JP6658300B2

JP6658300B2 - Organic transistor

Info

Publication number: JP6658300B2
Application number: JP2016101364A
Authority: JP
Inventors: 加藤　哲弥; 哲弥加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: JP2017208500A

Description

本発明は、ボトムゲート・トップコンタクト構造の有機トランジスタに関する。 The present invention relates to an organic transistor having a bottom-gate / top-contact structure.

有機トランジスタの構造については、ゲート電極の位置関係とソース電極およびドレイン電極が有機半導体層に接する位置関係とにより、４種類に区分される。その４種類の構造とは、ボトムゲート・トップコンタクト構造、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造、トップゲート・トップコンタクト構造、トップゲート・ボトムコンタクト構造である。 The structure of the organic transistor is classified into four types depending on the positional relationship between the gate electrode and the positional relationship between the source electrode and the drain electrode in contact with the organic semiconductor layer. The four types of structures are a bottom gate / top contact structure, a bottom gate / bottom contact structure, a top gate / top contact structure, and a top gate / bottom contact structure.

ここで、有機トランジスタでは、有機半導体層とソース電極およびドレイン電極との界面において、オーミック接触を形成することが難しく、接触抵抗がしばしば問題となる。このため、ゲート電極とソース電極およびドレイン電極間に生じる電界により、接触抵抗を低減できる構造のほうが性能上有利とする報告が多い。具体的には、ボトムゲート・トップコンタクト構造（以下「ＢＧＴＣ構造」という。）もしくはトップゲート・ボトムコンタクト構造（以下「ＴＧＢＣ構造」という。）がそれに該当する。 Here, in an organic transistor, it is difficult to form an ohmic contact at the interface between the organic semiconductor layer and the source and drain electrodes, and contact resistance often becomes a problem. Therefore, there are many reports that a structure capable of reducing the contact resistance due to an electric field generated between the gate electrode and the source and drain electrodes is more advantageous in performance. Specifically, a bottom gate / top contact structure (hereinafter referred to as “BGTC structure”) or a top gate / bottom contact structure (hereinafter referred to as “TGBC structure”) corresponds thereto.

また、ＴＧＢＣ構造の有機トランジスタの場合、基板上にあらかじめ形成されたソース電極およびドレイン電極上に有機半導体層を形成する。この構成においては、有機半導体層がソース電極およびドレイン電極による段差部分をうまくカバーリングできず、当該段差部分に欠陥が生じるおそれがある。そのため、有機半導体層のうち段差部分での電荷移動が阻害される結果、移動度が低下する懸念が大きい。これに対して、ＢＧＴＣ構造の有機トランジスタは、有機半導体層を形成した後にソース電極およびドレイン電極を形成して作製されるため、ＴＧＢＣ構造のような移動度低下の懸念はなく、性能面において最も優れ、移動度が高くなると言われている。 In the case of an organic transistor having a TGBC structure, an organic semiconductor layer is formed over a source electrode and a drain electrode which are formed in advance on a substrate. In this configuration, the organic semiconductor layer cannot properly cover the step formed by the source electrode and the drain electrode, and there is a possibility that a defect occurs in the step. For this reason, charge transfer in the step portion of the organic semiconductor layer is inhibited, and as a result, there is a great concern that the mobility is reduced. On the other hand, an organic transistor having a BGTC structure is manufactured by forming a source electrode and a drain electrode after forming an organic semiconductor layer. Therefore, there is no concern about a decrease in mobility as in the case of a TGBC structure. It is said to be excellent and have a high mobility.

このようなＢＧＴＣ構造の有機トランジスタの移動度向上や特性の安定化のため、様々な検討がなされている。例えば、特性を安定化して長寿命であるＢＧＴＣ構造の有機トランジスタとして、特許文献１に記載の有機トランジスタが提案されている。特許文献１に記載の有機トランジスタは、ＢＧＴＣ構造であって、ソース電極と有機半導体層との間およびドレイン電極と有機半導体層との間に電極バッファ層が設けられた積層構造を有している。この電極バッファ層は、有機トランジスタの駆動に伴うソース電極およびドレイン電極の劣化を防止し、かつ、有機半導体層との密着性を向上するために設けられたものである。 Various studies have been made to improve the mobility and stabilize the characteristics of the organic transistor having such a BGTC structure. For example, an organic transistor described in Patent Literature 1 has been proposed as an organic transistor having a BGTC structure having stable characteristics and a long life. The organic transistor described in Patent Document 1 has a BGTC structure, and has a stacked structure in which an electrode buffer layer is provided between a source electrode and an organic semiconductor layer and between a drain electrode and an organic semiconductor layer. . The electrode buffer layer is provided to prevent the deterioration of the source electrode and the drain electrode due to the driving of the organic transistor and to improve the adhesion with the organic semiconductor layer.

このような構成をとることで、有機トランジスタの駆動時におけるソース電極およびドレイン電極の材料の酸化還元反応による変化が抑制され、かつソース電極およびドレイン電極と有機半導体層との密着性が上がる。その結果、作製後にも特性を安定させつつ、駆動寿命の長い有機トランジスタとすることができる。 With such a structure, a change in the material of the source electrode and the drain electrode due to a redox reaction during driving of the organic transistor is suppressed, and the adhesion between the source electrode and the drain electrode and the organic semiconductor layer is increased. As a result, an organic transistor having a long driving life can be obtained while stabilizing the characteristics even after the fabrication.

特開２００５−３２７７９３号公報JP 2005-327793 A

このように性能に優れるＢＧＴＣ構造の有機トランジスタの用途として、例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンスの略）ディスプレイ用の画素回路が挙げられる。有機ＥＬは、発光ダイオードと同じく電流駆動素子であるため、高い輝度を得るには電流をより多く流さなければならない。そのため、移動度の高いＢＧＴＣ構造の有機トランジスタが、有機ＥＬの画素回路に適している。 As an application of the BGTC-structured organic transistor having such excellent performance, for example, a pixel circuit for an organic EL (abbreviation of electroluminescence) display can be given. Since the organic EL is a current driving element like the light emitting diode, it is necessary to supply more current to obtain high luminance. Therefore, an organic transistor having a high mobility and a BGTC structure is suitable for an organic EL pixel circuit.

有機ＥＬディスプレイの構造としては、基板上に有機トランジスタからなる画素回路を作製した後、その上に有機ＥＬを連続的に作製する。従来では、真空蒸着法により有機ＥＬを作製していたが、現在では、より低コスト化に向け印刷法により有機ＥＬを作製することが検討されている。このような印刷法による有機ＥＬの作製においては、複数の層を塗り重ねるため、上側の層を印刷する際に下側の層が溶けないようにする必要がある。そのため、上側の層を印刷する前に、下側の層を高温、例えば２００℃近い温度で加熱して熱架橋させることにより、下側の層の不溶化処理をしなければならない。 As a structure of the organic EL display, a pixel circuit including an organic transistor is formed on a substrate, and then an organic EL is continuously formed thereon. Conventionally, an organic EL has been manufactured by a vacuum evaporation method. However, nowadays, an organic EL is manufactured by a printing method to reduce costs. In manufacturing an organic EL by such a printing method, since a plurality of layers are applied repeatedly, it is necessary to prevent the lower layer from melting when printing the upper layer. Therefore, before printing the upper layer, the lower layer has to be insolubilized by heating the lower layer at a high temperature, for example, a temperature close to 200 ° C. to thermally crosslink the lower layer.

しかしながら、有機トランジスタは熱に弱く、高温で処理されると移動度が大幅に低下してしまう。そのため、従来技術では、常温環境下においては移動度の安定した有機トランジスタを作製できても、高温処理後にその特性を維持することができないという課題があった。 However, organic transistors are vulnerable to heat and their mobility is significantly reduced when processed at high temperatures. Therefore, in the related art, there is a problem that even when an organic transistor having stable mobility can be manufactured in a normal temperature environment, its characteristics cannot be maintained after high temperature treatment.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、移動度が高く、耐熱性の高いＢＧＴＣ構造の有機トランジスタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a BGTC structure organic transistor having high mobility and high heat resistance.

請求項１に記載の有機トランジスタは、基板（１１）と、基板上に設けられたゲート電極（１２）と、ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層（１３）と、ゲート絶縁層の上に形成された有機半導体層（１４）と、有機半導体層の上に形成され、ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて配置された２つの拡散防止層（１５）と、ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて配置され、拡散防止層の一方の上に形成されたソース電極（１６）および拡散防止層の他方の上に形成されたドレイン電極（１７）とを備える。このような構成において、拡散防止層は、ソース電極と有機半導体層との間およびドレイン電極と有機半導体層との間に配置され、金を主成分とした合金である。 The organic transistor according to claim 1, wherein the substrate (11), a gate electrode (12) provided on the substrate, a gate insulating layer (13) formed to cover the gate electrode, and a gate insulating layer. An organic semiconductor layer (14) formed thereon; two diffusion prevention layers (15) formed on the organic semiconductor layer and arranged apart from each other at positions corresponding to both ends of the gate electrode; A source electrode (16) formed on one of the diffusion preventing layers and separated from each other at positions corresponding to both ends, and a drain electrode (17) formed on the other of the diffusion preventing layers. In such a configuration, the diffusion prevention layer is disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer and between the drain electrode and the organic semiconductor layer, and is an alloy containing gold as a main component.

このような構成とすることで、拡散防止層の存在により、ソース電極およびドレイン電極の一部が有機半導体層に拡散されることを抑制し、有機半導体層の耐熱性低下が抑えられる結果、耐熱性の高い有機トランジスタとなる。また、拡散防止層の主成分をＡｕとすることで、有機半導体層と拡散防止層との間の仕事関数の差を低く抑えつつ、電荷注入障壁を小さくすることができ、移動度の高い有機トランジスタとなる。 With such a structure, due to the presence of the diffusion prevention layer, a part of the source electrode and the drain electrode is prevented from being diffused into the organic semiconductor layer, and a decrease in the heat resistance of the organic semiconductor layer is suppressed. It becomes an organic transistor with high performance. In addition, by using Au as the main component of the diffusion prevention layer, the charge injection barrier can be reduced while the work function difference between the organic semiconductor layer and the diffusion prevention layer is kept low, and the organic layer having high mobility can be obtained. It becomes a transistor.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in parenthesis of each said means shows an example of the correspondence with the concrete means described in embodiment mentioned later.

第１実施形態の有機トランジスタの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the organic transistor according to the first embodiment. 第１実施形態の有機トランジスタの製造工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the organic transistor according to the first embodiment. 有機トランジスタの耐熱性低下の推定メカニズムを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a mechanism for estimating a decrease in heat resistance of an organic transistor.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent are denoted by the same reference numerals and described.

（第１実施形態）
第１実施形態について、図１を参照して述べる。図１に示された有機トランジスタ１０は、例えばＥＬ素子の駆動回路に備えられるトランジスタなどに適用されるものである。 (1st Embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIG. The organic transistor 10 shown in FIG. 1 is applied to, for example, a transistor provided in a driving circuit of an EL element.

本実施形態の有機トランジスタ１０は、基板１１の上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、有機半導体層１４、拡散防止層１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を順に形成したＢＧＴＣ構造とされている。 The organic transistor 10 of the present embodiment has a BGTC structure in which a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, an organic semiconductor layer 14, a diffusion prevention layer 15, a source electrode 16 and a drain electrode 17 are sequentially formed on a substrate 11. I have.

基板１１は、一面側を主面とする板状もしくはフィルム状の部材であり、例えば無アルカリガラスなどのガラスやセラミック、あるいはポリエチレンナフタレートやポリイミドなどのプラスチック等よりなるもので、リジッド基板でもフレキシブル基板でもよい。 The substrate 11 is a plate-like or film-like member having one surface as a main surface, and is made of, for example, glass or ceramic such as non-alkali glass, or plastic such as polyethylene naphthalate or polyimide. It may be a substrate.

ゲート電極１２は、基板１１の上に所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状に形成されている。このゲート電極１２は、例えば金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料により構成されている。 The gate electrode 12 is formed on the substrate 11 in a desired pattern, for example, a line shape having one direction as a longitudinal direction. The gate electrode 12 is made of an electrode material such as gold (Au), chromium (Cr), or molybdenum (Mo).

ゲート絶縁層１３は、ゲート電極１２の上においてゲート電極１２を覆うように形成されたものである。また、ゲート絶縁層１３の表面、つまりゲート電極１２と反対側の一面は平坦面としてもよいし、ゲート電極１２の形状に沿って覆うように形成してもよい。このゲート絶縁層１３は、例えば高分子有機材料もしくはアルミナ（ＡｌＯｘ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）もしくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などの無機金属酸化物またはこれらの混合物などによって構成されている。 The gate insulating layer 13 is formed on the gate electrode 12 so as to cover the gate electrode 12. Further, the surface of the gate insulating layer 13, that is, one surface opposite to the gate electrode 12 may be a flat surface or may be formed so as to cover the shape of the gate electrode 12. The gate insulating layer 13 is made of, for example, a polymer organic material, an inorganic metal oxide such as alumina (AlOx), zirconium oxide (ZrO), or hafnium oxide (HfO), or a mixture thereof.

なお、ゲート絶縁層１３の上に、有機半導体層１４の濡れ性向上など必要に応じて自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ−ＡｓｓｅｍｂｌｅｄＭｏｎｏｌａｙｅｒｓ：略称ＳＡＭ、以下「ＳＡＭ」という。）を形成してもよい。ＳＡＭは、有機トランジスタのＳＡＭとして用いられる公知の有機材料よりなるものを用いる。典型的には、ＳＡＭを構成する有機材料は、ホスホン酸誘導体であり、例えばフェニルホスホン酸（Ｃ_６Ｈ_５Ｃ_３Ｈ_６ＰＯ_３Ｈ_２）、ｎ−トリデシルホスホン酸（ｎ−Ｃ_１３Ｈ_２７ＰＯ_３Ｈ_２）等のｎ−アルキルホスホン酸（ｎ−Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＰＯ_３Ｈ_２）などが挙げられる。 In addition, a self-assembled monolayer (SAM: abbreviated as SAM, hereinafter referred to as “SAM”) may be formed on the gate insulating layer 13 as necessary, for example, to improve the wettability of the organic semiconductor layer 14. Good. The SAM is made of a known organic material used as a SAM of an organic transistor. Typically, the organic material constituting the SAM is a phosphonic acid derivative such as phenyl phosphonic acid _{_{_{_{(C 6 H 5 C 3 H}}}} 6 PO 3 H 2), n- tridecyl acid _{(n-C 13} H ₂₇ PO ₃ H ₂₎ n- alkylphosphonic acids such as _{_{(n-C n H 2n +}} 1 PO 3 H 2) and the like.

次に、有機半導体層１４は、ゲート絶縁層１３の上に形成されている。有機半導体層１４は、有機半導体材料、例えば高分子有機材料や低分子有機材料にて構成されている。有機半導体層１４については、耐熱性を向上させるために相転移温度が高い材料または相転移温度を持たない材料を使用することが好ましい。このような材料を有機半導体層１４として用いると、有機トランジスタ作製後の加熱処理による材料の相転移、すなわち結晶配列の変化が起きにくく、耐熱性の高い有機トランジスタとなるためである。なお、相転移温度が高い材料としては、例えば下記化学式１で示すＣ８−ＤＮＢＤＴ（Ｒ＝Ｃ_８Ｈ_１７）などのカルコゲン含有有機化合物が挙げられる。 Next, the organic semiconductor layer 14 is formed on the gate insulating layer 13. The organic semiconductor layer 14 is made of an organic semiconductor material, for example, a high molecular weight organic material or a low molecular weight organic material. For the organic semiconductor layer 14, it is preferable to use a material having a high phase transition temperature or a material having no phase transition temperature in order to improve heat resistance. When such a material is used for the organic semiconductor layer 14, a phase transition of the material due to heat treatment after the production of the organic transistor, that is, a change in crystal arrangement hardly occurs, and an organic transistor having high heat resistance is obtained. In addition, as a material having a high phase transition temperature, for example, a chalcogen-containing organic compound such as C8-DNBDT (R = C ₈ H ₁₇ ) represented by the following chemical formula 1 can be given.

例えばＣ８−ＤＮＢＤＴの相転移温度は、２４５℃以上である。 For example, the phase transition temperature of C8-DNBDT is 245 ° C. or higher.

また、相転移温度を持たない材料としては、例えば下記化学式２で示すＣ６−ＤＮＮＤＴ（Ｒ＝Ｃ_６Ｈ_１３）などのカルコゲン含有有機化合物が挙げられる。 Examples of the material having no phase transition temperature include a chalcogen-containing organic compound such as C6-DNNDT (R = C ₆ H ₁₃ ) represented by the following chemical formula 2.

例えばＣ６−ＤＮＮＤＴは、相転移温度を持たない。 For example, C6-DNNDT has no phase transition temperature.

上記のような相転移温度が高い材料を有機半導体層１４として用いた場合においては、高温、例えば２００℃での加熱がなされたとしても、加熱温度が相転移温度未満であるため、有機半導体層１４の相転移が起きない。また、有機半導体層１４として相転移温度を持たない材料を有機半導体層１４として用いた場合においても、同様の加熱を行ったとしてもそもそも相転移温度を持たないため、有機半導体層１４の相転移が起きない。このため、有機半導体層１４の結晶配列の変化は小さく、ソース電極１６およびドレイン電極１７と有機半導体材料との間の接触が安定する。その結果、移動度が安定し、熱処理後も移動度を高く維持できるため、耐熱性の高いＢＧＴＣ構造の有機トランジスタ１０となる。 In the case where a material having a high phase transition temperature as described above is used as the organic semiconductor layer 14, even if heating is performed at a high temperature, for example, 200 ° C., the heating temperature is lower than the phase transition temperature. No 14 phase transitions occur. Further, even when a material having no phase transition temperature is used as the organic semiconductor layer 14 as the organic semiconductor layer 14, even if the same heating is performed, the organic semiconductor layer 14 has no phase transition temperature. Does not happen. Therefore, a change in the crystal arrangement of the organic semiconductor layer 14 is small, and the contact between the source electrode 16 and the drain electrode 17 and the organic semiconductor material is stabilized. As a result, the mobility is stable, and the mobility can be maintained high even after the heat treatment, so that the organic transistor 10 having a BGTC structure with high heat resistance is obtained.

次に、拡散防止層１５はＡｕを主成分とする合金であって、有機半導体層１４の上に少なくとも２つ形成され、互いに離れて配置されている。また、拡散防止層１５のうちＡｕ以外の含有元素については、有機半導体層１４に対する電荷注入障壁が小さくなるような元素を使用することが好ましい。後述するように、有機半導体層１４と拡散防止層１５との電荷注入障壁を小さくし、移動度の高い有機トランジスタ１０とするためである。 Next, the diffusion prevention layer 15 is an alloy containing Au as a main component, and at least two diffusion prevention layers 15 are formed on the organic semiconductor layer 14 and are separated from each other. In addition, as the contained element other than Au in the diffusion prevention layer 15, it is preferable to use an element that reduces a charge injection barrier to the organic semiconductor layer 14. As described later, the charge injection barrier between the organic semiconductor layer 14 and the diffusion prevention layer 15 is reduced so that the organic transistor 10 has high mobility.

ここで、有機半導体材料のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔｏｃｃｕｐｉｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｂｉｔａｌ：最高被占準位の略称）と、拡散防止層１５に用いる金属のフェルミ準位との差が電荷注入の障壁に相当する。つまり、電荷注入障壁を小さくすると、有機半導体層１４と拡散防止層１５との間の電荷の流れが起き易くなり、その結果、有機トランジスタの移動度を高くすることができる。すなわち、有機半導体層１４のＨＯＭＯに近いフェルミ準位である材料を拡散防止層１５として用いると、移動度の高い有機トランジスタ１０となる。 Here, the difference between the HOMO (Highest occupied molecular orbital) of the organic semiconductor material and the Fermi level of the metal used for the diffusion prevention layer 15 corresponds to the charge injection barrier. That is, when the charge injection barrier is reduced, the flow of charges between the organic semiconductor layer 14 and the diffusion prevention layer 15 is likely to occur, and as a result, the mobility of the organic transistor can be increased. That is, when a material having a Fermi level close to the HOMO of the organic semiconductor layer 14 is used as the diffusion prevention layer 15, the organic transistor 10 has high mobility.

具体的に、例えばＨＯＭＯが５．２〜５．３ｅＶの有機半導体材料を有機半導体層１４として、仕事関数が４．８ｅＶであるＡｕをソース電極１６およびドレイン電極１７として使用した場合について説明する。このような場合、拡散防止層１５を構成するＡｕ以外の合金元素としては、４．８〜５．３ｅＶの範囲内の仕事関数を持つものを使用することが好ましい。このように仕事関数に調整した合金を拡散防止層１５とすることで、ソース電極１６およびドレイン電極１７と有機半導体層１４との間の電荷注入障壁、すなわち接触抵抗が小さくなる結果、移動度が高い有機トランジスタ１０となるからである。例えば、この場合には、仕事関数が４．９ｅＶであるパラジウム（Ｐｄ）と、５．２ｅＶであるニッケル（Ｎｉ）が、この要件を満たすため、特に好ましい。 Specifically, a case will be described in which, for example, an organic semiconductor material having a HOMO of 5.2 to 5.3 eV is used as the organic semiconductor layer 14 and Au having a work function of 4.8 eV is used as the source electrode 16 and the drain electrode 17. In such a case, it is preferable to use an alloy element having a work function in the range of 4.8 to 5.3 eV as an alloy element other than Au constituting the diffusion prevention layer 15. By making the alloy adjusted to have a work function as the diffusion prevention layer 15, the charge injection barrier between the source electrode 16 and the drain electrode 17 and the organic semiconductor layer 14, that is, the contact resistance is reduced, so that the mobility is reduced. This is because the organic transistor 10 is expensive. For example, in this case, palladium (Pd) having a work function of 4.9 eV and nickel (Ni) having a work function of 5.2 eV are particularly preferable because they satisfy this requirement.

また、拡散防止層１５の主成分は、Ａｕとし、該Ａｕの含有量を５０原子％以下とすることが好ましい。これは、Ａｕの含有量が多くなると、後述するＡｕの有機半導体層１４への拡散を抑制する効果が小さくなるためである。なお、拡散防止層１５に含まれるＡｕおよび他の元素、例えばＮｉ、Ｐｄなどの比率は、基板１１の法線方向に沿って段階的に変化させてもよいし、一定のまま固定されていてもよい。また、拡散防止層１５のうちＡｕ以外の元素については、ソース電極１６およびドレイン電極１７と有機半導体材料との間の電荷注入障壁とならないような仕事関数を有するものであればよく、１種または２種以上の元素であってもよい。 It is preferable that the main component of the diffusion prevention layer 15 be Au, and the content of Au be 50 atomic% or less. This is because the effect of suppressing the later-described diffusion of Au into the organic semiconductor layer 14 decreases as the Au content increases. The ratio of Au and other elements, such as Ni and Pd, included in the diffusion prevention layer 15 may be changed stepwise along the normal direction of the substrate 11 or may be fixed and fixed. Is also good. The element other than Au in the diffusion prevention layer 15 may be one having a work function that does not become a charge injection barrier between the source electrode 16 and the drain electrode 17 and the organic semiconductor material. Two or more elements may be used.

次に、ソース電極１６は、２つの拡散防止層１５の一方の上に、ドレイン電極１７は、２つの拡散防止層１５の他方の上に配置されている。そして、ソース電極１６およびドレイン電極１７は、ゲート電極１２の両端と対応する位置に互いに離れて形成されている。また、ソース電極１６およびドレイン電極１７については、例えばＡｕ、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などによって構成されている。 Next, the source electrode 16 is disposed on one of the two diffusion preventing layers 15, and the drain electrode 17 is disposed on the other of the two diffusion preventing layers 15. The source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed at positions corresponding to both ends of the gate electrode 12 and separated from each other. The source electrode 16 and the drain electrode 17 are made of, for example, Au, silver (Ag), copper (Cu), or the like.

このように、本実施形態の有機トランジスタ１０は、ゲート絶縁層１３の表面に有機半導体層１４、拡散防止層１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７が順次形成されたものとなっており、上方において電気的接続が図られる。 As described above, the organic transistor 10 of the present embodiment has the organic semiconductor layer 14, the diffusion prevention layer 15, the source electrode 16, and the drain electrode 17 sequentially formed on the surface of the gate insulating layer 13. Electrical connection is achieved.

なお、この有機トランジスタ１０は、必要に応じて、蒸着もしくはスピンコートなどによって、アルミナもしくはパラキシリレン系ポリマーなどにより構成される図示しない保護層を成層してもよい。このような場合、例えばこの保護層からソース電極１６やドレイン電極１７を部分的に露出させることで、トランジスタ外部との電気的接続が図れるようにする。 The organic transistor 10 may be provided with a protective layer (not shown) made of alumina or paraxylylene-based polymer by vapor deposition or spin coating, if necessary. In such a case, for example, by partially exposing the source electrode 16 and the drain electrode 17 from the protective layer, electrical connection with the outside of the transistor can be achieved.

次に、本実施形態の有機トランジスタ１０の製造方法について述べる。 Next, a method for manufacturing the organic transistor 10 of the present embodiment will be described.

図２（ａ）に示すように、例えば無アルカリガラスのようなガラスやセラミック、ポリエチレンナフタレートもしくはポリイミドのようなプラスチック等によりなるものなどで構成される基板１１を用意する。 As shown in FIG. 2A, a substrate 11 made of, for example, glass or ceramic such as non-alkali glass, plastic such as polyethylene naphthalate or polyimide, or the like is prepared.

次に、図２（ｂ）に示すように、この基板１１の表面にゲート電極１２の形成材料として、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料を、例えばシャドウマスクを用いて真空蒸着法やスパッタ法などによって成膜する。その後、必要に応じて、例えばフォトリソグラフィ法によるレジスト層パターンを用いたエッチングにてパターニングしたゲート電極１２を形成する。 Next, as shown in FIG. 2B, an electrode material such as gold (Au), chromium (Cr), or molybdenum (Mo) is formed on the surface of the substrate 11 as a material for forming the gate electrode 12, for example, using a shadow mask. Is formed by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like. Thereafter, if necessary, a gate electrode 12 patterned by, for example, etching using a resist layer pattern by photolithography is formed.

次に、図２（ｃ）に示すように、ゲート電極１２の表面を覆うゲート絶縁層１３を形成する。ゲート絶縁層１３については、例えばアルミナ（ＡｌＯｘ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）もしくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などを、例えば原子層堆積（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称ＡＬＤ）法によって成層することができる。例えば、ゲート絶縁層１３をアルミナによって構成する場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（以下「ＴＭＡ」という。）を使用し、酸素（Ｏ）源として水（Ｈ_２Ｏ）などを使用して、ＴＭＡ単層と反応させてＡｌ_２Ｏ_３層を形成する。なお、ゲート絶縁層１３は、必要に応じて、ウェットエッチングなどによって所望形状にパターニングすることができる。 Next, as shown in FIG. 2C, a gate insulating layer 13 covering the surface of the gate electrode 12 is formed. The gate insulating layer 13 can be formed of, for example, alumina (AlOx), zirconium oxide (ZrO), or hafnium oxide (HfO) by, for example, an atomic layer deposition (abbreviated ALD) method. For example, when the gate insulating layer 13 is made of alumina, trimethylaluminum (hereinafter referred to as “TMA”) is used as an Al source, and water (H ₂ O) or the like is used as an oxygen (O) source. React with the layer to form an Al ₂ O ₃ layer. Note that the gate insulating layer 13 can be patterned into a desired shape by wet etching or the like as necessary.

また、有機半導体層１４の成膜において、濡れ性を向上させたい場合などには、必要に応じて、ゲート絶縁層１３の上にＳＡＭを形成してもよい。この場合、通常の方法と同様、上記したホスホン酸誘導体等を有機溶媒に混合した溶液を、ゲート絶縁層１３の表面に塗布し、溶媒を乾燥させることによりＳＡＭを形成する。 In addition, when it is desired to improve wettability in forming the organic semiconductor layer 14, a SAM may be formed on the gate insulating layer 13 as necessary. In this case, a SAM is formed by applying a solution in which the above-described phosphonic acid derivative or the like is mixed with an organic solvent to the surface of the gate insulating layer 13 and drying the solvent, as in the usual method.

次に、図２（ｄ）に示すように、ゲート絶縁層１３の上にまたはゲート絶縁層１３の上にＳＡＭを形成した場合にはＳＡＭ上に、有機半導体層１４を例えば直描塗布法などの印刷法や蒸着法などの真空法により形成する。直描塗布法などの場合には、高分子有機材料や低分子有機材料にて構成される有機半導体材料（例えばＣ６−ＤＮＮＤＴなど）を有機溶媒に溶かし、例えば直描塗布法により直線的にライン状に成膜することで有機半導体層１４を成膜する。蒸着法などの場合には、上記のような有機半導体材料を高真空、例えば１×１０^−４Ｐａ以下程度の環境下にて高温で蒸発させることによって、有機半導体層１４を形成する。 Next, as shown in FIG. 2D, when an SAM is formed on the gate insulating layer 13 or on the gate insulating layer 13, the organic semiconductor layer 14 is formed on the SAM by, for example, a direct drawing coating method. It is formed by a vacuum method such as a printing method or a vapor deposition method. In the case of the direct drawing coating method or the like, an organic semiconductor material (for example, C6-DNNDT or the like) composed of a high molecular weight organic material or a low molecular weight organic material is dissolved in an organic solvent, and the line is linearly formed by the direct drawing coating method, for example. The organic semiconductor layer 14 is formed by forming the organic semiconductor layer 14 into a shape. In the case of a vapor deposition method or the like, the organic semiconductor layer 14 is formed by evaporating the above-described organic semiconductor material at a high vacuum in an environment of, for example, about 1 × 10 ⁻⁴ Pa or less.

次に、図２（ｅ）に示すように、有機半導体層１４の上に、Ａｕを主成分とし、他の金属、例えばＮｉ、Ｐｄなどを含む合金層を成膜する。具体的には、ソース電極１６およびドレイン電極１７の形成予定位置以外の部分を、レジスト膜やシャドウマスク等でマスキングし、この状態で印刷や蒸着による成膜を行う。例えば、複数の蒸着源から同時に成膜を行う共蒸着の場合において、例えばＡｕとＮｉとの合金を形成するときには、それぞれを別々の蒸着源から加熱によって蒸発させることで拡散防止層１５を形成する。なお、３種の金属、例えばＡｕ、ＮｉおよびＰｄによる合金を共蒸着で形成する場合には、同様に、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄをそれぞれ別々の蒸着源から蒸発させて行うことで、Ａｕ、ＮｉおよびＰｄからなる拡散防止層１５を形成できる。 Next, as shown in FIG. 2E, an alloy layer containing Au as a main component and another metal, for example, Ni, Pd, or the like is formed on the organic semiconductor layer 14. Specifically, portions other than the positions where the source electrode 16 and the drain electrode 17 are to be formed are masked with a resist film, a shadow mask, or the like, and a film is formed by printing or vapor deposition in this state. For example, in the case of co-evaporation in which film formation is performed simultaneously from a plurality of evaporation sources, for example, when an alloy of Au and Ni is formed, the diffusion prevention layer 15 is formed by evaporating each of them from different evaporation sources by heating. . When an alloy of three kinds of metals, for example, Au, Ni, and Pd is formed by co-evaporation, Au, Ni, and Pd are similarly evaporated from separate evaporation sources to perform Au, Ni, and Pd. And a diffusion prevention layer 15 made of Pd.

次に、図２（ｆ）に示すように、拡散防止層１５の上に続けて、例えば、Ａｕを蒸着することで、少なくとも２つ存在する拡散防止層１５の一方の上にソース電極１６を、拡散防止層１５の他方の上にドレイン電極１７を形成する。 Next, as shown in FIG. 2F, a source electrode 16 is formed on one of the at least two diffusion prevention layers 15 by depositing, for example, Au on the diffusion prevention layer 15. Then, a drain electrode 17 is formed on the other side of the diffusion prevention layer 15.

なお、全面に拡散防止層１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した後に、フォトリソグラフ等によるパターニング法により所望の形状とすることもできる。 After the diffusion preventing layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed on the entire surface, a desired shape can be obtained by a patterning method such as photolithography.

このようにして、拡散防止層１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した後、必要に応じて、蒸着もしくはスピンコートなどによって、アルミナもしくはパラキシリレン系ポリマーなどにより構成される図示しない保護膜を成膜してもよい。このような製造方法により、図１に示した有機トランジスタ１０を製造することができる。 After the diffusion preventing layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed in this manner, a protective film (not shown) made of alumina or paraxylylene-based polymer is formed by vapor deposition or spin coating as necessary. It may be a film. By such a manufacturing method, the organic transistor 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

ところで、従来、有機トランジスタの耐熱性不足の原因については、有機半導体材料の耐熱性不足であるとされ、有機半導体材料の分子構造を改良する対策、具体的には分子量の増大や、分子構造の対称性向上などが検討されていた。 By the way, conventionally, the cause of the insufficient heat resistance of the organic transistor is considered to be insufficient heat resistance of the organic semiconductor material, and measures to improve the molecular structure of the organic semiconductor material, specifically, increase in the molecular weight and increase in the molecular structure Improving symmetry was being considered.

それに対して、本発明者らは、有機トランジスタの耐熱性向上について鋭意検討し、有機トランジスタの構造や作製プロセスに起因する原因調査を進めた。その結果、ソース電極１６およびドレイン電極１７の形成時もしくは形成後に該ソース電極１６およびドレイン電極１７材料が有機半導体層１４中に入り込む結果、有機半導体層１４の耐熱性が低下することを突き止めた。 On the other hand, the present inventors diligently studied the improvement of the heat resistance of the organic transistor, and proceeded to investigate the cause resulting from the structure and the manufacturing process of the organic transistor. As a result, it has been found that the heat resistance of the organic semiconductor layer 14 is reduced as a result of the material of the source electrode 16 and the drain electrode 17 entering the organic semiconductor layer 14 during or after the formation of the source electrode 16 and the drain electrode 17.

ここで、図３を参照して、有機トランジスタの耐熱性の低下についての推定メカニズムを説明する。図３では、ゲート絶縁層１３、有機半導体層１４、Ａｕからなるソース電極１６またはドレイン電極１７、有機半導体層１４に侵入したＡｕ原子１８以外の構成要素を省略した有機トランジスタの断面図を示している。 Here, with reference to FIG. 3, a mechanism for estimating a decrease in heat resistance of the organic transistor will be described. FIG. 3 shows a cross-sectional view of an organic transistor in which components other than the gate insulating layer 13, the organic semiconductor layer 14, the source electrode 16 or the drain electrode 17 made of Au, and the Au atoms 18 penetrating the organic semiconductor layer 14 are omitted. I have.

有機半導体層１４の上に、拡散防止層１５を設けることなく、ソース電極１６およびドレイン電極１７としてＡｕ電極を形成すると、その形成の際または形成後に、図３（ａ）に示すように、Ａｕ原子１８が有機半導体層１４中に拡散して侵入する。また、有機半導体材料中に含まれる硫黄（Ｓ）原子とＡｕ原子１８は親和性に富むため、図３（ｂ）に示すように、Ａｕ原子１８は有機半導体層１４中の比較的奥深くまで拡散し、有機半導体材料の分子間に入り込んだ形で残存する。ここで、有機半導体材料は、分子間のＳ原子同士の相互作用により耐熱性を発現させているため、有機半導体層１４中に侵入したＡｕ原子１８により該Ｓ原子同士の相互作用が弱められるものの、有機半導体層１４の結晶配列の規則性は保たれている。しかし、このような状態において高温で加熱されると、図３（ｃ）に示すように、該Ｓ原子同士の相互作用が弱められた有機半導体層１４は、加熱により結晶配列が崩れ、結晶配列の規則性がない状態、すなわち液晶化した状態となる。有機半導体層１４が液晶化すると、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７の間や有機半導体層１４内の電荷移動が妨げられる。このような作用により、高温処理後の移動度が低い有機トランジスタ、すなわち耐熱性の低い有機トランジスタになると考えられる。 If Au electrodes are formed as the source electrode 16 and the drain electrode 17 without providing the diffusion prevention layer 15 on the organic semiconductor layer 14, at the time of or after the formation, as shown in FIG. The atoms 18 diffuse and enter the organic semiconductor layer 14. Further, since the sulfur (S) atom and the Au atom 18 contained in the organic semiconductor material have a high affinity, the Au atom 18 diffuses relatively deep in the organic semiconductor layer 14 as shown in FIG. However, it remains in the form of entering between the molecules of the organic semiconductor material. Here, since the organic semiconductor material exhibits heat resistance by the interaction between S atoms between molecules, the interaction between S atoms is weakened by Au atoms 18 penetrating into the organic semiconductor layer 14. The regularity of the crystal arrangement of the organic semiconductor layer 14 is maintained. However, when heated at a high temperature in such a state, as shown in FIG. 3 (c), the organic semiconductor layer 14 in which the interaction between the S atoms is weakened loses its crystal arrangement due to heating, , Ie, a liquid crystal state. When the organic semiconductor layer 14 is made into a liquid crystal, charge transfer between the organic semiconductor layer 14 and the source electrode 16 and the drain electrode 17 and in the organic semiconductor layer 14 is hindered. It is considered that such an action results in an organic transistor having low mobility after high-temperature treatment, that is, an organic transistor having low heat resistance.

そこで、ソース電極１６およびドレイン電極１７と有機半導体層１４との間に拡散防止層１５を備えることで、ソース電極１６およびドレイン電極１７材料の有機半導体層１４中への侵入を抑制し、耐熱性の高い有機トランジスタ１０とできることを見出した。 Therefore, by providing the diffusion prevention layer 15 between the source electrode 16 and the drain electrode 17 and the organic semiconductor layer 14, the intrusion of the material of the source electrode 16 and the drain electrode 17 into the organic semiconductor layer 14 is suppressed, and the heat resistance is improved. Of the organic transistor 10 having a high density.

本実施形態にかかる有機トランジスタ１０は、Ａｕを主成分とし、Ａｕの仕事関数と有機半導体材料のＨＯＭＯレベルとの間にある仕事関数を有する金属材料を含む合金からなる拡散防止層１５を、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間に設けた構成とされている。これにより、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との電荷移動を妨げることなく、ソース電極１６およびドレイン電極１７材料が有機半導体層１４へ拡散することを抑制する結果、移動度が高く、耐熱性の高い有機トランジスタ１０とすることができる。 The organic transistor 10 according to the present embodiment includes a diffusion prevention layer 15 made of an alloy containing Au as a main component and a metal material having a work function between Au and the HOMO level of the organic semiconductor material. The structure is provided between the semiconductor layer 14 and the source electrode 16 and the drain electrode 17. This suppresses the diffusion of the material of the source electrode 16 and the drain electrode 17 into the organic semiconductor layer 14 without preventing the charge transfer between the organic semiconductor layer 14 and the source electrode 16 and the drain electrode 17, resulting in high mobility. Thus, the organic transistor 10 having high heat resistance can be obtained.

次に、本実施形態の有機トランジスタ１０における発明の効果を、次の実施例１ないし４および比較例１ないし５を参照して、より具体的に述べることとする。表１では、構成別のＢＧＴＣ構造の有機トランジスタにおいて、拡散防止層の有無およびその構成、使用した有機半導体材料とその相転移温度、初期の移動度および後述する熱処理後の移動度を示している。 Next, the effects of the invention in the organic transistor 10 of the present embodiment will be described more specifically with reference to the following Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5. Table 1 shows the presence / absence and the structure of the diffusion preventing layer, the used organic semiconductor material and its phase transition temperature, the initial mobility, and the mobility after the heat treatment described later in the organic transistor having the BGTC structure for each configuration. .

（実施例１）
まず、基板１１にゲート電極１２およびゲート絶縁層１３を積層したもの（以下「積層体」という。）に、有機半導体層１４としてＣ８−ＤＮＢＤＴ（表１および以下において「化合物１」という。）を成膜した。その後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＰｄからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したもの、ソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順で成膜して実施例１の有機トランジスタとした。 (Example 1)
First, C8-DNBDT (hereinafter, referred to as “Compound 1” in Table 1 and below) is used as the organic semiconductor layer 14 on the substrate 11 in which the gate electrode 12 and the gate insulating layer 13 are laminated (hereinafter, referred to as “laminated body”). A film was formed. Thereafter, an alloy layer made of Au and Pd was formed as the diffusion prevention layer 15 at a ratio of 50 atomic%, and the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed in this order to form the organic transistor of Example 1. And

このようにして作製した実施例１の有機トランジスタについて、まず熱処理前の移動度（以下「初期移動度」という。）を測定した。その後２００℃に設定したホットプレート上に載せて５時間加熱（以下「高温処理」という。）した後に、室温に戻して移動度を再度測定した。そして、初期移動度に対して高温処理後の移動度がどの程度維持できたかを確認し、耐熱性評価の指標として用いた。つまり、高温処理後の移動度が初期移動度に近いほど、作製した有機トランジスタの耐熱性が高いことを意味する。 For the organic transistor of Example 1 manufactured in this manner, the mobility before heat treatment (hereinafter, referred to as “initial mobility”) was measured. Thereafter, the substrate was placed on a hot plate set at 200 ° C. and heated for 5 hours (hereinafter referred to as “high-temperature treatment”), and then returned to room temperature and the mobility was measured again. Then, it was confirmed how much the mobility after the high-temperature treatment was maintained with respect to the initial mobility, and used as an index for heat resistance evaluation. That is, the closer the mobility after the high-temperature treatment is to the initial mobility, the higher the heat resistance of the manufactured organic transistor.

なお、「移動度」（単位：ｃｍ^２／Ｖｓ）とは、有機半導体層１４内でのキャリア、つまり正孔や電子の移動度であり、表１の各有機トランジスタ１０を作動させて、測定したものである。また、一般的に有機ＥＬディスプレイの視認性を考慮した場合、１５０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度が必要であり、有機ＥＬの駆動回路として用いる有機トランジスタとしては２ｃｍ^２/Ｖｓ以上の高い移動度が要求される。 The “mobility” (unit: cm ² / Vs) is the mobility of carriers, that is, holes and electrons in the organic semiconductor layer 14, and is measured by operating each organic transistor 10 in Table 1. It was done. In general, in consideration of the visibility of an organic EL display, a luminance of 150 cd / m ² or more is required, and a high mobility of 2 cm ² / Vs or more is required for an organic transistor used as a driving circuit of the organic EL. Is done.

表１に示すように実施例１の有機トランジスタについては、高温処理前の移動度は１１ｃｍ^２／Ｖｓ、高温処理後の移動度は７．４ｃｍ^２／Ｖｓであり、高温処理後の移動度を２ｃｍ^２/Ｖｓ以上に維持できていた。このことから、相転移温度が高い有機半導体材料（化合物１）を有機半導体層１４として用い、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間にＡｕおよびＰｄからなる拡散防止層１５を備える有機トランジスタは、移動度および耐熱性が共に高いことが確認された。 As shown in Table 1, for the organic transistor of Example 1, the mobility before the high temperature treatment was 11 cm ² / Vs, the mobility after the high temperature treatment was 7.4 cm ² / Vs, and the mobility after the high temperature treatment was It was maintained at ² cm ² / Vs or more. From this, an organic semiconductor material (compound 1) having a high phase transition temperature is used as the organic semiconductor layer 14, and the diffusion prevention layer 15 made of Au and Pd is formed between the organic semiconductor layer 14 and the source electrode 16 and the drain electrode 17. It was confirmed that the organic transistor provided had high mobility and high heat resistance.

（実施例２）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物１を成膜した後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＮｉからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したもの、ソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して実施例２の有機トランジスタとした。 (Example 2)
Next, after the compound 1 is formed as the organic semiconductor layer 14 on the laminated body, an alloy layer made of Au and Ni is formed as the diffusion preventing layer 15 at a ratio of 50 atomic%, and the source electrode 16 and the The drain electrode 17 was formed in this order to obtain an organic transistor of Example 2.

表１に示すように実施例２の有機トランジスタについては、初期移動度は９．５ｃｍ^２／Ｖｓ、高温処理後の移動度は６．１ｃｍ^２／Ｖｓであり、高温処理後の移動度を２ｃｍ^２/Ｖｓ以上に維持できていた。このことから、相転移温度が高い有機半導体材料（化合物１）を有機半導体層１４として用い、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間にＡｕおよびＮｉからなる拡散防止層１５を備える有機トランジスタは、移動度および耐熱性が共に高いことが確認された。 As shown in Table 1, for the organic transistor of Example 2, the initial mobility was 9.5 cm ² / Vs, the mobility after high temperature treatment was 6.1 cm ² / Vs, and the mobility after high temperature treatment was 2 cm. ² / Vs or more could be maintained. From this, an organic semiconductor material (compound 1) having a high phase transition temperature is used as the organic semiconductor layer 14, and the diffusion prevention layer 15 made of Au and Ni is provided between the organic semiconductor layer 14 and the source electrode 16 and the drain electrode 17. It was confirmed that the organic transistor provided had high mobility and high heat resistance.

（実施例３）
次に、積層体に有機半導体層１４としてＣ６−ＤＮＮＤＴ（表１および以下において「化合物２」という。）を成膜した。その後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＰｄからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したもの、ソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して実施例３の有機トランジスタとした。 (Example 3)
Next, C6-DNNDT (hereinafter, referred to as “compound 2”) was formed as the organic semiconductor layer 14 on the laminate. Thereafter, an alloy layer made of Au and Pd was formed as the diffusion prevention layer 15 at a ratio of 50 atomic%, and a source electrode 16 and a drain electrode 17 were formed in this order to form an organic transistor of Example 3. did.

表１に示すように実施例３の有機トランジスタについては、初期移動度は３．０ｃｍ^２／Ｖｓ、高温処理後の移動度は２．９ｃｍ^２／Ｖｓであり、高温処理後の移動度を２ｃｍ^２/Ｖｓ以上に維持できていた。このことから、相転移温度を持たない有機半導体材料（化合物２）を有機半導体層１４として用い、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間にＡｕおよびＰｄからなる拡散防止層１５を備える有機トランジスタは、移動度および耐熱性が共に高いことが確認された。 As shown in Table 1, for the organic transistor of Example 3, the initial mobility was 3.0 cm ² / Vs, the mobility after high temperature treatment was 2.9 cm ² / Vs, and the mobility after high temperature treatment was 2 cm. ² / Vs or more could be maintained. For this reason, an organic semiconductor material (compound 2) having no phase transition temperature is used as the organic semiconductor layer 14, and the diffusion prevention layer 15 made of Au and Pd is provided between the organic semiconductor layer 14 and the source electrode 16 and the drain electrode 17. It was confirmed that the organic transistor provided with both high mobility and high heat resistance.

（実施例４）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物２を成膜した後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＮｉからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したもの、ソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して実施例４の有機トランジスタとした。 (Example 4)
Next, after the compound 2 is formed as the organic semiconductor layer 14 on the laminate, an alloy layer made of Au and Ni is formed as the diffusion prevention layer 15 at a ratio of 50 atomic%, and the source electrode 16 and the The drain electrode 17 was formed in this order to obtain an organic transistor of Example 4.

表１に示すように実施例４の有機トランジスタについては、初期移動度は２．５ｃｍ^２／Ｖｓ、高温処理後の移動度は２．４ｃｍ^２／Ｖｓであり、高温処理後の移動度を２ｃｍ^２/Ｖｓ以上に維持できていた。このことから、相転移温度を持たない有機半導体材料（化合物２）を有機半導体層１４として用い、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間にＡｕおよびＮｉからなる拡散防止層１５を備える有機トランジスタは、移動度および耐熱性が共に高いことが確認された。 As shown in Table 1, for the organic transistor of Example 4, the initial mobility was 2.5 cm ² / Vs, the mobility after high temperature treatment was 2.4 cm ² / Vs, and the mobility after high temperature treatment was ² cm ² / Vs. ² / Vs or more could be maintained. For this reason, an organic semiconductor material (compound 2) having no phase transition temperature is used as the organic semiconductor layer 14, and the diffusion prevention layer 15 made of Au and Ni is provided between the organic semiconductor layer 14 and the source electrode 16 and the drain electrode 17. It was confirmed that the organic transistor provided with both high mobility and high heat resistance.

（比較例１）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物１を成膜して、拡散防止層１５を設けずに、ソース電極１６およびドレイン電極１７を該有機半導体層１４の上に成膜して比較例１の有機トランジスタとした。 (Comparative Example 1)
Next, the compound 1 was formed as an organic semiconductor layer 14 on the laminate, and the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed on the organic semiconductor layer 14 without providing the diffusion preventing layer 15. 1 organic transistor.

表１に示すように比較例１の有機トランジスタについては、初期移動度は１１ｃｍ^２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は０．８ｃｍ^２／Ｖｓと大きく低下した。このことから、相転移温度が高い有機半導体材料を用いるだけでは、有機トランジスタの耐熱性を向上できないことが確認された。 As shown in Table 1, the initial mobility of the organic transistor of Comparative Example 1 was as high as 11 cm ² / Vs, but the mobility after the high temperature treatment was greatly reduced to 0.8 cm ² / Vs. From this, it was confirmed that the heat resistance of the organic transistor could not be improved only by using an organic semiconductor material having a high phase transition temperature.

上述した推定メカニズムのように、Ａｕ原子１８が有機半導体層１４におけるＳ原子同士の相互作用を弱めた結果、比較例１の有機トランジスタの耐熱性が低かったと考えられる。 It is considered that the heat resistance of the organic transistor of Comparative Example 1 was low as a result of the Au atoms 18 weakening the interaction between S atoms in the organic semiconductor layer 14 as in the above-described estimation mechanism.

（比較例２）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物２を成膜して、拡散防止層１５を設けずに、ソース電極１６およびドレイン電極１７を該有機半導体層１４の上に成膜して比較例２の有機トランジスタとした。 (Comparative Example 2)
Next, the compound 2 was formed as an organic semiconductor layer 14 on the laminate, and the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed on the organic semiconductor layer 14 without providing the diffusion preventing layer 15. No. 2 organic transistor.

表１に示すように比較例２の有機トランジスタについては、初期移動度は３ｃｍ^２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は０．１ｃｍ^２／Ｖｓと大きく低下した。このことから、相転移温度を持たない有機半導体材料を用いるだけでは、有機トランジスタの耐熱性を向上できないことが確認された。 As shown in Table 1, the initial mobility of the organic transistor of Comparative Example 2 was as high as 3 cm ² / Vs, but the mobility after the high temperature treatment was greatly reduced to 0.1 cm ² / Vs. From this, it was confirmed that the heat resistance of the organic transistor could not be improved only by using the organic semiconductor material having no phase transition temperature.

なお、比較例１と同様の理由により、比較例２の有機トランジスタの耐熱性が低かったと考えられる。 It is considered that the heat resistance of the organic transistor of Comparative Example 2 was low for the same reason as in Comparative Example 1.

（比較例３）
次に、積層体に有機半導体層１４として下記化学式３で示すＣ８−ＢＴＢＴ（以下「化合物３」という。）を成膜して、拡散防止層１５を設けずに、ソース電極１６およびドレイン電極１７を該有機半導体層１４の上に成膜して比較例３の有機トランジスタとした。 (Comparative Example 3)
Next, C8-BTBT (hereinafter, referred to as “compound 3”) represented by the following chemical formula 3 is formed as the organic semiconductor layer 14 on the stacked body, and the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed without providing the diffusion prevention layer 15. Was formed on the organic semiconductor layer 14 to obtain an organic transistor of Comparative Example 3.

表１に示すように比較例３の有機トランジスタについては、初期移動度は１２ｃｍ^２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は測定不能になるほど特性が低下した。このことから、有機半導体層１４に相転移温度が低い材料を用いると、有機トランジスタの耐熱性が低くなることが確認された。 As shown in Table 1, although the initial mobility of the organic transistor of Comparative Example 3 was as high as 12 cm ² / Vs, the characteristics after the high-temperature treatment were so low that the characteristics could not be measured. From this, it was confirmed that when a material having a low phase transition temperature was used for the organic semiconductor layer 14, the heat resistance of the organic transistor was reduced.

これは、化合物３の相転移温度は８０℃と低く、相転移温度以上の温度で加熱されたことにより化合物３の相転移が生じ、化合物３の結晶配列が崩れたためと予想される。すなわち、化合物３からなる有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との電荷移動ができない程度にまで、化合物３の結晶配列や形状などが変化してしまい、比較例３の有機トランジスタは高温処理後の移動度が測定できなかったと考えられる。 This is presumably because the phase transition temperature of compound 3 was as low as 80 ° C., and heating at a temperature higher than the phase transition temperature caused phase transition of compound 3 and the crystal arrangement of compound 3 was broken. That is, the crystal arrangement and shape of the compound 3 change to such an extent that the charge transfer between the organic semiconductor layer 14 made of the compound 3 and the source electrode 16 and the drain electrode 17 cannot be performed. It is considered that the mobility after the treatment could not be measured.

（比較例４）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物３を成膜して、その後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＰｄからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したものおよびソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して比較例４の有機トランジスタとした。 (Comparative Example 4)
Next, a compound 3 is formed on the laminate as the organic semiconductor layer 14, and then an alloy layer made of Au and Pd is formed as the diffusion preventing layer 15 at a ratio of 50 atomic%, respectively, and the source electrode 16 and a drain electrode 17 were formed in this order to obtain an organic transistor of Comparative Example 4.

表１に示すように比較例４の有機トランジスタについては、初期移動度は１２ｃｍ^２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は測定不能になるほど特性が低下した。このことから、拡散防止層１５を設けてソース電極１６およびドレイン電極１７材料が有機半導体層１４へ拡散することを抑制しても、有機半導体層１４に相転移温度が低い材料を用いると、有機トランジスタの耐熱性が低いことが確認された。この理由は、比較例３と同様であると考えられる。 As shown in Table 1, although the initial mobility of the organic transistor of Comparative Example 4 was as high as 12 cm ² / Vs, the mobility after the high-temperature treatment was so low that the characteristics could not be measured. For this reason, even if the diffusion prevention layer 15 is provided to suppress the material of the source electrode 16 and the drain electrode 17 from diffusing into the organic semiconductor layer 14, if a material having a low phase transition temperature is used for the organic semiconductor layer 14, organic It was confirmed that the heat resistance of the transistor was low. The reason is considered to be the same as in Comparative Example 3.

（比較例５）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物３を成膜して、その後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＮｉからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したものおよびソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して比較例５の有機トランジスタとした。 (Comparative Example 5)
Next, a compound 3 is formed as the organic semiconductor layer 14 on the laminate, and thereafter, an alloy layer made of Au and Ni is formed as the diffusion preventing layer 15 at a ratio of 50 atomic%, respectively, and the source electrode is formed. 16 and a drain electrode 17 were formed in this order to obtain an organic transistor of Comparative Example 5.

表１に示すように比較例４の有機トランジスタについては、初期移動度は１０ｃｍ^２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は測定不能になるほど特性が低下した。このことから、比較例４と同様の理由により、比較例５の有機トランジスタの耐熱性が低いと考えられる。 As shown in Table 1, although the initial mobility of the organic transistor of Comparative Example 4 was as high as 10 cm ² / Vs, the characteristics after the high-temperature treatment became so low that the characteristics could not be measured. From this, it is considered that the heat resistance of the organic transistor of Comparative Example 5 is low for the same reason as in Comparative Example 4.

上記の結果から、有機半導体層１４に相転移温度が２４５℃以上の材料または相転移温度を持たない材料を用い、拡散防止層１５を設けることにより、高温処理後の有機トランジスタの移動度を高く維持できることが確認された。 From the above results, by using a material having a phase transition temperature of 245 ° C. or higher or a material having no phase transition temperature for the organic semiconductor layer 14 and providing the diffusion prevention layer 15, the mobility of the organic transistor after the high-temperature treatment is increased. It was confirmed that it could be maintained.

（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した有機トランジスタは、本発明の有機トランジスタの一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。 (Other embodiments)
In addition, the organic transistor shown in each of the embodiments described above is an example of the organic transistor of the present invention, and is not limited to each of the embodiments described above, and is not limited to the scope described in the claims. Can be changed as appropriate.

例えば、相転移温度が高い材料としては、Ｃ６−ＤＮＢＤＴやＣ８−ＤＮＢＤＴなどが挙げられるが、このような材料であれば、他の材料を用いてもよい。また、相転移温度がない材料としては、他にＣ８−ＤＮＮＤＴなどが挙げられるが、このような材料であれば、他の材料を用いてもよい。 For example, examples of the material having a high phase transition temperature include C6-DNBDT and C8-DNBDT, and other materials may be used as long as such materials are used. Further, as a material having no phase transition temperature, C8-DNNDT and the like can be mentioned, but other materials may be used as long as such a material is used.

さらに、ソース電極１６およびドレイン電極１７としてＡｕ以外の材料、例えばＡｇやＭｏなどを用いた場合においても、ソース電極１６およびドレイン電極１７および有機半導体の材料に合わせた拡散防止層１５を設けることで、耐熱性の高い有機トランジスタとできると考えられる。例えば上記の場合において、ソース電極１６およびドレイン電極１７材料を主成分とし、ソース電極１６およびドレイン電極１７材料の仕事関数と有機半導体材料のＨＯＭＯとの間の仕事関数を有する材料を含む拡散防止層１５を備えることで、上記実施例と同様の効果が得られると考えられる。 Further, even when a material other than Au, for example, Ag or Mo is used as the source electrode 16 and the drain electrode 17, the diffusion prevention layer 15 is provided according to the source electrode 16, the drain electrode 17, and the material of the organic semiconductor. It is considered that an organic transistor having high heat resistance can be obtained. For example, in the above case, a diffusion prevention layer containing a material having a work function of the source electrode 16 and the drain electrode 17 as a main component and having a work function between the work function of the source electrode 16 and the drain electrode 17 and the HOMO of the organic semiconductor material. It is considered that the provision of No. 15 provides the same effect as the above embodiment.

１０有機トランジスタ
１１基板
１２ゲート電極
１３ゲート絶縁層
１４有機半導体層
１５拡散防止層
１６ソース電極
１７ドレイン電極
１８Ａｕ原子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Organic transistor 11 Substrate 12 Gate electrode 13 Gate insulating layer 14 Organic semiconductor layer 15 Diffusion prevention layer 16 Source electrode 17 Drain electrode 18 Au atom

Claims

A substrate (11);
A gate electrode (12) provided on the substrate;
A gate insulating layer (13) formed so as to cover the gate electrode;
An organic semiconductor layer (14) formed on the gate insulating layer;
Two diffusion prevention layers (15) formed on the organic semiconductor layer and arranged apart from each other at positions corresponding to both ends of the gate electrode;
A source electrode (16) formed on one of the diffusion prevention layers and a drain electrode (17) formed on the other of the diffusion prevention layers, which are arranged apart from each other at positions corresponding to both ends of the gate electrode. ) And
The organic transistor, wherein the diffusion prevention layer is disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer and between the drain electrode and the organic semiconductor layer, and is an alloy containing gold as a main component.

The organic transistor according to claim 1, wherein the source electrode and the drain electrode are made of gold, and the diffusion prevention layer is an alloy of at least one of nickel and palladium and gold.

The organic transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor layer is a compound having a phase transition temperature of 245 ° C. or higher.

The organic transistor according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic semiconductor layer is a compound represented by a chemical formula (1).

The organic transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor layer is a compound having no phase transition temperature.

The organic transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor layer is a compound represented by a chemical formula (2).

The organic transistor according to claim 1, wherein the diffusion prevention layer has a gold content of 50 atomic% or less.