JP6934130B2 - Thienoacen single crystal organic semiconductor film - Google Patents

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JP6934130B2 JP2018206143A JP2018206143A JP6934130B2 JP 6934130 B2 JP6934130 B2 JP 6934130B2 JP 2018206143 A JP2018206143 A JP 2018206143A JP 2018206143 A JP2018206143 A JP 2018206143A JP 6934130 B2 JP6934130 B2 JP 6934130B2
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本発明は有機半導体膜及びその製造方法に関する。また、本発明は有機半導体膜を備えた有機半導体デバイスに関する。 The present invention relates to an organic semiconductor film and a method for producing the same. The present invention also relates to an organic semiconductor device provided with an organic semiconductor film.

有機半導体は、これまでシリコンなどの無機半導体に比べて電気的特性が劣っていたが、最近では優れた電気的特性を有する材料も開発されつつあり、結晶状態やキャリア移動度などに関する研究が進んでいる。有機半導体は、無機半導体で従来用いられている真空技術と比較して、低コスト、低環境負荷及び大面積化が可能であるという利点を有する。また、室温近傍での製造が可能であるため、プラスチック基板への印刷技術による成膜も可能である。そのため、有機半導体はポストシリコン半導体として次世代型の電子デバイスへの応用が期待されている。 Organic semiconductors have been inferior in electrical properties to inorganic semiconductors such as silicon, but recently, materials with excellent electrical properties are being developed, and research on crystal states and carrier mobility is progressing. I'm out. Organic semiconductors have the advantages of low cost, low environmental load, and large area as compared with the vacuum technology conventionally used for inorganic semiconductors. Further, since it can be manufactured near room temperature, it is possible to form a film by printing technology on a plastic substrate. Therefore, organic semiconductors are expected to be applied to next-generation electronic devices as post-silicon semiconductors.

有機半導体膜を作製する方法としては、従来、蒸着法、分子線エピタキシャル法、溶媒蒸発法、融液法、ラングミュア−ブロジェット法など、材料の特性により種々の方法が検討されている。これらの方法のなかでも、溶媒蒸発法は、有機半導体溶液から溶媒を蒸発させて溶液を飽和状態にして結晶を析出させ、有機半導体膜を形成する方法であり、簡易な方法でありながら高性能の有機半導体薄膜が得られる点で優れている。 As a method for producing an organic semiconductor film, various methods have been conventionally studied depending on the characteristics of the material, such as a vapor deposition method, a molecular beam epitaxial method, a solvent evaporation method, a melt method, and a Langmuir-Brojet method. Among these methods, the solvent evaporation method is a method of evaporating a solvent from an organic semiconductor solution to saturate the solution and precipitate crystals to form an organic semiconductor film, which is a simple method but has high performance. It is excellent in that an organic semiconductor thin film can be obtained.

溶媒蒸発法の中でも特に、エッジキャスト法、ドロップキャスト法、スピンコーティング法、印刷法(インクジェット法やグラビア印刷法)のような溶液を用いた塗布法に基づく溶媒蒸発法のプロセスは、簡易で安価、室温近傍での製造が可能という観点から、非常に期待される方法である。とりわけエッジキャスト法はWO2011/040155号に記載されるように、単結晶膜が作製可能である点で有望な技術である。 Among the solvent evaporation methods, the solvent evaporation method based on a coating method using a solution such as an edge casting method, a drop casting method, a spin coating method, and a printing method (inkprint method or gravure printing method) is simple and inexpensive. This is a very promising method from the viewpoint that it can be manufactured near room temperature. In particular, the edge casting method is a promising technique in that a single crystal film can be produced as described in WO2011 / 0401155.

溶媒蒸発法を用いた有機半導体の成膜工程においては有機半導体を溶剤に溶かすことが必要であるが、アセン誘導体やチオフェン誘導体等の代表的な有機半導体は一般に溶剤への溶解性が悪かったり、容易にゲル化したりするという問題がある。そこで、有機半導体材料の溶解性を高めるための研究が多数なされてきた。近年では特許文献1に記載されるように、特定の溶剤と特定の有機半導体を組み合わせることによって溶解性の問題を解決することも提案されている。 In the process of forming an organic semiconductor using the solvent evaporation method, it is necessary to dissolve the organic semiconductor in a solvent, but typical organic semiconductors such as acene derivatives and thiophene derivatives generally have poor solubility in a solvent. There is a problem that it easily gels. Therefore, many studies have been conducted to improve the solubility of organic semiconductor materials. In recent years, as described in Patent Document 1, it has also been proposed to solve the problem of solubility by combining a specific solvent and a specific organic semiconductor.

WO2011/040155号WO2011 / 0401155 特開2006−287224号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-287224

従来の有機半導体の成膜技術では、高品質の単結晶膜を得ることは困難であった。特許文献1に記載のエッジキャスト法は確かに単結晶膜を形成可能な技術として有望であるが、それでも改善の余地が残されている。これは有機半導体の材料開発や成膜技術が未成熟である点に加えて、有機半導体の溶剤への溶解性の問題をクリアできていなかったことに起因すると考えられる。 It has been difficult to obtain a high-quality single crystal film by the conventional organic semiconductor film forming technology. The edge casting method described in Patent Document 1 is certainly promising as a technique capable of forming a single crystal film, but there is still room for improvement. It is considered that this is due to the fact that the material development and film formation technology of organic semiconductors are immature, and the problem of solubility of organic semiconductors in solvents has not been solved.

この問題は特許文献2に記載の技術によっても十分な解決が図られていない。特許文献2に記載の技術によればハロゲン含有芳香族化合物を溶剤とすることでポリチオフェン半導体の安定な溶液が作製できるとされている。しかしながら、特許文献2には溶液の安定性に関する具体的なデータはあるものの、実際にポリチオフェン半導体を基板上に成膜した具体例は記載されておらず、その結晶性に関しても何ら記載がない。本発明者の検討結果によれば、特許文献2に記載の技術によって基板上にポリチオフェン半導体を成膜しても、得られた薄膜に微細なクラックが入ってしまい、高品質の単結晶薄膜が得られないことが分かった。クラックの存在は半導体の重要な電気的特性であるキャリア移動度に悪影響を与えることから、クラックの抑制された有機半導体薄膜が提供されることが望ましい。また、得られた有機半導体膜のドメイン数は少ない方が単結晶としての品質が高いところ、従来技術では多数のドメインを有する有機半導体膜しか得られていない。 This problem has not been sufficiently solved by the technique described in Patent Document 2. According to the technique described in Patent Document 2, a stable solution of a polythiophene semiconductor can be prepared by using a halogen-containing aromatic compound as a solvent. However, although Patent Document 2 has specific data on the stability of the solution, it does not describe a specific example of actually forming a polythiophene semiconductor on a substrate, and there is no description about its crystallinity. According to the study results of the present inventor, even if a polythiophene semiconductor is formed on a substrate by the technique described in Patent Document 2, fine cracks are formed in the obtained thin film, and a high-quality single crystal thin film is obtained. It turned out that I couldn't get it. Since the presence of cracks adversely affects the carrier mobility, which is an important electrical property of the semiconductor, it is desirable to provide an organic semiconductor thin film in which cracks are suppressed. Further, the smaller the number of domains of the obtained organic semiconductor film, the higher the quality as a single crystal. However, in the prior art, only an organic semiconductor film having a large number of domains has been obtained.

本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、クラックが抑制され、均質性の高い単結晶性有機半導体膜を提供することを課題の一つとする。また、本発明はそのような有機半導体膜を製造するのに好適な方法を提供することを別の課題の一つとする。また、本発明はそのような有機半導体の単結晶膜を備えた有機半導体デバイスに関する。 The present invention has been created in view of the above circumstances, and one of the problems is to provide a single crystal organic semiconductor film in which cracks are suppressed and high homogeneity is provided. Another object of the present invention is to provide a method suitable for producing such an organic semiconductor film. The present invention also relates to an organic semiconductor device provided with such a single crystal film of an organic semiconductor.

本発明者は上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねたところ、3−クロロチオフェンを溶剤にして有機半導体の溶液を調製し、これを溶媒蒸発法により有機半導体膜を形成すると、クラック発生が抑制され、ドメイン数も抑制された均質性の高い有機半導体膜が得られることを見出した。特に、3−クロロチオフェンを溶剤にして有機半導体の溶液を調製し、これをエッジキャスト法によって有機半導体膜を形成すると、クラックの発生が顕著に抑制され、被覆率が高い単結晶膜が得られることを見出した。このような効果は、類似化合物の2−クロロチオフェンによっても得られず、更には、他のハロゲン系芳香族溶剤や非ハロゲン系芳香族溶剤によっても得られなかったことから、3−クロロチオフェンに特異的な効果であると考えられる。本発明は当該知見を基礎として完成したものであり、以下に例示される。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventor prepares a solution of an organic semiconductor using 3-chlorothiophene as a solvent, and forms an organic semiconductor film by the solvent evaporation method to suppress crack generation. It was found that an organic semiconductor film with high homogeneity in which the number of domains is suppressed can be obtained. In particular, when a solution of an organic semiconductor is prepared using 3-chlorothiophene as a solvent and an organic semiconductor film is formed by the edge casting method, the occurrence of cracks is remarkably suppressed and a single crystal film having a high coverage can be obtained. I found that. Such an effect was not obtained by the similar compound 2-chlorothiophene, and further, it was not obtained by other halogen-based aromatic solvents or non-halogen-based aromatic solvents. It is considered to be a specific effect. The present invention has been completed based on the above findings, and is exemplified below.

[1]
1mm2当たりの面積中に存在するドメイン数が10以下である単結晶性有機半導体膜。
[1]
A single crystal organic semiconductor film in which the number of domains existing in an area per 1 mm 2 is 10 or less.

[2]
被覆率が0.98以上である[1]に記載の単結晶性有機半導体膜。
[2]
The single crystal organic semiconductor film according to [1], which has a coverage of 0.98 or more.

[3]
結晶軸の分布範囲が10°以内である[1]又は[2]に記載の単結晶性有機半導体膜。
[3]
The single crystal organic semiconductor film according to [1] or [2], wherein the distribution range of the crystal axis is within 10 °.

[4]
クラックの角度の標準偏差が0.5rad以下である[1]〜[3]の何れか一項に記載の単結晶性有機半導体膜。
[4]
The single crystal organic semiconductor film according to any one of [1] to [3], wherein the standard deviation of the crack angle is 0.5 rad or less.

[5]
有機半導体がポリチオフェン又はチアノアセンである[1]〜[4]の何れか一項に記載の単結晶性有機半導体膜。
[5]
The single crystal organic semiconductor film according to any one of [1] to [4], wherein the organic semiconductor is polythiophene or thianoacen.

[6]
平均移動度が5cm2/Vs以上である[1]〜[5]の何れか一項に記載の単結晶性有機半導体膜。
[6]
The single crystal organic semiconductor film according to any one of [1] to [5], which has an average mobility of 5 cm 2 / Vs or more.

[7]
移動度の変動係数が40以下である[1]〜[6]の何れか一項に記載の単結晶性有機半導体膜。
[7]
The single crystal organic semiconductor film according to any one of [1] to [6], wherein the mobility coefficient of variation is 40 or less.

[8]
平均膜厚が1μm以下である[1]〜[7]の何れか一項に記載の単結晶性有機半導体膜。
[8]
The single crystal organic semiconductor film according to any one of [1] to [7], which has an average film thickness of 1 μm or less.

[9]
有機半導体を3−クロロチオフェンに溶かして有機半導体溶液を調製する工程1と、
基板表面上に前記有機半導体液を付着する工程2と、
基板表面上の前記有機半導体液から3−クロロチオフェンを蒸発させる工程3と、
を含む有機半導体膜の製造方法。
[9]
Step 1 of preparing an organic semiconductor solution by dissolving an organic semiconductor in 3-chlorothiophene,
Step 2 of adhering the organic semiconductor liquid on the surface of the substrate,
Step 3 of evaporating 3-chlorothiophene from the organic semiconductor liquid on the surface of the substrate, and
A method for producing an organic semiconductor film including.

[10]
有機半導体を3−クロロチオフェンに溶かして有機半導体溶液を調製する工程1と、
基板表面に対して起立する端面を有する接触部材が戴置された基板を準備する工程2と、
工程1で得られた溶液を前記基板に供給して、前記端面と前記基板表面に同時に接触する液滴を形成する工程と、
工程で得られた液滴から3−クロロチオフェンを蒸発させる工程と、
を含む有機半導体膜の製造方法。
[10]
Step 1 of preparing an organic semiconductor solution by dissolving an organic semiconductor in 3-chlorothiophene,
Step 2 of preparing a substrate on which a contact member having an end face that stands up against the surface of the substrate is placed, and
Solution obtained in step 1 was supplied to the substrate, a step 3 of forming droplets that simultaneously contact the substrate surface and the end face,
Step 4 to evaporate 3-chlorothiophene from the droplets obtained in step 3 and
A method for producing an organic semiconductor film including.

[11]
有機半導体がチオフェン誘導体である[9]又は[10]に記載の有機半導体膜の製造方法。
[11]
The method for producing an organic semiconductor film according to [9] or [10], wherein the organic semiconductor is a thiophene derivative.

[12]
有機半導体溶液中の有機半導体濃度が0.2質量%以下である[9]〜[11]の何れか一項に記載の有機半導体膜の製造方法。
[12]
The method for producing an organic semiconductor film according to any one of [9] to [11], wherein the concentration of the organic semiconductor in the organic semiconductor solution is 0.2% by mass or less.

[13]
溶液は印刷法によって基板上に供給される[9]〜[12]の何れか一項に記載の有機半導体膜の製造方法。
[13]
The method for producing an organic semiconductor film according to any one of [9] to [12], wherein the solution is supplied onto the substrate by a printing method.

[14]
有機半導体膜が単結晶性である[9]〜[13]の何れか一項に記載の有機半導体膜の製造方法。
[14]
The method for producing an organic semiconductor film according to any one of [9] to [13], wherein the organic semiconductor film is single crystal.

[15]
基板と、その表面上に形成された[1]〜[8]の何れか一項に記載の単結晶性有機半導体膜とを備えた有機半導体デバイス。
[15]
An organic semiconductor device comprising a substrate and a single crystal organic semiconductor film according to any one of [1] to [8] formed on the surface of the substrate.

[16]
[1]〜[8]の何れか一項に記載の単結晶性有機半導体膜を半導体チャンネルとして備えたトランジスタ。
[16]
A transistor provided with the single crystal organic semiconductor film according to any one of [1] to [8] as a semiconductor channel.

本発明によれば、クラックのない、低ドメイン数の薄膜が形成され、高い被覆率をもつ有機半導体膜が提供される。これにより、品質安定性に優れ、高いキャリア移動度をもつ有機半導体デバイスを歩留まりよく作製することが可能となる。 According to the present invention, an organic semiconductor film having a low number of domains without cracks and having a high coverage is provided. This makes it possible to manufacture an organic semiconductor device having excellent quality stability and high carrier mobility with a high yield.

エッジキャスト法の工程を説明するための模式的な斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating the process of the edge casting method. 図1に続く工程を説明するための模式的な斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating the process following FIG. エッジキャスト法の工程を説明するための模式的な断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the process of the edge casting method. エッジキャスト法の変形例を説明するための模式的な断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the modification of the edge cast method. 結晶軸を測定するための光学系を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the optical system for measuring a crystal axis. 連続エッジキャスト法の工程を説明するための模式的な断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the process of the continuous edge casting method. 連続エッジキャスト法の工程を説明するための模式的な別の断面図である。It is another schematic sectional view for demonstrating the process of the continuous edge casting method. 本発明に係る有機半導体膜の写真の一例である(実験番号1)。This is an example of a photograph of an organic semiconductor film according to the present invention (Experiment No. 1). 比較例に係る有機半導体膜の写真の一例である(実験番号2)。This is an example of a photograph of an organic semiconductor film according to a comparative example (Experiment No. 2).

<1.被覆率>
本発明に係る単結晶性有機半導体膜は一実施形態において、膜のクラックが抑制され、膜の欠損した領域も抑制されることから基板上での膜の被覆率が高いという特徴を有する。膜内にクラックが生じたり、膜形成領域内に欠損領域が生じたりすると被覆率が低下する。被覆率が低下すると、歩留まり低下や有機半導体デバイスの品質安定性の低下につながる。本発明によれば、有機半導体膜の被覆率を0.98以上とすることができ、好ましくは0.99以上とすることができる。ここで、被覆率というのは膜が形成されている領域から任意に抽出した104μm2の範囲を複数箇所観察したときの膜が占める割合の平均値として定義される。
<1. Coverage>
In one embodiment, the single crystal organic semiconductor film according to the present invention is characterized in that cracks in the film are suppressed and regions where the film is defective are also suppressed, so that the coverage of the film on the substrate is high. If cracks occur in the film or defect areas occur in the film-forming region, the coverage decreases. When the coverage is lowered, the yield is lowered and the quality stability of the organic semiconductor device is lowered. According to the present invention, the coverage of the organic semiconductor film can be 0.98 or more, preferably 0.99 or more. Here, the coverage is defined as the average value of the ratio occupied by the film when a range of 10 4 μm 2 arbitrarily extracted from the region where the film is formed is observed at a plurality of places.

<2.ドメイン数>
また、本発明に係る単結晶性有機半導体膜は一実施形態において、単結晶性が高いため、結晶のドメイン数を極めて少なくすることができる。具体的には、1mm2当たりのドメイン数を10以下とすることができ、好ましくは5以下とすることができ、より好ましくは1とすることができる。ドメイン数が1というのはいわゆるシングルドメインの単結晶であることを指し、結晶配向が揃っていることを表している。
<2. Number of domains>
Further, since the single crystal organic semiconductor film according to the present invention has high single crystal property in one embodiment, the number of crystal domains can be extremely reduced. Specifically, the number of domains per 1 mm 2 can be 10 or less, preferably 5 or less, and more preferably 1. When the number of domains is 1, it means that it is a so-called single domain single crystal, and it means that the crystal orientations are uniform.

<3.クラックの角度>
本発明に係る単結晶性有機半導体膜の一実施形態においては、クラックが生じたとしてもクラックの入る方向(角度)が移動度の高い結晶軸に揃っている。通常、電流はこの移動度が高い方向に沿って流すため、クラックはトランジスタの移動度又はトランジスタ特性にあまり影響を与えないという利点が得られる。具体的には、クラックの角度の標準偏差を0.5rad以下とすることができ、好ましくは0.3rad以下とすることができ、より好ましくは0.2rad以下とすることができ、更により好ましくは0.15rad以下とすることができ、例えば0.1〜0.5radとすることができる。
<3. Crack angle>
In one embodiment of the single crystal organic semiconductor film according to the present invention, even if cracks occur, the cracking directions (angles) are aligned with the crystal axes having high mobility. Since the current usually flows along the direction in which the mobility is high, there is an advantage that the crack does not significantly affect the mobility or the transistor characteristics of the transistor. Specifically, the standard deviation of the crack angle can be 0.5 rad or less, preferably 0.3 rad or less, more preferably 0.2 rad or less, and even more preferably. Can be 0.15 rad or less, for example 0.1 to 0.5 rad.

<4.結晶軸>
本発明に係る有機半導体膜は一実施形態において、結晶軸の均一性が高い単結晶膜である。具体的には、結晶軸の分布範囲を10°以内とすることができ、好ましくは8°以内とすることができ、更により好ましくは7°以内とすることができる。このような単結晶膜は、大面積の電子デバイスへ適用するに当たって有利である。
<4. Crystal axis>
In one embodiment, the organic semiconductor film according to the present invention is a single crystal film having high uniformity of crystal axis. Specifically, the distribution range of the crystal axis can be within 10 °, preferably within 8 °, and even more preferably within 7 °. Such a single crystal film is advantageous for application to a large area electronic device.

本発明においては、結晶軸の分布範囲を以下の手順により測定する。図5に示す光学系を構築し、低角入射X線回折(GIXD)測定を行う。具体的には、半導体膜の表面に垂直な軸φを中心に360度回転させながら、光源LからのX線(ビーム径は1.5cm程度)が有機半導体膜により回折された回折光を検出器Dにより検出する。これにより、薄膜をφ方向に回転したときの回折強度(y軸)の分布を測定する。2θ(x軸)は22.56度に設定する。得られた回折強度分布の標準偏差を結晶軸の分布範囲とする。 In the present invention, the distribution range of the crystal axis is measured by the following procedure. The optical system shown in FIG. 5 is constructed, and low-angle incident X-ray diffraction (GIXD) measurement is performed. Specifically, while rotating 360 degrees around an axis φ perpendicular to the surface of the semiconductor film, X-rays (beam diameter is about 1.5 cm) from the light source L are diffracted by the organic semiconductor film to detect diffracted light. Detected by vessel D. Thereby, the distribution of the diffraction intensity (y-axis) when the thin film is rotated in the φ direction is measured. 2θ (x-axis) is set to 22.56 degrees. The standard deviation of the obtained diffraction intensity distribution is defined as the distribution range of the crystal axis.

<5.キャリア移動度(平均値)>
移動度は半導体デバイスの応答速度を左右する重要な特性である。有機半導体は移動度が小さいことが実用化のために解決すべき課題であったが、本発明に係る有機半導体膜は一実施形態においてアモルファスシリコンを超える優れた移動度を有することができ、好ましい実施形態においては多結晶シリコンに匹敵する移動度を有することができる。具体的には、本発明に係る有機半導体膜は一実施形態において、5cm2/Vs以上の平均移動度を有することができ、好ましくは7cm2/Vs以上の平均移動度を有することができ、より好ましくは8cm2/Vs以上の平均移動度を有することができ、更により好ましくは10cm2/Vs以上の平均移動度を有することができ、例えば、8〜12cm2/Vsの平均移動度を有することができる。
<5. Carrier mobility (average value)>
Mobility is an important characteristic that affects the response speed of semiconductor devices. The low mobility of an organic semiconductor has been a problem to be solved for practical use, but the organic semiconductor film according to the present invention can have an excellent mobility higher than that of amorphous silicon in one embodiment, which is preferable. In the embodiment, the mobility can be comparable to that of polycrystalline silicon. Specifically, the organic semiconductor film according to the present invention can have an average mobility of 5 cm 2 / Vs or more, preferably 7 cm 2 / Vs or more in one embodiment. more preferably can have a 8 cm 2 / Vs or more average mobility, even more preferably can have a 10 cm 2 / Vs or more average mobility, for example, an average mobility of 8~12cm 2 / Vs Can have.

本発明において、移動度は一般的に行われるFETの移動度評価法(FET法)に基づいて算出する。即ち、FETの電流式
Id=(W/2L)・μ・Cox(Vg-Vt)^2 ・・・ 飽和領域の場合
(式中、Id:ドレイン電流、Vg:ゲート電圧、Vt:閾値電圧、μ:移動度、Cox:酸化膜容量、W:チャンネル幅、L:チャンネル長を表す。)
から移動度μに関する式に変形し、FETのIdVgの測定値から移動度を決定する。
In the present invention, the mobility is calculated based on a commonly used FET mobility evaluation method (FET method). That is, the FET current type
Id = (W / 2L) ・ μ ・ Cox (Vg-Vt) ^ 2 ・ ・ ・ In the case of saturation region (in the formula, Id: drain current, Vg: gate voltage, Vt: threshold voltage, μ: mobility, Cox : Oxide film capacity, W: Channel width, L: Channel length.)
The mobility is determined from the measured value of IdVg of the FET by transforming from the equation relating to the mobility μ.

<6.キャリア移動度(変動係数)>
有機半導体膜の均質性が高いことは、高い歩留まりを実現する上で重要な特性であるところ、移動度の変動係数が小さいというのは均質性の観点から有利である。この点、本発明に係る有機半導体膜は一実施形態において、制御された移動度の変動係数を有する。具体的には、本発明に係る有機半導体膜は一実施形態において、移動度の変動係数が40以下であり、好ましくは移動度の変動係数が35以下であり、より好ましくは移動度の変動係数が30以下であり、更により好ましくは移動度の変動係数が30以下であり、例えば移動度の変動係数が20〜30である。
<6. Carrier mobility (coefficient of variation)>
High homogeneity of the organic semiconductor film is an important property for achieving a high yield, but a small coefficient of variation of mobility is advantageous from the viewpoint of homogeneity. In this respect, the organic semiconductor film according to the present invention has a controlled mobility coefficient of variation in one embodiment. Specifically, in one embodiment, the organic semiconductor film according to the present invention has a mobility fluctuation coefficient of 40 or less, preferably a mobility fluctuation coefficient of 35 or less, and more preferably a mobility fluctuation coefficient. Is 30 or less, and even more preferably, the mobility variation coefficient is 30 or less, for example, the mobility variation coefficient is 20 to 30.

本発明において、移動度の変動係数は、移動度の平均値を求める際に得られた移動度のデータから、次式により求める。
(移動度の変動係数)=(移動度の標準偏差)/(移動度の平均値)×100
In the present invention, the coefficient of variation of mobility is calculated by the following equation from the mobility data obtained when the average value of mobility is calculated.
(Floor coefficient of mobility) = (standard deviation of mobility) / (average value of mobility) x 100

<7.膜厚>
有機半導体膜に求められる膜厚は用途によって異なるので特に制限はないが、一般にはチャネル領域以外の抵抗を低減するために薄いのが望ましい。本発明に係る有機半導体膜は、一実施形態において平均膜厚を1μm以下とすることができ、別の一実施形態においては100nm以下とすることができ、更に別の一実施形態においては50nm以下とすることができる。本発明に係る有機半導体膜は好ましい一実施形態において平均膜厚を20nm以下とすることができ、別の一実施形態においては15nm以下とすることができ、更に別の一実施形態においては10nm以下とすることができる。
<7. Film thickness>
The film thickness required for the organic semiconductor film varies depending on the application and is not particularly limited, but in general, it is desirable that the film thickness is thin in order to reduce resistance outside the channel region. The organic semiconductor film according to the present invention can have an average film thickness of 1 μm or less in one embodiment, 100 nm or less in another embodiment, and 50 nm or less in yet another embodiment. Can be. The organic semiconductor film according to the present invention can have an average film thickness of 20 nm or less in one preferred embodiment, 15 nm or less in another embodiment, and 10 nm or less in yet another embodiment. Can be.

<8.有機半導体>
本発明に係る有機半導体膜を構成する有機半導体の種類については特に制限は無いが、自己凝縮機能の高い材料であることが望ましい。自己凝縮機能とは、分子が溶媒から析出する際に、自発的に凝集して、結晶化しやすい傾向を意味する。また、溶剤である3−クロロチオフェンに対する相性との兼ね合いから、チオフェン誘導体が好ましい。チオフェン誘導体としては、ポリチオフェンやチエノアセン(含チオフェン縮合多環芳香族化合物)が挙げられ、例えば以下の化学構造で示される化合物が挙げられる。単結晶を得る観点から、有機半導体は単独で使用することが必要であり、複数種類の有機半導体を混合して使用することは望ましくない。
<8. Organic semiconductors>
The type of organic semiconductor constituting the organic semiconductor film according to the present invention is not particularly limited, but a material having a high self-condensing function is desirable. The self-condensing function means that when a molecule precipitates from a solvent, it spontaneously aggregates and tends to crystallize easily. Further, a thiophene derivative is preferable from the viewpoint of compatibility with 3-chlorothiophene as a solvent. Examples of the thiophene derivative include polythiophene and thienoacene (thiophene-containing polycyclic aromatic compound), and examples thereof include compounds having the following chemical structure. From the viewpoint of obtaining a single crystal, it is necessary to use the organic semiconductor alone, and it is not desirable to use a mixture of a plurality of types of organic semiconductors.

(A.ポリチオフェン半導体)
ポリチオフェン半導体は、オン/オフ率(オフ状態の伝導度に対するオン状態の伝導度)が高く、また、移動度も高いことからトランジスタ等の半導体デバイスに好適に適用可能である。

Figure 0006934130

式(i)中、R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数が4〜10のアルキル基である。アルキル基はヘテロ原子(典型的には酸素原子及び硫黄原子から選択される。)を含んでもよい。また、R1及びR2は一緒になって環を形成することもできる。自己凝集能の理由により、好ましくは、R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数が5〜8のアルキル基である。より好ましくはR1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又はヘキシル基である。 (A. Polythiophene semiconductor)
Since the polythiophene semiconductor has a high on / off ratio (conductivity in the on state with respect to the conductivity in the off state) and high mobility, it can be suitably applied to semiconductor devices such as transistors.
Figure 0006934130

In formula (i), R 1 and R 2 are independently hydrogen atoms or alkyl groups having 4 to 10 carbon atoms. Alkyl groups may contain heteroatoms (typically selected from oxygen and sulfur atoms). R 1 and R 2 can also be combined to form a ring. For reasons of self-aggregating ability, R 1 and R 2 are preferably hydrogen atoms or alkyl groups having 5 to 8 carbon atoms, respectively. More preferably, R 1 and R 2 are independently hydrogen atoms or hexyl groups, respectively.

nは5〜100の整数を表す。nはポリチオフェン半導体中のチオフェンモノマー単位の平均数、すなわちポリチオフェン鎖の長さを示す。単結晶膜を形成する観点からは、nは50以下であることが好ましい。 n represents an integer of 5 to 100. n indicates the average number of thiophene monomer units in the polythiophene semiconductor, that is, the length of the polythiophene chain. From the viewpoint of forming a single crystal film, n is preferably 50 or less.

ポリチオフェン半導体の一実施形態においては、上記式(i)中、R1は水素原子であり、R2は炭素数が4〜10のアルキル基である。自己凝集能の理由により、好ましくは、上記式(i)中、R1は水素原子であり、R2は炭素数が5〜8のアルキル基である。より好ましくは、上記式(i)中、R1は水素原子であり、R2はヘキシル基である。 In one embodiment of the polythiophene semiconductor, in the above formula (i), R 1 is a hydrogen atom and R 2 is an alkyl group having 4 to 10 carbon atoms. For the reason of self-aggregation ability, R 1 is preferably a hydrogen atom and R 2 is an alkyl group having 5 to 8 carbon atoms in the above formula (i). More preferably, in the above formula (i), R 1 is a hydrogen atom and R 2 is a hexyl group.

好ましいポリチオフェンの具体例としては、P3HT(ポリ(3−ヘキシルチオフェン))、P3OT(ポリ(3−オクチルチオフェン))、P3DT(ポリ(3−デシルチオフェン))が挙げられる。 Specific examples of preferable polythiophenes include P3HT (poly (3-hexylthiophene)), P3OT (poly (3-octylthiophene)), and P3DT (poly (3-decylthiophene)).

(B.チエノアセン)
次の式(ii)〜(ix)で表されるチエノアセンは大気安定性が高く、また、高移動度が得られることから好ましい。

Figure 0006934130

式(ii)中、R3、R4、R5及びR6はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数が1〜14のアルキル基である。アルキル基はヘテロ原子(典型的には酸素原子及び硫黄原子から選択される。)を含んでもよく、アルキル基中の水素原子はハロゲン原子等の置換基で置換されていてもよい。自己凝集能の理由により、R4=R5であることが好ましく、R3=R6であることが好ましい。溶解性の観点から、好ましくは、R4及びR5が水素原子であり、R3及びR6がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基であるか、又は、R3及びR6が水素原子であり、R4及びR5がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基である。より好ましくは、R3及びR6が水素原子であり、R4及びR5がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基である。自己凝集能の理由により、アルキル基の好ましい炭素数は4〜12であり、より好ましくは6〜10である。 (B. Thieno Asen)
Thienoacen represented by the following formulas (ii) to (ix) is preferable because it has high atmospheric stability and high mobility.
Figure 0006934130

In formula (ii), R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. The alkyl group may contain a hetero atom (typically selected from an oxygen atom and a sulfur atom), and the hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a substituent such as a halogen atom. For reasons of self-aggregation ability, R 4 = R 5 is preferable, and R 3 = R 6 is preferable. From the viewpoint of solubility, preferably, R 4 and R 5 are hydrogen atoms, R 3 and R 6 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms, or R 3 and R 6 are independent alkyl groups. It is a hydrogen atom, and R 4 and R 5 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. More preferably, R 3 and R 6 are hydrogen atoms, and R 4 and R 5 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. For reasons of self-aggregating ability, the alkyl group preferably has 4 to 12 carbon atoms, more preferably 6 to 10 carbon atoms.

式(ii)で表される好適な化合物の具体例としては、次式(iii)で表される3,9−ジデシルジナフト[2,3−b:2’,3’−d]チオフェンが挙げられる。

Figure 0006934130
Specific examples of the suitable compound represented by the formula (ii) include 3,9-didecyldinafto [2,3-b: 2', 3'-d] thiophene represented by the following formula (iii). ..
Figure 0006934130

Figure 0006934130
式(iv)中、R7、R8、R9及びR10はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数が1〜14のアルキル基である。アルキル基はヘテロ原子(典型的には酸素原子及び硫黄原子から選択される。)を含んでもよく、アルキル基中の水素原子はハロゲン原子等の置換基で置換されていてもよい。自己凝集能の理由により、R7=R9であることが好ましく、R8=R10であることが好ましい。溶解性の観点から、好ましくは、R7及びR9が水素原子であり、R8及びR10がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基であるか、又は、R8及びR10が水素原子であり、R7及びR9がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基である。より好ましくは、R8及びR10が水素原子であり、R7及びR9がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基である。自己凝集能の理由により、アルキル基の好ましい炭素数は6〜13であり、より好ましくは8〜10である。
Figure 0006934130
In formula (iv), R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are independently hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. The alkyl group may contain a hetero atom (typically selected from an oxygen atom and a sulfur atom), and the hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a substituent such as a halogen atom. For reasons of self-aggregation ability, R 7 = R 9 is preferable, and R 8 = R 10 is preferable. From the viewpoint of solubility, preferably, R 7 and R 9 are hydrogen atoms, or R 8 and the carbon number R 10 are each independently an alkyl group having from 1 to 14, or, R 8 and R 10 is It is a hydrogen atom, and R 7 and R 9 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. More preferably, R 8 and R 10 are hydrogen atoms, and R 7 and R 9 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. For reasons of self-aggregating ability, the alkyl group preferably has 6 to 13 carbon atoms, more preferably 8 to 10 carbon atoms.

式(iv)で表される好適な化合物の具体例としては、次式(v)で表される2,9−ジデシルジナフト[2,3−b:2’,3’−f]チエノ[3,2−b]チオフェン(C10−DNTT)が挙げられる。

Figure 0006934130
Specific examples of the suitable compound represented by the formula (iv) include 2,9-didecyldinafto [2,3-b: 2', 3'-f] thieno [3, represented by the following formula (v). 2-b] Thiophene (C 10- DNTT) can be mentioned.
Figure 0006934130

Figure 0006934130
式(vi)中、R11、R12、R13及びR14はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数が1〜14のアルキル基である。アルキル基はヘテロ原子(典型的には酸素原子及び硫黄原子から選択される。)を含んでもよく、アルキル基中の水素原子はハロゲン原子等の置換基で置換されていてもよい。自己凝集能の理由により、R11=R13であることが好ましく、R12=R14であることが好ましい。溶解性の観点から、好ましくは、R11及びR13が水素原子であり、R12及びR14がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基であるか、又は、R12及びR14が水素原子であり、R11及びR13がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基である。より好ましくは、R12及びR14が水素原子であり、R11及びR13がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基である。自己凝集能の理由により、アルキル基の好ましい炭素数は5〜12であり、より好ましくは8〜10である。
Figure 0006934130
In formula (vi), R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are independently hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. The alkyl group may contain a hetero atom (typically selected from an oxygen atom and a sulfur atom), and the hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a substituent such as a halogen atom. For reasons of self-aggregation ability, R 11 = R 13 is preferable, and R 12 = R 14 is preferable. From the viewpoint of solubility, preferably, R 11 and R 13 are hydrogen atoms, and R 12 and R 14 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms, or R 12 and R 14 are respectively. It is a hydrogen atom, and R 11 and R 13 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. More preferably, R 12 and R 14 are hydrogen atoms, and R 11 and R 13 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. For reasons of self-aggregating ability, the alkyl group preferably has 5 to 12 carbon atoms, more preferably 8 to 10 carbon atoms.

式(vi)で表される好適な化合物の具体例としては、次式(vii)で表される2,7−ジオクチル[1]ベンゾチエノ[3,2-b][1]ベンゾチオフェン(C8−BTBT)が挙げられる。

Figure 0006934130
Specific examples of the suitable compound represented by the formula (vi) include 2,7-dioctyl [1] benzothiophene [3,2-b] [1] benzothiophene (C 8) represented by the following formula (vi). -BTBT).
Figure 0006934130

Figure 0006934130

式(viii)中、R15、R16、R17及びR18はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数が1〜14のアルキル基である。アルキル基はヘテロ原子(典型的には酸素原子及び硫黄原子から選択される。)を含んでもよく、アルキル基中の水素原子はハロゲン原子等の置換基で置換されていてもよい。自己凝集能の理由により、R15=R17であることが好ましく、R16=R18であることが好ましい。溶解性の観点から、好ましくは、R16及びR18が水素原子であり、R15及びR17がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基であるか、又は、R15及びR17が水素原子であり、R16及びR18がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基である。より好ましくは、R16及びR18が水素原子であり、R15及びR17がそれぞれ独立に炭素数が1〜14のアルキル基である。自己凝集能の理由により、アルキル基の好ましい炭素数は5〜12であり、より好ましくは8〜10である。
Figure 0006934130

In the formula (viii), R 15 , R 16 , R 17 and R 18 are independently hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. The alkyl group may contain a hetero atom (typically selected from an oxygen atom and a sulfur atom), and the hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a substituent such as a halogen atom. For reasons of self-aggregation ability, R 15 = R 17 is preferable, and R 16 = R 18 is preferable. From the viewpoint of solubility, preferably, R 16 and R 18 are hydrogen atoms, and R 15 and R 17 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms, or R 15 and R 17 are respectively. It is a hydrogen atom, and R 16 and R 18 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. More preferably, R 16 and R 18 are hydrogen atoms, and R 15 and R 17 are independently alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms. For reasons of self-aggregating ability, the alkyl group preferably has 5 to 12 carbon atoms, more preferably 8 to 10 carbon atoms.

式(viii)で表される好適な化合物の具体例としては、次式(ix)で表される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)が挙げられる。

Figure 0006934130
Specific examples of a suitable compound represented by the formula (viii) include 3,11-didecyldinafto [2,3-d: 2', 3'-d'] benzo [1] represented by the following formula (ix). , 2-b: 4,5-b'] Dithiophene (C 10- DNBDT).
Figure 0006934130

本発明に係る有機半導体膜は各種の有機半導体デバイスの半導体層として適用可能である。有機半導体デバイスの一実施形態においては、基板と、その上に、単結晶性有機半導体膜層、各種電極層、絶縁膜層などを備える。ここで、基板というのは、その表面上に半導体層を形成するための部材のことを指し、例えばガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板、セラミック基板、金属基板等が挙げられ、更には、これらの基板上に、電極層や絶縁膜層など種々のデバイス構成要素を適宜形成した基板も挙げられる。基板は硬質(リジッド)でも軟質(フレキシブル)でもよい。半導体デバイスの種類としては、限定的ではないが、半導体素子(ダイオード、整流素子、トランジスタ、サーミスタ、バリスタ、サイリスタ、光電変換素子等)、集積回路(リニアIC、デジタルIC等)が挙げられる。例えば、本発明に係る有機半導体デバイスは一実施形態において、本発明に係る有機半導体膜を半導体チャンネルとして備えたトランジスタとすることができる。 The organic semiconductor film according to the present invention can be applied as a semiconductor layer of various organic semiconductor devices. In one embodiment of the organic semiconductor device, a substrate is provided, and a single crystal organic semiconductor film layer, various electrode layers, an insulating film layer, and the like are provided on the substrate. Here, the substrate refers to a member for forming a semiconductor layer on the surface thereof, and examples thereof include a glass substrate, a silicon substrate, a plastic substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, and the like. Examples thereof include a substrate in which various device components such as an electrode layer and an insulating film layer are appropriately formed on the substrate. The substrate may be rigid or flexible. The types of semiconductor devices include, but are not limited to, semiconductor elements (diodes, rectifying elements, transistors, thermistas, varistor, thyristors, photoelectric conversion elements, etc.) and integrated circuits (linear ICs, digital ICs, etc.). For example, in one embodiment, the organic semiconductor device according to the present invention can be a transistor including the organic semiconductor film according to the present invention as a semiconductor channel.

トランジスタを用いた製品としては、フレキシブルディスプレイの画素駆動用アクティブマトリクス素子やドライブ回路、プラスチック上に作製可能な論理回路、低コストのRF−IDタグ、フレキシブルセンサの信号処理素子、高速応答が可能な圧力センサ等が挙げられる。 Products using transistors include active matrix elements and drive circuits for driving pixels in flexible displays, logic circuits that can be manufactured on plastic, low-cost RF-ID tags, signal processing elements for flexible sensors, and high-speed response. Examples include pressure sensors.

<9.成膜方法>
本発明に係る有機半導体膜の好適な製造方法について説明する。高品質な単結晶性の有機半導体膜を製造する上では、有機半導体の溶液作製ステップが極めて重要である。有機半導体の溶剤としては、これまでハロゲン系溶剤であるクロロホルム、ハロゲン系芳香族溶剤であるクロロベンゼンやo−ジクロロベンゼン、非ハロゲン系芳香族溶剤であるトルエン、テトラリンなどが用いられてきたが、有機半導体は溶剤への溶解性が悪かったり容易にゲル化したりするという問題がある。これらの溶剤であっても、有機半導体を加熱することにより溶解することはできるが、温度による溶解度の差が大きいことから急速に結晶化が起こりやすく、均質な単結晶膜を作製することが困難であった。
<9. Film formation method>
A preferred method for producing an organic semiconductor film according to the present invention will be described. In order to produce a high-quality single crystal organic semiconductor film, the step of preparing an organic semiconductor solution is extremely important. As the solvent for the organic semiconductor, chloroform, which is a halogen-based solvent, chlorobenzene or o-dichlorobenzene, which is a halogen-based aromatic solvent, toluene, tetralin, which are non-halogen-based aromatic solvents, and the like have been used. Semiconductors have problems such as poor solubility in solvents and easy gelation. Even these solvents can be dissolved by heating the organic semiconductor, but it is difficult to produce a homogeneous single crystal film because crystallization is likely to occur rapidly due to the large difference in solubility depending on the temperature. Met.

本発明者は3−クロロチオフェンが他の溶剤よりも有機半導体に対して高溶解性を示すだけではなく、温度による溶解度の差が小さいことを発見した。そのため、比較的低温(60〜70℃)でも結晶化が起こりにくく、低温での塗布が可能であることを見出した。また、低温での塗布により、歩留まりの改善とデバイスの大面積化が可能となる。そして、もっとも驚くべきことは、3−クロロチオフェンを溶剤にして有機半導体の溶液を調製し、これを溶媒蒸発法、とりわけエッジキャスト法によって有機半導体膜を形成すると、クラックの発生が顕著に抑制され、ドメイン数が少なく極めて均質性の高単結晶膜が得られるという点である。 The present inventor has found that 3-chlorothiophene not only exhibits higher solubility in organic semiconductors than other solvents, but also has a small difference in solubility depending on temperature. Therefore, it has been found that crystallization is unlikely to occur even at a relatively low temperature (60 to 70 ° C.), and coating at a low temperature is possible. In addition, coating at a low temperature makes it possible to improve the yield and increase the area of the device. Most surprisingly, when a solution of an organic semiconductor is prepared using 3-chlorothiophene as a solvent and the organic semiconductor film is formed by a solvent evaporation method, particularly an edge casting method, the occurrence of cracks is remarkably suppressed. The point is that a highly homogeneous high single crystal film with a small number of domains can be obtained.

有機半導体溶液は加熱した溶剤中に有機半導体を投入することにより、又は、溶剤中に有機半導体を投入後に加熱することにより作製可能である。溶剤中に投入する有機半導体の形態に特に制限はないが、例えば粉末形態とすることができる。溶剤の加熱温度は化合物の安定性の観点から、沸点以下とするのが好ましく、沸点よりも10℃以下とするのがより好ましく、沸点よりも30℃以下とするのが更により好ましい。また、化合物の安定性かつ化合物の溶解性の観点から、室温〜135℃とするのが好ましく、50〜135℃とするのがより好ましく、70〜90℃とするのが更により好ましい。 The organic semiconductor solution can be prepared by putting the organic semiconductor in the heated solvent or by heating the organic semiconductor after putting it in the solvent. The form of the organic semiconductor to be put into the solvent is not particularly limited, but may be, for example, a powder form. From the viewpoint of the stability of the compound, the heating temperature of the solvent is preferably not more than the boiling point, more preferably 10 ° C. or less than the boiling point, and even more preferably 30 ° C. or less than the boiling point. Further, from the viewpoint of the stability of the compound and the solubility of the compound, the temperature is preferably room temperature to 135 ° C., more preferably 50 to 135 ° C., and even more preferably 70 to 90 ° C.

また、有機半導体溶液中の有機半導体濃度は均質な薄膜を再現性よく得る観点から、0.2質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以下であることがより好ましく、0.025〜0.05質量%であることが更により好ましい。 Further, the concentration of the organic semiconductor in the organic semiconductor solution is preferably 0.2% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, and 0.025 from the viewpoint of obtaining a homogeneous thin film with good reproducibility. It is even more preferably ~ 0.05% by mass.

エッジキャスト法自体は、公知の有機半導体の成膜方法であり、例えばWO2011/040155号に記載されている(当該方法の全文を本明細書に援用する)。以下に好適な実施態様について図1〜4を参照しながら説明する。 The edge casting method itself is a known method for forming an organic semiconductor, and is described in, for example, WO2011 / 040155 (the full text of the method is incorporated herein by reference). Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

有機半導体溶液(以下、「原料溶液」ともいう。)を、図1に示すように、接触部材2の端面及び基板1の表面に同時に接触するように、必要に応じて電極や絶縁膜が形成されている基板1上に供給して、液滴3を形成する。この状態で液滴3を乾燥させることにより、基板1上に有機半導体膜4を形成する。 As shown in FIG. 1, electrodes and an insulating film are formed so that the organic semiconductor solution (hereinafter, also referred to as “raw material solution”) comes into contact with the end face of the contact member 2 and the surface of the substrate 1 at the same time. It is supplied onto the substrate 1 to form the droplet 3. By drying the droplet 3 in this state, the organic semiconductor film 4 is formed on the substrate 1.

接触部材2は、基板1の表面に戴置された状態でその表面から所定の角度で起立する端面2aを有する。端面2aは典型的には平面形状である。液滴3は、接触部材2の端面2aに接触するように供給される。接触部材2は、例えば樹脂により形成することができるが、以下に説明する機能を適切に果たすものであれば、樹脂以外のどのような材質を用いてもよい。 The contact member 2 has an end surface 2a that stands up from the surface of the substrate 1 at a predetermined angle while being placed on the surface of the substrate 1. The end face 2a is typically planar. The droplet 3 is supplied so as to come into contact with the end surface 2a of the contact member 2. The contact member 2 can be formed of, for example, a resin, but any material other than the resin may be used as long as it appropriately fulfills the functions described below.

有機半導体膜の製造工程としてはまず、図1に示すように、接触部材2を、端面2aが基板1の所定のA方向を横切るように、望ましくは端面2aがA方向と直交するように基板1上に戴置する。基板1の材質としては、限定的ではないが、ガラス、プラスチック、セラミック、金属などが挙げられる。また、基板1の表面の濡れ性を高めるように、アルキル基、アリール基及びアミノ基に例示される官能基を含有する自己組織化単分子膜などによる処理を行っておくことが望ましい。結晶成長中、接触部材2に対する原料溶液の遠端部と基板1の接触角は小さい方が均質な単結晶膜が得られるからである。この接触角は10°以下とするのが好ましい。基板1は硬質(リジッド)でも軟質(フレキシブル)でもよい。軟質基板を使用すると曲面状の有機半導体膜を形成することも可能となる。この状態で、原料溶液を、端面2aに接触するように基板1の表面上に供給する。供給された原料溶液の液滴3は、端面2aにより保持されて、一定の力が作用する状態になる。この状態の断面形状を、図3に示す。 As a manufacturing process of the organic semiconductor film, first, as shown in FIG. 1, the contact member 2 is subjected to a substrate so that the end face 2a crosses a predetermined A direction of the substrate 1, preferably the end face 2a is orthogonal to the A direction. Place it on 1. The material of the substrate 1 is not limited, and examples thereof include glass, plastic, ceramic, and metal. Further, it is desirable to perform a treatment with a self-assembled monolayer containing a functional group exemplified by an alkyl group, an aryl group and an amino group so as to improve the wettability of the surface of the substrate 1. This is because a uniform single crystal film can be obtained when the contact angle between the far end portion of the raw material solution and the substrate 1 with respect to the contact member 2 is small during crystal growth. This contact angle is preferably 10 ° or less. The substrate 1 may be hard (rigid) or soft (flexible). When a soft substrate is used, it is possible to form a curved organic semiconductor film. In this state, the raw material solution is supplied onto the surface of the substrate 1 so as to come into contact with the end face 2a. The droplet 3 of the supplied raw material solution is held by the end face 2a and is in a state in which a constant force acts. The cross-sectional shape in this state is shown in FIG.

端面2aにより液滴3が保持された状態で乾燥プロセスを行って、液滴3中の溶媒を蒸発させる。それにより、液滴3中では図3に示すように、A方向における端面2aからの遠端縁の部分で順次、溶媒の蒸発により原料溶液が飽和状態になり有機半導体の結晶が析出し始める。溶媒の蒸発に伴う液滴3の遠端縁の移動を、破線e1、e2で示す。溶媒の蒸発とともに有機半導体材料の結晶化が進展し、図2に示すように、有機半導体膜4が成長する。すなわち、基板1のA方向に沿って端面2aに向かって結晶の成長が進み、有機半導体膜4が漸次形成されてゆく。 A drying process is performed with the droplet 3 held by the end face 2a to evaporate the solvent in the droplet 3. As a result, as shown in FIG. 3, in the droplet 3, the raw material solution becomes saturated due to the evaporation of the solvent at the far end edge portion from the end face 2a in the A direction, and the crystals of the organic semiconductor begin to precipitate. The movement of the far end edge of the droplet 3 with the evaporation of the solvent is shown by the broken lines e1 and e2. Crystallization of the organic semiconductor material progresses with the evaporation of the solvent, and as shown in FIG. 2, the organic semiconductor film 4 grows. That is, the crystal growth progresses toward the end face 2a along the A direction of the substrate 1, and the organic semiconductor film 4 is gradually formed.

この乾燥プロセスにおいては、原料溶液の液滴3が端面2aに付着した状態によって、端面2aとの接触を介して結晶成長方向を規定する作用が働く。これにより、結晶性の制御効果が得られ、有機半導体の分子の配列の規則性が良好になり、電子伝導性(移動度)の向上に寄与するものと考えられる。 In this drying process, the action of defining the crystal growth direction through contact with the end face 2a works depending on the state in which the droplet 3 of the raw material solution is attached to the end face 2a. As a result, it is considered that the effect of controlling the crystallinity is obtained, the regularity of the arrangement of the molecules of the organic semiconductor is improved, and it contributes to the improvement of the electron conductivity (mobility).

乾燥プロセスは、有機半導体の種類にもよるが、基板温度を60〜90℃、典型的には70〜80℃として大気中で実施することができる。成膜速度は有機半導体の種類にもよるが15〜25μm/s程度とすることができる。また、基板温度や溶液中の有機半導体濃度を変化させることにより膜厚を調整可能である。更に後述する連続エッジキャスト法の場合は、接触部材の移動速度によっても膜厚が変化する。 The drying process can be carried out in the air at a substrate temperature of 60 to 90 ° C, typically 70 to 80 ° C, depending on the type of organic semiconductor. The film forming speed can be about 15 to 25 μm / s, although it depends on the type of organic semiconductor. Further, the film thickness can be adjusted by changing the substrate temperature and the concentration of the organic semiconductor in the solution. Further, in the case of the continuous edge casting method described later, the film thickness also changes depending on the moving speed of the contact member.

以上の製造方法の変形例として、図4に示すように、基板1を所定角度に傾斜させて維持し、接触部材2を、端面2aが基板1の傾斜方向を横切るように、望ましくは端面2aが傾斜方向と直交するように基板1上に戴置する。この状態で、端面2aに接触するように、原料溶液を基板1の表面上に供給する。供給された原料溶液の液滴3は、端面2aにより保持されて、基板1の傾斜方向に懸架された状態になる。基板1を傾斜させることにより、液滴3による濡れ面の大きさを制御し、所望の特性の有機半導体膜を得ることが容易になる。 As a modification of the above manufacturing method, as shown in FIG. 4, the substrate 1 is tilted and maintained at a predetermined angle, and the contact member 2 is preferably end face 2a so that the end face 2a crosses the tilt direction of the substrate 1. Is placed on the substrate 1 so as to be orthogonal to the inclination direction. In this state, the raw material solution is supplied onto the surface of the substrate 1 so as to come into contact with the end face 2a. The droplet 3 of the supplied raw material solution is held by the end face 2a and is suspended in the inclined direction of the substrate 1. By inclining the substrate 1, the size of the wet surface due to the droplets 3 can be controlled, and it becomes easy to obtain an organic semiconductor film having desired characteristics.

なお、液滴3を形成する方法は、上述の方法に限られない。例えば、接触部材2とともに基板1を原料溶液に浸した状態から取り出すことにより、端面2aに付着した液滴を形成することもできる。 The method for forming the droplet 3 is not limited to the above method. For example, by taking out the substrate 1 together with the contact member 2 from the state of being immersed in the raw material solution, droplets adhering to the end face 2a can be formed.

その他の変形例としては、連続エッジキャスト法による方法が挙げられる。連続エッジキャスト法は(“Inch-Size Solution-Processed Single-Crystaline Films of High-Mobility Organic Semiconductors”,Junshi Soeda et al., Applied Physics Express 6, The Japan Society of Applied Physics, 2013, 076503)に紹介されている方法であり、単結晶膜の大面積化を図る上で有利な方法である。連続エッジキャスト法では、図6A及び図6Bに記載するように、基板1の表面に平行な方向であって液滴3から接触部材2が離間する向き(図中の矢印X1及びX2の向き)に基板1と接触部材2とを相対移動させながら前記原料溶液5の供給を連続的に行うことで、前記液滴3中の前記溶媒を蒸発させて接触部材2が移動した後の基板1上に連続的に有機半導体膜4を形成することを含む。原料溶液5の供給は、例えば溶液供給ノズル6を用いて行うことができる。図6A及び図6Bに示すように、接触部材2を基板1の表面と接触部材2の底面に若干の隙間を設け、ノズル6の先端を接触部材の端面2aの反対側の面に配置して、当該隙間に向かって原料溶液5を供給することができる。 As another modification, a method by a continuous edge casting method can be mentioned. The continuous edge casting method was introduced in (“Inch-Size Solution-Processed Single-Crystaline Films of High-Mobility Organic Semiconductors”, Junshi Soeda et al., Applied Physics Express 6, The Japan Society of Applied Physics, 2013, 076503). This is an advantageous method for increasing the area of the single crystal film. In the continuous edge casting method, as shown in FIGS. 6A and 6B, the direction parallel to the surface of the substrate 1 and the direction in which the contact member 2 is separated from the droplet 3 (directions of arrows X1 and X2 in the drawing). By continuously supplying the raw material solution 5 while moving the substrate 1 and the contact member 2 relative to each other, the solvent in the droplet 3 is evaporated and the contact member 2 is moved onto the substrate 1. Includes the continuous formation of the organic semiconductor film 4. The raw material solution 5 can be supplied, for example, by using the solution supply nozzle 6. As shown in FIGS. 6A and 6B, the contact member 2 is provided with a slight gap between the surface of the substrate 1 and the bottom surface of the contact member 2, and the tip of the nozzle 6 is arranged on the surface opposite to the end surface 2a of the contact member. , The raw material solution 5 can be supplied toward the gap.

当該方法によれば、原料溶液5が連続的に供給されるので、原料溶液5からの溶媒の蒸発により結晶の成長が終了することはない。従って、形成される有機半導体膜4の大きさは、接触部材2の端面2aの幅、及び移動距離に応じて、所望の大面積に形成することが可能である。 According to this method, since the raw material solution 5 is continuously supplied, the crystal growth is not terminated by the evaporation of the solvent from the raw material solution 5. Therefore, the size of the organic semiconductor film 4 to be formed can be formed in a desired large area according to the width of the end face 2a of the contact member 2 and the moving distance.

上記相対移動の際、液滴3の大きさが所定の範囲に維持されるように原料溶液5を供給し続けることが、有機半導体膜4の膜厚を一定に保持する観点で望ましい。すなわち、原料溶液5を溶媒の蒸発速度と同等の速度で供給することにより、液滴3を同一寸法に維持する。原料溶液5からの結晶化の速度は、通常の設定によれば1mm/分〜数cm/分程度であるため、基板1と接触部材2の相対速度も同等の速度に調整すればよい。これらの操作により、図6Aに示す状態から例えば図6Bに示す状態に進行したとき、接触部材2が移動した後の基板1の表面に、有機半導体膜4が均一な膜厚で連続的に形成される。 It is desirable to continue supplying the raw material solution 5 so that the size of the droplets 3 is maintained within a predetermined range during the relative movement from the viewpoint of keeping the film thickness of the organic semiconductor film 4 constant. That is, the droplets 3 are maintained at the same size by supplying the raw material solution 5 at a rate equivalent to the evaporation rate of the solvent. Since the crystallization rate from the raw material solution 5 is about 1 mm / min to several cm / min according to the usual setting, the relative velocity between the substrate 1 and the contact member 2 may be adjusted to the same rate. By these operations, when the state shown in FIG. 6A progresses to the state shown in FIG. 6B, for example, the organic semiconductor film 4 is continuously formed on the surface of the substrate 1 after the contact member 2 has moved with a uniform film thickness. Will be done.

以下に本発明の実施例(発明例)を比較例と共に示すが、これらは本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。 Examples of the present invention (invention examples) are shown below together with comparative examples, but these are provided for a better understanding of the present invention and its advantages, and are not intended to limit the invention. ..

<有機半導体>
有機半導体としては、以下の材料を用意した。
(1A) 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’]ジチオフェン粉末(TM026)
(1B) 3,9−ジヘキシルジナフト[2,3−b:2’,3’−d]チオフェン粉末
(1C) 6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン粉末
<Organic semiconductor>
The following materials were prepared as organic semiconductors.
(1A) 3,11-didecyldinaft [2,3-d: 2', 3'-d'] benzo [1,2-b: 4,5-b'] dithiophene powder (TM026)
(1B) 3,9-dihexyldinafto [2,3-b: 2', 3'-d] thiophene powder (1C) 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene powder

<溶剤>
溶剤としては、以下を用意した。
(2A) 3−クロロチオフェン
(2D) 2−クロロチオフェン
(2E) 3−フェノキシトルエン
(2F) 1,2−ジメトキシベンゼン
(2G) 1,2−ジメトキシベンゼン
(2H) オルトジクロロベンゼン(ODCB)
(2I) テトラリン
(2J) ブトキシベンゼン
(2K) チオアニソール
<Solvent>
The following solvents were prepared.
(2A) 3-Chlorothiophene (2D) 2-Chlorothiophene (2E) 3-Phenoxytoluene (2F) 1,2-dimethoxybenzene (2G) 1,2-dimethoxybenzene (2H) Orthodichlorobenzene (ODCB)
(2I) Tetralin (2J) Butoxybenzene (2K) Thioanisole

<有機半導体膜の形成>
有機半導体粉末をビーカー中の溶剤に所定の濃度となるように投入し、ホットプレートで所定温度(溶解温度)まで加熱することにより完全に溶解させた。得られた有機半導体溶液をエッジキャスト法によりホットプレート上の薄膜電極付きガラス基板上に塗布し、所定温度(成膜温度)に加熱して溶媒を蒸発させ、有機半導体薄膜を形成した。有機半導体と溶剤の組み合わせ、有機半導体の溶解条件、及び有機半導体薄膜を形成する際のホットプレートの温度条件は表1に示す通りとした。
<Formation of organic semiconductor film>
The organic semiconductor powder was put into a solvent in a beaker at a predetermined concentration and completely dissolved by heating to a predetermined temperature (melting temperature) on a hot plate. The obtained organic semiconductor solution was applied onto a glass substrate with a thin film electrode on a hot plate by an edge casting method, and heated to a predetermined temperature (deposition temperature) to evaporate the solvent to form an organic semiconductor thin film. The combination of the organic semiconductor and the solvent, the dissolution conditions of the organic semiconductor, and the temperature conditions of the hot plate when forming the organic semiconductor thin film are as shown in Table 1.

Figure 0006934130
Figure 0006934130

Figure 0006934130
Figure 0006934130

<有機半導体膜の評価>
作製された薄膜を以下の方法に従って評価した。
(1)被覆率
ニコン社製ECLIPSE LV100N POL型の顕微鏡を用いてクロスニコルな状態で薄膜を観察した。薄膜の大部分が最も明るくなる角度で、10倍の対物レンズとSONY社製NEX−5R型カメラを用いてISO感度200、露光時間1.3秒の条件で撮影を行った。偏光顕微鏡写真の色情報から結晶の被覆率を先述した定義に基づき、任意の104μm2の範囲を複数箇所観察してその平均値を算出した。
具体的には、上述した偏光顕微鏡写真において、膜厚と明るさの関係が最も顕著である緑色の明るさ情報を元に算出した。被覆率の低下は主に非常に細いクラックに由来するものである。この場合厚い膜に存在するクラックは、明るく写る膜の光がクラック部分に広がるため、薄い膜の色よりも明るく写る傾向にある。このため被覆率を求めるためには、ピクセルの明るさを周辺部分と相対的に比較する必要がある。まず写真から目測で平均的なクラック間隔の平均を計算する。縦方向にクラックが入っている写真の場合、それぞれのピクセルの左右それぞれクラック間隔の半分だけ緑の明るさの平均を計算する。対象のピクセルよりも左右の平均どちらとも3以上暗ければそのピクセルがクラックであると判断した。
なお、実験番号13の場合には、被覆率が目視でも明らかに低く、上記の判断手法が該当しないので別の方法で評価した。得られた写真において緑の明るさ情報は0から255までの256段階で記録されている。そこで、実験番号13の場合には緑色の明るさが基板と同じ30より小さい部分を基板部分、それより明るい部分を結晶とした。
(2)平均膜厚
先述した偏光顕微鏡写真において最も明るくなる角度で撮影された結晶におけるピクセルの色情報や反射型顕微鏡写真における色情報と原子間力顕微鏡により測定した結晶の厚みが高い相関を示していることを確認した。この関係を利用し、結晶方向が揃っている薄膜については偏光顕微鏡写真をヒストグラム解析することによって平均膜厚を見積もった。結晶方向が不揃いである薄膜については反射型顕微鏡の写真をヒストグラム解析することにより平均膜厚を見積もった。
(3)キャリア移動度
成膜された結晶を活性層として電界効果トランジスタを多数作製し、その伝達特性から移動度を見積もった。まず薄膜上にチャネル長が 50μmとなるように設計されたシャドウマスクを用いてアクセプタ分子である2,3,5,6−tetrafluoro−7,7,8,8−tetracyanoquinodimethane 2 nmと金30 nmを電極として蒸着した。チャネル外を電流が流れることを防ぐため、波長355 nmのパルスレーザーによってチャネル幅が正確に50μmになるようにエッチングした。絶縁層としては比誘電率3.9、厚さ200nmの二酸化シリコンを用いた。Keithley社製4200−SCS型半導体パラメータアナライザを用いて、ドレイン電圧−50Vの下でゲート電圧を+10Vから−50Vの範囲でスイープし伝達特性を測定した。得られた伝達特性においてゲート電圧が−25Vから−50Vの範囲をフィッティングすることにより、飽和領域におけるキャリア移動度を先述したFETのIdVgの測定値から求めた。なお、移動度の測定値は活性層に流す電流の方向によって変動するが、ここではそれぞれ最も移動度が高くなる方向に対して電流が流れるようにチャンネルの方向を設定した。
<Evaluation of organic semiconductor film>
The prepared thin film was evaluated according to the following method.
(1) Coverage The thin film was observed in a cross-nicoled state using an ECLIPSE LV100N POL type microscope manufactured by Nikon Corporation. Shooting was performed at an angle at which most of the thin film became brightest, using a 10x objective lens and a Sony NEX-5R camera under the conditions of ISO sensitivity of 200 and exposure time of 1.3 seconds. Based on the definition of the color information of the polarizing microscope photograph previously described coverage of crystals, and the average value was calculated by observing a plurality of locations the scope of any 10 4 μm 2.
Specifically, it was calculated based on the brightness information of green, which has the most remarkable relationship between the film thickness and the brightness in the above-mentioned polarized light microscope photograph. The decrease in coverage is mainly due to very fine cracks. In this case, the cracks existing in the thick film tend to appear brighter than the color of the thin film because the light of the film that appears bright spreads to the crack portion. Therefore, in order to obtain the coverage, it is necessary to compare the brightness of the pixels with the peripheral portion. First, the average crack interval is calculated by eye measurement from the photograph. For photographs with vertical cracks, calculate the average green brightness by half the crack spacing on each of the left and right sides of each pixel. If the average of both the left and right pixels is 3 or more darker than the target pixel, it is judged that the pixel is a crack.
In the case of Experiment No. 13, the coverage was clearly low visually, and the above judgment method was not applicable, so evaluation was performed by another method. In the obtained photograph, the brightness information of green is recorded in 256 steps from 0 to 255. Therefore, in the case of Experiment No. 13, the portion where the brightness of green was less than 30, which is the same as that of the substrate, was defined as the substrate portion, and the portion brighter than that was defined as the crystal.
(2) Average film thickness There is a high correlation between the pixel color information in the crystal taken at the brightest angle in the above-mentioned polarizing micrograph and the color information in the reflective micrograph and the thickness of the crystal measured by the atomic force microscope. I confirmed that. Using this relationship, the average film thickness was estimated by histogram analysis of polarizing micrographs for thin films with the same crystal direction. For thin films with irregular crystal directions, the average film thickness was estimated by histogram analysis of photographs taken with a reflective microscope.
(3) Carrier mobility A large number of field-effect transistors were manufactured using the formed crystal as an active layer, and the mobility was estimated from the transfer characteristics. First, the acceptor molecules 2,3,5,6-terafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane 2 nm and gold 30 nm were applied on the thin film using a shadow mask designed to have a channel length of 50 μm. Deposited as an electrode. In order to prevent current from flowing outside the channel, it was etched by a pulse laser having a wavelength of 355 nm so that the channel width was exactly 50 μm. As the insulating layer, silicon dioxide having a relative permittivity of 3.9 and a thickness of 200 nm was used. Using a Keithley 4200-SCS type semiconductor parameter analyzer, the gate voltage was swept in the range of + 10V to -50V under a drain voltage of -50V, and the transmission characteristics were measured. By fitting the gate voltage in the range of -25V to -50V in the obtained transfer characteristics, the carrier mobility in the saturation region was obtained from the measured value of IdVg of the FET described above. The measured mobility varies depending on the direction of the current flowing through the active layer, but here, the direction of the channel is set so that the current flows in the direction of the highest mobility.

評価結果を表2に示す。表2から、本発明に係る有機半導体膜は被覆率の高い均質な単結晶膜である。また、本発明に係る有機半導体膜は高い移動度を安定して示すことも分かる。すなわち、本発明に係る有機半導体膜を用いることで高性能有機半導体デバイスを歩留よく作製することが可能であることが理解されよう。 The evaluation results are shown in Table 2. From Table 2, the organic semiconductor film according to the present invention is a homogeneous single crystal film having a high coverage. It can also be seen that the organic semiconductor film according to the present invention stably exhibits high mobility. That is, it will be understood that a high-performance organic semiconductor device can be manufactured with a high yield by using the organic semiconductor film according to the present invention.

Figure 0006934130
Figure 0006934130

Figure 0006934130
Figure 0006934130

(4)ドメイン数
実験番号1(溶剤:3−クロロチオフェン)及び実験番号2(溶剤:2−クロロチオフェン)については、被覆率の測定と同様の手法で薄膜を複数箇所観察し(1視野当たり104μm2の範囲)、緑の色情報を元にWeveMetrics社製Igor Proのパーティクル解析機能を用いて1mm2当たりに存在する結晶のドメイン数を測定した。連続して緑色の明るさが60よりも大きい領域を1ドメインとした。その結果、実験番号1においては、1ドメイン/mm2であったのに対し、実験番号2においては5000ドメイン/mm2であった。
(4) Number of domains For Experiment No. 1 (solvent: 3-chlorothiophene) and Experiment No. 2 (solvent: 2-chlorothiophene), the thin film was observed at multiple locations by the same method as the measurement of coverage (per field). 10 4 range of [mu] m 2), was measured number of domains crystals present per 1 mm 2 by using a particle analysis capabilities WeveMetrics Co. Igor Pro based on the green color information. A region in which the brightness of green was continuously larger than 60 was defined as one domain. As a result, in Experiment No. 1, it was 1 domain / mm 2 , whereas in Experiment No. 2, it was 5000 domains / mm 2 .

(5)クラックの角度
実験番号1(溶剤:3−クロロチオフェン)及び実験番号2(溶剤:2−クロロチオフェン)については、被覆率の測定と同様の手法で薄膜を観察し(任意の104μm2の範囲)、各クラックの角度を測定した。図7に実験番号1で得られた偏光顕微鏡写真を、図8に実験番号2で得られた偏光顕微鏡写真をそれぞれ示す。筋状の箇所がクラックであり、Adobe社製Photoshopのものさしツールによってクラック上をなぞることによってクラックの長さおよび角度を測定した。クラックの角度をクラックの長さで重み付けて標準偏差を計算した。その結果、実験番号1においては、0.15radであったのに対し、実験番号2においては0.83radであった。なお、図7及び図8の偏光顕微鏡写真において、薄膜の色が変化している様子がうかがえるが、これは薄膜の厚みの変化を表しているのであって、クラックではない。
(5) Crack angle For Experiment No. 1 (solvent: 3-chlorothiophene) and Experiment No. 2 (solvent: 2-chlorothiophene), the thin film was observed by the same method as the measurement of coverage (any 10 4). The angle of each crack was measured (in the range of μm 2). FIG. 7 shows a polarizing micrograph obtained in Experiment No. 1, and FIG. 8 shows a polarizing microscope photograph obtained in Experiment No. 2. The streaks were cracks, and the length and angle of the cracks were measured by tracing over the cracks with a ruler tool from Adobe Photoshop. The standard deviation was calculated by weighting the crack angle with the crack length. As a result, in Experiment No. 1, it was 0.15 rad, whereas in Experiment No. 2, it was 0.83 rad. In the polarizing micrographs of FIGS. 7 and 8, it can be seen that the color of the thin film is changing, but this indicates the change in the thickness of the thin film, not a crack.

(6)結晶軸の分布
実験番号1(溶剤:3−クロロチオフェン)については、先述した方法に従って、Rigaku社製型式SartLabGIXD装置を用いて結晶軸の分布範囲を調べた。光源はCuKα線(1.5418Å)を用いた。測定された強度分布にガウシアン曲線をフィッティングすることにより、回折強度分布の標準偏差を得た。その結果、結晶軸の分布範囲が7°であった。
(6) Distribution of crystal axis For Experiment No. 1 (solvent: 3-chlorothiophene), the distribution range of the crystal axis was examined using a Rigaku model SaltLab GIXD device according to the method described above. The light source used was CuKα ray (1.5418 Å). By fitting a Gaussian curve to the measured intensity distribution, the standard deviation of the diffraction intensity distribution was obtained. As a result, the distribution range of the crystal axis was 7 °.

1 基板
2 接触部材
2a 端面
3 液滴
4 有機半導体膜
5 原料溶液
6 溶液供給ノズル
L 光源
D 検出器
1 Substrate 2 Contact member 2a End face 3 Droplet 4 Organic semiconductor film 5 Raw material solution 6 Solution supply nozzle L Light source D Detector

Claims (9)

クロスニコルな状態で撮影した偏光顕微鏡写真において、0から255までの256段階の明るさのうち、連続して緑色の明るさが60よりも大きい領域を1ドメインとしたとき、1mm2当たりの面積中に存在するドメイン数が5以下であり、平均移動度が5cm2/Vs以上であり、移動度の変動係数が30以下であるチエノアセンの単結晶性有機半導体膜。 In a polarizing micrograph taken in a cross-nicol state, the area per 1 mm 2 is defined as one domain in which the area where the green brightness is continuously larger than 60 out of the 256 levels of brightness from 0 to 255. A single crystal organic semiconductor film of thienoacen having 5 or less domains present therein, an average mobility of 5 cm 2 / Vs or more, and a coefficient of variation of 30 or less. 被覆率が0.98以上である請求項1に記載のチエノアセンの単結晶性有機半導体膜。 The single crystal organic semiconductor film of thienoacene according to claim 1, which has a coverage of 0.98 or more. 結晶軸の分布範囲が10°以内である請求項1又は請求項2に記載のチエノアセンの単結晶性有機半導体膜。 The single crystal organic semiconductor film of thienoacene according to claim 1 or 2, wherein the distribution range of the crystal axis is within 10 °. クラックの角度の標準偏差が0.5rad以下である請求項1〜3の何れか一項に記載のチエノアセンの単結晶性有機半導体膜。 The single crystal organic semiconductor film of thienoacene according to any one of claims 1 to 3, wherein the standard deviation of the crack angle is 0.5 rad or less. 平均移動度が7cm2/Vs以上である請求項1〜4の何れか一項に記載のチエノアセンの単結晶性有機半導体膜。 The single crystal organic semiconductor film of thienoacene according to any one of claims 1 to 4, wherein the average mobility is 7 cm 2 / Vs or more. 平均膜厚が50nm以下である請求項1〜5の何れか一項に記載のチエノアセンの単結晶性有機半導体膜。 The single crystal organic semiconductor film of thienoacene according to any one of claims 1 to 5, wherein the average film thickness is 50 nm or less. チエノアセンが次の式(viii)で表される請求項1〜6の何れか一項に記載のチエノアセンの単結晶性有機半導体膜。
Figure 0006934130
式(viii)中、R15、R16、R17及びR18はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数が1〜14のアルキル基である。
The single crystal organic semiconductor film of thienoacen according to any one of claims 1 to 6, wherein thienoacen is represented by the following formula (viii).
Figure 0006934130
In the formula (viii), R 15 , R 16 , R 17 and R 18 are independently hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 14 carbon atoms.
基板と、その表面上に形成された請求項1〜7の何れか一項に記載のチエノアセンの単結晶性有機半導体膜とを備えた有機半導体デバイス。 An organic semiconductor device comprising a substrate and a thienoacen single crystal organic semiconductor film formed on the surface thereof according to any one of claims 1 to 7. 請求項1〜7の何れか一項に記載のチエノアセンの単結晶性有機半導体膜を半導体チャンネルとして備えたトランジスタ。 A transistor comprising the thienoacen single crystal organic semiconductor film according to any one of claims 1 to 7 as a semiconductor channel.
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