機デバイス用電極１００である有機ＴＦＴ素子２００であってもよい。
また、本発明の態様１０に係る有機デバイス（有機薄膜太陽電池素子３００）は、上記態様８において、基板３１上に、下部電極３０と、下部電極３０上に設けられた有機半導体層３５と、有機半導体層３５上に設けられた上部電極３６と、を備え、上記下部電極３０が、上記有機デバイス用電極１００である有機薄膜太陽電池素子３００であってもよい。
また、本発明の態様１１に係る有機デバイス（有機ＥＬ素子４００）は、上記態様８において、基板４１上に、下部電極４０と、下部電極４０上に設けられた有機半導体層４５と、有機半導体層４５上に設けられた上部電極４６と、を備え、上記下部電極４０が、上記有機デバイス用電極１００である有機ＥＬ素子４００であってもよい。
また、本発明の有機デバイスは、上述した有機デバイスに限定されず、例えば、有機センサー、より具体的には、光センサー、ガスセンサーに適用することができる。
すなわち、本発明の態様１２に係る有機デバイス（有機デバイス素子６００）は、上記態様８において、ガラスからなる基板６１上に、第１の電極６０ａと、第２の電極６０ｂと、及び有機半導体層６６と、を備え、第１の電極６０ａ及び第２の電極６０ｂの両方が上記有機デバイス用電極１００である有機センサーであってもよい。
また、本発明の態様１３に係る有機デバイス（有機デバイス素子７００）は、上記態様８において、ガラスからなる基板７１上に、下部電極７０と、下部電極７０上に設けられた有機半導体層６５と、有機半導体層６５上に設けられた上部電極７６と、を備え、上記下部電極７０が、上記有機デバイス用電極１００である有機センサーであってもよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明の一実施例について説明すれば以下の通りである。図８は、実施例１における有機デバイス用電極５００及び有機デバイス素子６００の概略構成を示す断面図である。
図８に示されるように、本実施例の有機デバイス用電極５００は、金属層５１が銀（Ａｇ）から構成され、チオール化合物層５２が、４−ヒドロキシベンゼンチオールから構成され、導電性高分子層５３がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳから構成されている。そして、電極６０ａ及び６０ｂとして、このような有機デバイス用電極５００を備えた有機デバイス素子６００は、基板６１がガラスから構成され、有機半導体層６６がＣｕＰｃから構成されている。
本実施例の有機デバイス素子６００は、以下のようにして作製された。
まず、２．２ｃｍ×２．２ｃｍのガラスからなる基板６１の表面上に、抵抗加熱による真空蒸着法によって密着層となるクロム（Ｃｒ）を形成した後にＡｇからなる金属層５１を形成した。そして、基板６１上にヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）処理を行い、ガラスからなる基板６１上にＨＭＤＳからなる膜を形成した(図示せず)。この基板６１を４−ヒドロキシベンゼンチオールを１０ｍｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたエタノール溶液中に５分間浸した後、エタノールでリンス洗浄し、Ａｇからなる金属層５１上に４−ヒドロキシベンゼンチオールからなるチオール化合物層５２を形成した。続いて、別途準備したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの水溶液を用いたスピンコート法によって、チオール化合物層５２上に導電性高分子層５３となるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を成膜した。この時、ガラスからなる基板６１表面は、ＨＭＤＳ処理によって撥水性となっている。このため、ガラス表面には、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜は形成されない。このようにしてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／４−ヒドロキシベンゼンチオール／Ａｇの３層の積層構造からなる、電極６０ａ及び６０ｂ（有機デバイス用電極５００）を形成した。さらに、この後、ＣｕＰｃを抵抗加熱の真空蒸着法によって成膜し、有機半導体層６６を形成した。
以上により、有機デバイス用電極５００、およびこれを電極６０ａ及び６０ｂとして用いた、有機デバイス素子６００を作製した。
電極６０ａ及び６０ｂの作製において４−ヒドロキシベンゼンチオールからなるチオール化合物層５２を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、有機デバイス素子を作製した。
電極６０ａ及び６０ｂの作製において導電性高分子層５３となるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を成膜しなかったこと以外は実施例１と同様にして、有機デバイス素子を作製した。
電極６０ａ及び６０ｂの作製において４−ヒドロキシベンゼンチオールからなるチオール化合物層５２の形成及び導電性高分子層５３となるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜の成膜を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして、有機デバイス素子を作製した。
図９は、実施例１の有機デバイス素子６００、及び比較例１〜３の各有機デバイス素子について、電流電圧特性を比較評価した結果を示すグラフである。図９に示されるように、各有機デバイス素子に対し同じ電圧を印加した場合、実施例１の有機デバイス素子６００において最も大きな電流が発生した。
なお、実施例１の有機デバイス素子６００、及び比較例１〜３の各有機デバイス素子は、基板に対し水平方向に導電するタイプの有機デバイス素子である。
本発明の他の実施例について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１０は、実施例２の有機デバイス素子７００の概略構成を示す断面図である。
図１０に示されるように、本実施例の有機デバイス素子７００における下部電極７０は、金属層７２が銀（Ａｇ）から構成され、チオール化合物層７３が、４−ヒドロキシベンゼンチオールから構成され、導電性高分子層７４がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳから構成されている。そして、このような下部電極７０を備えた有機デバイス素子７００は、基板７１がガラスから構成され、有機半導体層７５がＣｕＰｃから構成され、上部電極７６が銀（Ａｇ）から構成されている。
本実施例の有機デバイス素子７００は、以下のようにして作製された。
まず、２．２ｃｍ×２．２ｃｍのガラスからなる基板７１の表面上に、抵抗加熱による真空蒸着法によって、Ａｇからなる金属層７２を形成した。次いで、この基板７１を、４−ヒドロキシベンゼンチオールを１０ｍｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたエタノール溶液中に１０分間浸した後、エタノールでリンス洗浄し、Ａｇからなる金属層７２上にチオール化合物層７３を形成した。続いて、別途準備したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの水溶液を用いたスピンコート法によって、チオール化合物層７３上に導電性高分子層７４となるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を成膜した。このようにしてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／４−ヒドロキシベンゼンチオール／Ａｇの３層の積層構造からなる下部電極７０を形成した。さらに、この後、ＣｕＰｃからなる層を、抵抗加熱による真空蒸着法によって成膜し、有機半導体層７５を形成した。そして、最後に、Ａｇを抵抗加熱による真空蒸着法によって成膜し、上部電極７６を形成した。
以上により、有機デバイス素子７００を作製した。
なお、実施例２の有機デバイス素子７００は、基板に対し垂直方向に導電するタイプの有機デバイス素子である。
なお、実施例１及び２の有機デバイス素子６００及び７００は、例えば、上述した有機センサー（ガスセンサーや光センサー）に適用することができる。
本発明のさらに他の実施例について図１１に基づいて説明すれば以下のとおりである。図１１は、実施例３における有機デバイス用電極１００及び有機ＴＦＴ素子２００の概略構成を示す断面図である。
図１１に示されるように、本実施例の有機デバイス用電極１００は、金属層１１が金（Ａｕ）から構成され、チオール化合物層１２が、４−ヒドロキシベンゼンチオールから構成され、導電性高分子層１３がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳから構成されている。そして、ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂとして、このような有機デバイス用電極１００を備えた有機ＴＦＴ素子２００は、基板２１がＳｉから構成され、ゲート絶縁層２２がＳｉＯ２から構成され、有機半導体層２６がペンタセンから構成されている。
本実施例の有機ＴＦＴ素子２００は、以下のようにして作製された。
まず、２．２ｃｍ×２．２ｃｍのｎ＋−Ｓｉからなる基板２１の表面上にＳｉＯ２からなるゲート絶縁層２２を有する基板を準備した。次に、抵抗加熱による真空蒸着法によってＡｕからなる金属層１１（２３）を形成した。そして、基板２１上にヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）処理を行い、ＳｉＯ２からなるゲート絶縁層２２におけるチャネルとなる領域上にＨＭＤＳからなる膜を形成した(図示せず)。この基板２１を４−ヒドロキシベンゼンチオールを１０ｍｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたエタノール溶液中に５分間浸した後、エタノールでリンス洗浄し、Ａｕからなる金属層１１（２３）上に４−ヒドロキシベンゼンチオールからなるチオール化合物層１２（２４）を形成した。続いて、別途準備したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの水溶液を用いたスピンコート法によって、チオール化合物層１２（２４）上に導電性高分子層１３（２５）となるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を成膜した。この時、ＳｉＯ２からなるゲート絶縁層２２表面におけるチャネルとなる領域は、ＨＭＤＳ処理によって撥水性となっている。このため、チャネルとなる領域にはＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜は形成されない。このようにしてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／４−ヒドロキシベンゼンチオール／Ａｕの３層の積層構造からなる、ソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂ（有機デバイス用電極１００）を形成した。さらに、この後、ペンタセンを抵抗加熱の真空蒸着法によって成膜し、有機半導体層２６を形成した。
以上により、有機デバイス用電極１００、およびこれをソース電極２０ａ及びドレイン電極２０ｂとして用いた、ボトムコンタクト型の有機ＴＦＴ素子２００を作製した。
本発明のさらに他の実施例について、図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１２は、実施例４の有機薄膜太陽電池素子３００の概略構成を示す断面図である。
図１２に示されるように、本実施例の有機薄膜太陽電池素子３００における下部電極３０は、金属層３２が銀（Ａｇ）から構成され、チオール化合物層３３が、４−ヒドロキシベンゼンチオールから構成され、導電性高分子層３４がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳから構成されている。そして、このような下部電極３０を備えた有機薄膜太陽電池素子３００は、基板３１がガラスから構成され、有機半導体層３５がＣ６０／ＣｕＰｃ：Ｃ６０／ＣｕＰｃの３層構造から構成され、上部電極３６がＡｕから構成されている。
本実施例の有機薄膜太陽電池素子３００は、以下のようにして作製された。
まず、２．２ｃｍ×２．２ｃｍのガラスからなる基板３１の表面上に、抵抗加熱による真空蒸着法によって、Ａｇからなる金属層３２を形成した。有機薄膜太陽電池素子３００において、光が金属層３２を通過して有機半導体層３５に入射できるように、金属層３２は、膜厚２５ｎｍの光半透過性のＡｇ膜とした。次いで、この基板３１を、４−ヒドロキシベンゼンチオールを１０ｍｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたエタノール溶液中に１０分間浸した後、エタノールでリンス洗浄し、Ａｇからなる金属層３２上にチオール化合物層３３を形成した。続いて、別途準備したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの水溶液を用いたスピンコート法によって、チオール化合物層３３上に導電性高分子層３４となるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を成膜した。このようにしてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／４−ヒドロキシベンゼンチオール／Ａｇの３層の積層構造からなる下部電極３０を形成した。さらにこの後、Ｃ６０からなる層、ＣｕＰｃとＣ６０との１：１混合物からなる層、ＣｕＰｃからなる層を、順次抵抗加熱による真空蒸着法によって成膜し、光吸収層となる有機半導体層３５を形成した。そして、最後に、Ａｕを抵抗加熱による真空蒸着法によって成膜し、上部電極３６を形成した。
以上により、有機薄膜太陽電池素子３００を作製した。
本発明のさらに他の実施例について、図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１３は、実施例５の有機ＥＬ素子４００の概略構成を示す断面図である。
図１３に示されるように、本実施例の有機ＥＬ素子４００における下部電極４０は、金属層４２が金（Ａｕ）から構成され、チオール化合物層４３が、４−ヒドロキシベンゼンチオールから構成され、導電性高分子層４４がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳから構成されている。そして、このような下部電極４０を備えた有機ＥＬ素子４００は、基板４１がガラスから構成され、有機半導体層４５がα−ＮＰＤ／Ａｌｑ３の２層構造から構成され，上部電極４６がＬｉＦ／Ａｌから構成されている。
本実施例の有機ＥＬ素子４００は、以下のようにして作製された。
まず、２．２ｃｍ×２．２ｃｍのガラスからなる基板４１の表面上に、抵抗加熱による真空蒸着法によってＡｕからなる金属層４２を形成した。有機ＥＬ素子４００において、有機半導体層４５から出射した光が金属層４２を透過できるように、金属層４２は、膜厚２５ｎｍの光半透過性のＡｕ膜とした。次いで、この基板４１を、４−ヒドロキシベンゼンチオールを１０ｍｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたエタノール溶液中に１０分間浸した後、エタノールでリンス洗浄し、Ａｕからなる金属層４２上にチオール化合物層４３を形成した。続いて、別途準備したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの水溶液を用いたスピンコート法によって、チオール化合物層４３上に有機半導体層４５となるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を成膜した。このようにしてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／４−ヒドロキシベンゼンチオール／Ａｕの３層の積層構造からなる下部電極４０を形成した。さらにこの後、α−ＮＰＤからなる層及びＡｌｑ３からなる層を、順次抵抗加熱による真空蒸着法によって成膜し、有機半導体層４５を形成した。最後に、ＬｉＦ／Ａｌを抵抗加熱による真空蒸着法によって成膜し、上部電極４６を形成した。
以上により、有機ＥＬ素子４００を作製した。
本発明は、有機デバイスの特性を向上させることができるので、有機ＴＦＴ素子、有機薄膜太陽電池素子、有機ＥＬ素子等の有機デバイス全般に利用することができる。
１１、２３ａ、２３ｂ、３２、４２、５１、７２ 金属層
１２、２４ａ、２４ｂ、３３、４３、５２、７３ チオール化合物層
１３、２５ａ、２５ｂ、３４、４４、５３、７４ 導電性高分子層
２０ａ、６０ａ ソース電極（有機デバイス用電極）
２０ｂ、６０ｂ ドレイン電極（有機デバイス用電極）
３０、４０、７０ 下部電極（有機デバイス用電極）
１００、５００ 有機デバイス用電極
２００ 有機ＴＦＴ素子（有機デバイス）
３００ 有機薄膜太陽電池素子（有機デバイス）
４００ 有機ＥＬ素子（有機デバイス）
６００、７００ 有機デバイス素子
１２、２４ａ、２４ｂ、３３、４３、５２、７３ チオール化合物層
１３、２５ａ、２５ｂ、３４、４４、５３、７４ 導電性高分子層
２０ａ、６０ａ ソース電極（有機デバイス用電極）
２０ｂ、６０ｂ ドレイン電極（有機デバイス用電極）
３０、４０、７０ 下部電極（有機デバイス用電極）
１００、５００ 有機デバイス用電極
２００ 有機ＴＦＴ素子（有機デバイス）
３００ 有機薄膜太陽電池素子（有機デバイス）
４００ 有機ＥＬ素子（有機デバイス）
６００、７００ 有機デバイス素子
Claims (7)
- 金属を含む金属層、チオール化合物を含むチオール化合物層、及び導電性高分子を含む導電性高分子層がその順に積層されており、
上記チオール化合物は、分子構造中に、上記金属と結合するチオール基、及び上記金属と結合しない親水性の置換基を有することを特徴とする有機デバイス用電極。 - 上記親水性の置換基は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ニトロ基、金属と結合していないチオール基、及び金属と反応していないセレノール基からなる群から選択される、少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の有機デバイス用電極。
- 上記金属層に含まれる金属は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択された１種であるか、あるいは、上記群から選択される２つ以上の金属の合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機デバイス用電極。
- 上記チオール化合物は、主鎖に、π共役系構造を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の有機デバイス用電極。
- 上記導電性高分子層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の有機デバイス用電極。
- 上記チオール化合物は、４−ヒドロキシベンゼンチオールであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の有機デバイス用電極。
- 請求項１〜６の何れか１項に記載の有機デバイス用電極を備えたことを特徴とする有機デバイス。
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