JP7211269B2 - Resin composition, organic thin film laminated structure and organic thin film transistor - Google Patents

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Description

本発明は、有機半導体層に絶縁層を形成する樹脂組成物、有機薄膜積層構造および有機薄膜トランジスタに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a resin composition for forming an insulating layer on an organic semiconductor layer, an organic thin film laminate structure, and an organic thin film transistor.

有機半導体を活性層として用いた有機薄膜トランジスタ(有機半導体トランジスタ)は、可撓性を備えた電子回路や表示装置などの使用技術として注目されている。有機薄膜トランジスタの特徴として、軽量化、薄型化に好適であることに加えて、塗布によって素子を形成できる点が挙げられる。すなわち、有機半導体層、電極層および絶縁層などを溶液の塗布により作製可能であるから、印刷装置を用いて有機薄膜トランジスタの回路を製造することができる。
近年、溶解性が高い有機半導体が開発されており、塗布によって有機半導体層を形成する技術が向上している。しかし、有機半導体層に絶縁層を積層する際に、絶縁層の材料を含む溶液を塗布することにより有機半導体層に膨潤や溶解が生じ、有機薄膜トランジスタの性能が低下する場合がある。
この問題を解決するために、有機半導体層を溶解しないパーフルオロ系ポリマーをパーフルオロ溶媒に溶解した溶液により絶縁層を形成することが報告されている(非特許文献1)。しかし、パーフルオロ系ポリマーの絶縁層には、有機半導体層から剥離しやすく、有機半導体層と絶縁層との積層構造の耐久性が低いという問題があった。
また、絶縁層として、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)またはポリビニルフェノール(PVP)を用いることも報告されている(非特許文献2)。しかし、同文献の絶縁層は、絶縁層の材料の溶媒として酢酸ブチルを用いていることから、低分子の有機半導体で形成された有機半導体層に絶縁層を積層する際、膨潤または溶解が生じ有機半導体層の性能低下を招くという問題がある。
An organic thin film transistor (organic semiconductor transistor) using an organic semiconductor as an active layer is attracting attention as a technique for use in flexible electronic circuits, display devices, and the like. Organic thin-film transistors are characterized by the fact that they are suitable for weight reduction and thickness reduction, and that elements can be formed by coating. That is, since the organic semiconductor layer, the electrode layer, the insulating layer, and the like can be produced by coating the solution, the circuit of the organic thin film transistor can be produced using a printing apparatus.
In recent years, highly soluble organic semiconductors have been developed, and techniques for forming organic semiconductor layers by coating have improved. However, when laminating the insulating layer on the organic semiconductor layer, the application of a solution containing the material of the insulating layer causes swelling or dissolution of the organic semiconductor layer, which may deteriorate the performance of the organic thin film transistor.
In order to solve this problem, it has been reported that an insulating layer is formed from a solution in which a perfluoro-based polymer that does not dissolve an organic semiconductor layer is dissolved in a perfluoro solvent (Non-Patent Document 1). However, the perfluoropolymer insulating layer has a problem that it is easily separated from the organic semiconductor layer, and the durability of the laminated structure of the organic semiconductor layer and the insulating layer is low.
Also, the use of polymethyl methacrylate (PMMA) or polyvinylphenol (PVP) as an insulating layer has been reported (Non-Patent Document 2). However, since the insulating layer in the document uses butyl acetate as a solvent for the material of the insulating layer, swelling or dissolution occurs when the insulating layer is laminated on the organic semiconductor layer formed of a low-molecular-weight organic semiconductor. There is a problem that the performance of the organic semiconductor layer is deteriorated.

Air Stable Cross-Linked Cytop Ultrathin Gate Dielectric for High Yield Low-Voltage Top-Gate Organic Field-Effect Transistors(Xiaoyang Cheng et al, Chem. Mater. 2010, 22, 1559-1566 DOI:10.1021/cm902929b)Air Stable Cross-Linked Cytop Ultrathin Gate Dielectric for High Yield Low-Voltage Top-Gate Organic Field-Effect Transistors(Xiaoyang Cheng et al, Chem. Mater. 2010, 22, 1559-1566 DOI:10.1021/cm902929b) Ultra-thin polymer gate dielectrics for top-gate polymer field-effect transistors(Yong-Young Noh et al, Org. Electron. 2009,10, 174-180 DOI:10.1016/j.orgel.2008.10.021)Ultra-thin polymer gate dielectrics for top-gate polymer field-effect transistors (Yong-Young Noh et al, Org. Electron. 2009,10, 174-180 DOI:10.1016/j.orgel.2008.10.021)

本発明は、有機半導体層に積層する際、膨潤、溶解によって有機半導体層の性能の低下を生じさせない、有機半導体層との密着性が良い絶縁層を形成できる、塗布性が良好な樹脂組成物、積層構造および有機薄膜トランジスタを提供することを目的としている。 The present invention provides a resin composition that does not deteriorate the performance of the organic semiconductor layer due to swelling or dissolution when laminated on the organic semiconductor layer, can form an insulating layer that has good adhesion to the organic semiconductor layer, and has good applicability. , to provide a stack structure and an organic thin film transistor.

本発明は、絶縁性ポリマーと複数の溶媒を混合した混合溶媒とを用いることで、絶縁層を有機半導体層に形成する際、有機半導体層を膨潤、溶解させない、塗布性が良好な樹脂組成物を調製できるという知見に基づいており、以下の構成を備えている。 The present invention provides a resin composition that does not swell or dissolve the organic semiconductor layer when forming the insulating layer on the organic semiconductor layer by using a mixed solvent obtained by mixing an insulating polymer and a plurality of solvents, and that has good coatability. is based on the knowledge that can be prepared, and has the following configuration.

[1]有機半導体層上に絶縁層を形成するために使用する、以下の(A)~(D)を含有する樹脂組成物。
(A)絶縁性ポリマー、(B)前記絶縁性ポリマーを溶解する第1の溶媒、(C)前記有機半導体層を構成する有機半導体を溶解しない第2の溶媒、(D)前記第1の溶媒および前記第2の溶媒のそれぞれと相溶性を示す第3の溶媒。
[1] A resin composition containing the following (A) to (D) used for forming an insulating layer on an organic semiconductor layer.
(A) an insulating polymer, (B) a first solvent that dissolves the insulating polymer, (C) a second solvent that does not dissolve the organic semiconductor constituting the organic semiconductor layer, and (D) the first solvent. and a third solvent compatible with each of said second solvents.

[2]前記第1の溶媒が、前記絶縁性ポリマーおよび前記有機半導体のいずれも溶解するものであり、前記第2の溶媒が、前記絶縁性ポリマーおよび前記有機半導体のいずれも溶解しないものであり、前記第3の溶媒が、前記有機半導体を溶解しないものである[1]に記載の樹脂組成物。 [2] The first solvent dissolves both the insulating polymer and the organic semiconductor, and the second solvent dissolves neither the insulating polymer nor the organic semiconductor. , The resin composition according to [1], wherein the third solvent does not dissolve the organic semiconductor.

[3]前記第1の溶媒が、分子中にフッ素原子を含まない非フッ素系溶媒であり、前記第2の溶媒および前記第3の溶媒が、それぞれ分子中にフッ素原子を含むフッ素系溶媒であり、前記第2の溶媒と前記第3の溶媒とは、分子中においてフッ素原子が占める重量の割合が異なる、[1]または[2]に記載の樹脂組成物。 [3] The first solvent is a non-fluorinated solvent containing no fluorine atoms in the molecule, and the second solvent and the third solvent are fluorine-containing solvents each containing a fluorine atom in the molecule. The resin composition according to [1] or [2], wherein the second solvent and the third solvent have different weight ratios of fluorine atoms in the molecule.

[4]前記第1~第3の溶媒の合計100容積部における、前記第1の溶媒の含有量が50容積部以下である[1]~[3]のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[5]前記絶縁性ポリマーは、繰り返し単位中に含まれる水素原子数およびハロゲン原子数の合計においてフッ素原子数が占める割合が50%以下である[1]~[4]のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[6]前記絶縁性ポリマーが(メタ)アクリル樹脂である[1]~[5]のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[7]さらに、(E)カップリング剤を含有する[1]~[6]のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[4] The resin composition according to any one of [1] to [3], wherein the content of the first solvent is 50 parts by volume or less in a total of 100 parts by volume of the first to third solvents. thing.
[5] The insulating polymer according to any one of [1] to [4], wherein the number of fluorine atoms accounts for 50% or less of the total number of hydrogen atoms and halogen atoms contained in the repeating unit. The described resin composition.
[6] The resin composition according to any one of [1] to [5], wherein the insulating polymer is a (meth)acrylic resin.
[7] The resin composition according to any one of [1] to [6], further comprising (E) a coupling agent.

[8]基板に形成された有機半導体層と、前記有機半導体層に接触した状態で積層された絶縁層とを備えた有機薄膜積層構造であって、前記絶縁層が[1]~[7]のいずれか一項に記載の樹脂組成物を用いて形成されたものである有機薄膜積層構造。
[9]前記有機半導体の分子量が2000以下である[8]に記載の有機薄膜積層構造。
[8] An organic thin film laminated structure comprising an organic semiconductor layer formed on a substrate and an insulating layer laminated in contact with the organic semiconductor layer, wherein the insulating layer is [1] to [7] An organic thin film laminate structure formed using the resin composition according to any one of .
[9] The organic thin film laminated structure according to [8], wherein the organic semiconductor has a molecular weight of 2000 or less.

[10][8]に記載の有機薄膜積層構造と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極とを備えている有機薄膜トランジスタ。
[11]前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記基板に形成されており、前記有機半導体層が、前記基板、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆って積層されており、前記ゲート電極が前記絶縁層に形成されている[10]に記載の有機薄膜トランジスタ。
[12]前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記有機半導体層に形成されており、前記絶縁層が、前記有機半導体層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆って積層されており、前記ゲート電極が前記絶縁層に形成されている[10]に記載の有機薄膜トランジスタ。
[10] An organic thin film transistor comprising the organic thin film multilayer structure according to [8], a source electrode, a drain electrode and a gate electrode.
[11] The source electrode and the drain electrode are formed on the substrate, the organic semiconductor layer is laminated to cover the substrate, the source electrode and the drain electrode, and the gate electrode is the insulating layer. The organic thin film transistor according to [10], which is formed in
[12] The source electrode and the drain electrode are formed on the organic semiconductor layer, the insulating layer is laminated to cover the organic semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode, and the gate electrode is The organic thin film transistor according to [10], which is formed on the insulating layer.

[13]前記ゲート電極が前記基板に形成されており、第2の絶縁層が、前記ゲート電極を覆うように前記基板に形成されており、前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記第2の絶縁層に形成されており、前記有機半導体層が、前記第2の絶縁層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆って積層されており、第1の絶縁層が前記有機半導体層に積層されている[10]に記載の有機薄膜トランジスタ。
[14]前記ゲート電極が前記基板に形成されており、第2の絶縁層が、前記ゲート電極を覆うように前記基板に形成されており、前記有機半導体層が前記第2の絶縁層に積層されており、前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記有機半導体層に形成されており、第1の絶縁層が、前記有機半導体層、前記ソース電極および前記ドレイン電極に積層されている[10]に記載の有機薄膜トランジスタ。
[13] The gate electrode is formed on the substrate, a second insulating layer is formed on the substrate so as to cover the gate electrode, and the source electrode and the drain electrode form the second insulating layer. wherein the organic semiconductor layer is laminated over the second insulating layer, the source electrode and the drain electrode, and a first insulating layer is laminated on the organic semiconductor layer. The organic thin film transistor according to [10].
[14] The gate electrode is formed on the substrate, a second insulating layer is formed on the substrate so as to cover the gate electrode, and the organic semiconductor layer is laminated on the second insulating layer. wherein the source electrode and the drain electrode are formed on the organic semiconductor layer, and a first insulating layer is laminated on the organic semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode [10] The organic thin film transistor described.

本発明によれば、絶縁性ポリマーの溶媒として特定の混合溶媒を用いることにより、絶縁層を積層する際、有機半導体層に膨潤や溶解が生じることを抑制できる。また、複数種の溶媒を混合して用いることにより、絶縁性ポリマーを含有する樹脂組成物の塗布性が調整できる。したがって、有機半導体層の性能を低下させることなく、有機半導体層に密着性の良好な絶縁層が積層された有機薄膜積層構造および有機薄膜トランジスタを提供することが可能である。 According to the present invention, by using a specific mixed solvent as a solvent for the insulating polymer, it is possible to suppress swelling and dissolution of the organic semiconductor layer when laminating the insulating layer. Moreover, by using a mixture of a plurality of types of solvents, it is possible to adjust the applicability of the resin composition containing the insulating polymer. Therefore, it is possible to provide an organic thin film laminated structure and an organic thin film transistor in which an insulating layer having good adhesion is laminated on an organic semiconductor layer without degrading the performance of the organic semiconductor layer.

本発明の有機薄膜積層構造を模式的に示す断面図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing which shows typically the organic thin film lamination structure of this invention. (a)ボトムコンタクト・トップゲート構造を備えた有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す断面図、(b)トップコンタクト・トップゲート構造を備えた有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す断面図、(c)ボトムコンタクト・ボトムゲート構造を備えた有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す断面図、(d)トップコンタクト・ボトムゲート構造を備えた有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す断面図(a) Cross-sectional view schematically showing the structure of an organic thin-film transistor having a bottom-contact/top-gate structure, (b) Cross-sectional view schematically showing the structure of an organic thin-film transistor having a top-contact/top-gate structure, (c) ) Cross-sectional view schematically showing the structure of an organic thin-film transistor having a bottom-contact/bottom-gate structure, (d) Cross-sectional view schematically showing the structure of an organic thin-film transistor having a top-contact/bottom-gate structure (a)~(c)実施例2の積層構造を用いて作製した有機薄膜トランジスタの電気的特性を示すグラフ(Vd=-5[V])(a) to (c) Graphs showing the electrical characteristics of the organic thin film transistor produced using the laminated structure of Example 2 (Vd = -5 [V]) (a)~(c)実施例2の積層構造を用いて作製した有機薄膜トランジスタの電気的特性を示すグラフ(Vd=-30[V])(a) to (c) Graphs showing the electrical characteristics of the organic thin film transistor produced using the laminated structure of Example 2 (Vd = -30 [V])

以下、本発明の実施形態を、適宜、図面を参照して説明する。実施形態に記載した例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明は、例示以外の態様で実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The examples described in the embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and the present invention can be implemented in aspects other than those illustrated.

[樹脂組成物]
本発明の樹脂組成物は、有機半導体層に絶縁層を形成するためのものであり、(A)絶縁性ポリマー、(B)前記絶縁性ポリマーを溶解する第1の溶媒、(C)前記有機半導体層を溶解しない第2の溶媒、および(D)前記第1の溶媒および前記第2の溶媒のそれぞれと相溶する第3の溶媒を含有している。
[Resin composition]
The resin composition of the present invention is for forming an insulating layer on an organic semiconductor layer, comprising (A) an insulating polymer, (B) a first solvent that dissolves the insulating polymer, (C) the organic It contains a second solvent that does not dissolve the semiconductor layer, and (D) a third solvent that is compatible with each of the first solvent and the second solvent.

[(A)絶縁性ポリマー]
絶縁性ポリマーは、絶縁層の材料となるものであり、有機半導体層との混ざり合いや相互作用を生じ難い絶縁材料が好ましい。このような絶縁材料として、主骨格が主に飽和炭化水素で構成される樹脂(ポリオレフィン系樹脂)、主骨格が主に飽和炭化水素と芳香族炭化水素とで構成される樹脂、フッ素化ポリマー(フッ素化高分子)を含む樹脂、ポリシロキサン等が挙げられる。これらの樹脂は、一種または二種以上を組み合わせて用いることができる。
[(A) Insulating polymer]
The insulating polymer is a material for the insulating layer, and is preferably an insulating material that is less likely to mix with or interact with the organic semiconductor layer. Examples of such insulating materials include resins whose main skeleton is mainly composed of saturated hydrocarbons (polyolefin resins), resins whose main skeletons are mainly composed of saturated hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, and fluorinated polymers ( fluorinated polymer), polysiloxane, and the like. These resins can be used singly or in combination of two or more.

絶縁層は有機半導体層との相互作用が低いことに加えて、有機半導体層との密着性が良好なものが好ましい。有機半導体層に対する密着性を良好にする観点から、絶縁性ポリマーは、繰り返し単位中に含まれる水素原子数およびハロゲン原子数の合計においてフッ素原子数が占める割合が、50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、0%すなわち繰り返し単位中にフッ素原子を含まないことがさらに好ましい。 The insulating layer preferably has low interaction with the organic semiconductor layer and also has good adhesion to the organic semiconductor layer. From the viewpoint of improving adhesion to the organic semiconductor layer, it is preferable that the insulating polymer has 50% or less fluorine atoms in the total number of hydrogen atoms and halogen atoms contained in the repeating unit. , 30% or less, and more preferably 0%, that is, no fluorine atom is contained in the repeating unit.

繰り返し単位中にフッ素原子を含まない絶縁性ポリマーの具体例としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリスチレン、ポリスチレン-エチレン共重合体、ポリビニルシクロヘキサン等が挙げられる。これらは、一種または二種以上を組み合わせて用いることができる。 Specific examples of the insulating polymer containing no fluorine atom in the repeating unit include (meth)acrylic resin, polyvinylpyrrolidone, polystyrene, polystyrene-ethylene copolymer, polyvinylcyclohexane, and the like. These can be used singly or in combination of two or more.

有機半導体層に対する密着性を良好にする観点から、絶縁性ポリマーは(メタ)アクリル樹脂が好ましい。(メタ)アクリル樹脂の重量平均分子量は、1,000~500,000が好ましく、2,000~100,000がより好ましく、3,000~20,000がさらに好ましい。本明細書において、数値範囲A~Bは、A以上B以下を意味する。また、(メタ)アクリル樹脂は、第1の溶媒に対する溶解性が良く、有機半導体層に所望の厚みで絶縁層を形成する際の取扱い性に優れるという特長も備えている。 From the viewpoint of improving the adhesion to the organic semiconductor layer, the insulating polymer is preferably a (meth)acrylic resin. The (meth)acrylic resin preferably has a weight average molecular weight of 1,000 to 500,000, more preferably 2,000 to 100,000, and even more preferably 3,000 to 20,000. In the present specification, the numerical range A to B means A or more and B or less. In addition, the (meth)acrylic resin has good solubility in the first solvent, and also has the advantage of being excellent in handleability when forming an insulating layer with a desired thickness on the organic semiconductor layer.

[(B)第1の溶媒]
第1の溶媒は、絶縁性ポリマーを溶解するものであり、絶縁性ポリマーの溶媒、または分散媒として機能する。本発明において「絶縁性ポリマーを溶解する」とは、絶縁層を形成する絶縁性ポリマーの室温(25℃)における溶解度が0.1重量%以上であることをいう。絶縁層を形成するための塗布に要する回数を少なくする観点から、第1の溶媒は、絶縁性ポリマーの溶解度が1重量%以上であることが好ましく、10重量%以上であることがさらに好ましい。
[(B) First solvent]
The first solvent dissolves the insulating polymer and functions as a solvent or dispersion medium for the insulating polymer. In the present invention, “dissolving the insulating polymer” means that the solubility of the insulating polymer forming the insulating layer at room temperature (25° C.) is 0.1% by weight or more. From the viewpoint of reducing the number of coatings required for forming the insulating layer, the solubility of the insulating polymer in the first solvent is preferably 1% by weight or more, more preferably 10% by weight or more.

第1の溶媒は、絶縁性ポリマーに加えて有機半導体を溶解するものであってもよい。本発明において「有機半導体を溶解する」とは、有機半導体層の形成に用いられる有機半導体の室温(25℃)における溶解度が0.0003重量%以上であることをいう。有機半導体を溶解する第1の溶媒に後述する第2の溶媒および第3の溶媒を混合することにより、有機半導体を溶解しない混合溶媒とすることができる。 The first solvent may dissolve the organic semiconductor in addition to the insulating polymer. In the present invention, "to dissolve an organic semiconductor" means that the solubility at room temperature (25°C) of the organic semiconductor used for forming the organic semiconductor layer is 0.0003% by weight or more. A mixed solvent that does not dissolve the organic semiconductor can be obtained by mixing the first solvent that dissolves the organic semiconductor with a second solvent and a third solvent that will be described later.

第1の溶媒は、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶媒;シクロヘキサン等の脂環族炭化水素溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒;アニソール等の置換芳香族炭化水素溶媒;ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素溶媒;3-クロロチオフェン等の複素環式系溶媒;ジエチルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブチルセロソルブ等のエーテル又はアルコール溶媒;酢酸エチル、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン等のエステル溶媒;アセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン溶媒;アセトニトリル、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド等の含窒素溶媒;ジメチルスルホキシド等の含硫黄溶媒などの有機溶媒が挙げられる。絶縁性ポリマーを高濃度で溶解する観点から、分子中にフッ素原子を含まない非フッ素系溶媒が好ましい。 The first solvent is, for example, an aliphatic hydrocarbon solvent such as pentane, hexane, heptane; an alicyclic hydrocarbon solvent such as cyclohexane; an aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene, xylene; Hydrocarbon solvents; halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene and dichlorobenzene; heterocyclic solvents such as 3-chlorothiophene; diethyl ether, t-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, dioxane Ether or alcohol solvents such as , methanol, ethanol, isopropanol, butyl cellosolve; Ester solvents such as ethyl acetate, ethyl lactate, γ-butyrolactone; Ketone solvents such as acetone, cyclopentanone, cyclohexanone; Acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone , N,N-dimethylformamide; and organic solvents such as sulfur-containing solvents such as dimethylsulfoxide. From the viewpoint of dissolving the insulating polymer at a high concentration, non-fluorine-based solvents containing no fluorine atoms in the molecule are preferred.

[(C)第2の溶媒]
第2の溶媒は、有機半導体を溶解しないものであり、絶縁性ポリマーを含む溶液により有機半導体層に絶縁層を覆うために積層する際、有機半導体層に膨潤または溶解が生じることを防止する。本発明において「有機半導体を溶解しない」とは、有機半導体層の形成に用いられる有機半導体の常温(25℃)における溶解度が0.0003重量%未満であることをいう。
[(C) Second solvent]
The second solvent does not dissolve the organic semiconductor, and prevents the organic semiconductor layer from swelling or dissolving when the organic semiconductor layer is laminated to cover the insulating layer with the solution containing the insulating polymer. In the present invention, "does not dissolve the organic semiconductor" means that the solubility of the organic semiconductor used for forming the organic semiconductor layer at room temperature (25°C) is less than 0.0003% by weight.

溶媒に対する溶解性は、有機半導体の種類によって異なる。低分子の有機半導体は、高分子の有機半導体よりも有機溶剤への溶解性が高い。このため、低分子の有機半導体を用いて形成された有機半導体層に絶縁層を形成する場合、有機半導体層の膨潤や溶解の問題が生じやすい。そこで、本発明の樹脂組成物は、絶縁性ポリマーを溶解する第1の溶媒に、有機半導体を溶解しない第2の溶媒と、第3の溶媒を混合することで、低分子の有機半導体を用いて形成された有機半導体層に膨潤や溶解が発生することを抑制できる。なお、低分子の有機半導体とは、基本単位の繰り返し構造を備えていない有機半導体である。 Solubility in a solvent varies depending on the type of organic semiconductor. Low-molecular-weight organic semiconductors are more soluble in organic solvents than high-molecular-weight organic semiconductors. Therefore, when an insulating layer is formed on an organic semiconductor layer formed using a low-molecular-weight organic semiconductor, the organic semiconductor layer tends to swell or dissolve. Therefore, the resin composition of the present invention uses a low-molecular-weight organic semiconductor by mixing a first solvent that dissolves an insulating polymer with a second solvent that does not dissolve an organic semiconductor and a third solvent. It is possible to suppress the occurrence of swelling and dissolution in the organic semiconductor layer formed by A low-molecular-weight organic semiconductor is an organic semiconductor that does not have a repeating structure of basic units.

低分子の有機半導体は、分子量が小さい程、絶縁層を積層する際に膨潤や溶解が発生しやすい。第1の溶媒と第2の溶媒との混合比の調整により、例えば、分子量が1500以下、さらには1000以下の低分子の有機半導体を用いて形成された有機半導体層に、膨潤や溶解を生じさせることなく絶縁層を形成できる。 The smaller the molecular weight of the low-molecular-weight organic semiconductor, the more likely it is to swell or dissolve when laminating an insulating layer. By adjusting the mixing ratio of the first solvent and the second solvent, for example, an organic semiconductor layer formed using a low-molecular-weight organic semiconductor having a molecular weight of 1500 or less, or further 1000 or less, swells or dissolves. An insulating layer can be formed without causing

有機半導体層は一種または二種以上の有機半導体を組み合わせて形成することができる。有機半導体層が二種以上の有機半導体で構成されている場合、複数の有機半導体の重量平均分子量を有機半導体の分子量とする。 The organic semiconductor layer can be formed by combining one or more organic semiconductors. When the organic semiconductor layer is composed of two or more kinds of organic semiconductors, the weight average molecular weights of the plurality of organic semiconductors are used as the molecular weight of the organic semiconductor.

第2の溶媒として、分子中にフッ素原子を含むフッ素系溶媒を用いることができる。有機半導体との直交性を良好にする観点から、フッ素系溶媒の分子中においてフッ素原子が占める重量の割合が、50%以上が好ましく、55%以上がより好ましく、60%以上がさらに好ましい。 A fluorine-based solvent containing a fluorine atom in the molecule can be used as the second solvent. From the viewpoint of improving the orthogonality with the organic semiconductor, the weight ratio of fluorine atoms in the molecules of the fluorine-based solvent is preferably 50% or more, more preferably 55% or more, and even more preferably 60% or more.

((D)第3の溶媒)
第3の溶媒は、第1の溶媒および第2の溶媒のそれぞれと相溶性を示すものである。本発明において「相溶性を示す」とは、室温において、溶媒を1:1の重量比で混合し、10分間超音波を加えた後一時間静置した時点で、分離が生じないことをいう。
((D) third solvent)
The third solvent is compatible with each of the first solvent and the second solvent. In the present invention, the term "exhibiting compatibility" means that no separation occurs when a solvent is mixed at a weight ratio of 1:1 at room temperature, ultrasonic waves are applied for 10 minutes, and the mixture is allowed to stand for 1 hour. .

第3の溶媒は、第2の溶媒と同様、フッ素系溶媒を用いることができるが、第2の溶媒とは分子中においてフッ素原子が占める重量の割合が異なっている。第1および第2の溶媒に加えて、これらのそれぞれと相溶性を示す第3の溶媒を用いることにより、樹脂の含有量が高い樹脂組成物の調整が容易になる。このため、絶縁性ポリマーを含む溶液の膜を有機半導体層上に所望の形で形成する際における樹脂組成物の塗布性を向上させることができる。
第3の溶媒は、第1および第2の溶媒のそれぞれとの相溶性を良好にする観点から、フッ素系溶媒の分子中においてフッ素原子が占める重量の割合が、20~80%が好ましく、40~75%がより好ましく、55~70%がさらに好ましい。
A fluorine-based solvent can be used as the third solvent in the same manner as the second solvent, but the weight ratio of fluorine atoms in the molecule is different from that of the second solvent. In addition to the first and second solvents, the use of a third solvent compatible with each of them facilitates preparation of a resin composition having a high resin content. Therefore, it is possible to improve the coatability of the resin composition when forming a film of the solution containing the insulating polymer on the organic semiconductor layer in a desired shape.
In the third solvent, from the viewpoint of improving compatibility with each of the first and second solvents, the weight ratio of fluorine atoms in the molecule of the fluorine-based solvent is preferably 20 to 80%. ~75% is more preferred, and 55-70% is even more preferred.

樹脂組成物の濃度調整および高濃度化の観点から、第3の溶媒は、第2の溶媒よりも、室温における絶縁性ポリマーの溶解性が高いものが好ましい。このため、第3の溶媒として、絶縁性ポリマーを溶解し、かつ、有機半導体層を溶解しないものを用いてもよい。 From the viewpoint of adjusting and increasing the concentration of the resin composition, the third solvent preferably has a higher solubility of the insulating polymer at room temperature than the second solvent. Therefore, as the third solvent, a solvent that dissolves the insulating polymer but does not dissolve the organic semiconductor layer may be used.

室温における絶縁性ポリマーのフッ素系溶媒に対する溶解性は、たとえば、フッ素系溶媒:PGMEA(酢酸-2-メトキシ-1-メチルエチル)=9:1(体積比)として混合した混合溶媒に対する、ポリメタクリル酸メチル(PMMA、重量平均分子量15,000)の溶解度を用いて評価する。樹脂組成物が二種類のフッ素系溶媒を含有する場合、より高濃度のPMMAを溶解する混合溶媒に用いられたフッ素系溶媒が第3の溶媒である。 The solubility of the insulating polymer in fluorine-based solvents at room temperature is, for example, polymethacryl The solubility of methyl acid (PMMA, weight average molecular weight 15,000) is used for evaluation. When the resin composition contains two types of fluorinated solvents, the fluorinated solvent used in the mixed solvent that dissolves PMMA at a higher concentration is the third solvent.

(フッ素系溶媒)
フッ素系溶媒は、分子中にフッ素原子を有する溶媒であり、第2の溶媒および第3の溶媒として、用いられる。絶縁性ポリマーの溶媒として、二種以上のフッ素系溶媒を混合して用いることにより、有機半導体層を膨潤、溶解しない性質(以下、適宜「直交性」ともいう)、および、絶縁性ポリマーを容易に塗布できる性質(以下、適宜「塗布性」ともいう)を備えた樹脂組成物となる。
(fluorinated solvent)
A fluorine-based solvent is a solvent having a fluorine atom in its molecule, and is used as the second solvent and the third solvent. By using a mixture of two or more fluorine-based solvents as a solvent for the insulating polymer, the property of not swelling or dissolving the organic semiconductor layer (hereinafter also referred to as “orthogonality” as appropriate) and the insulating polymer can be easily formed. It becomes a resin composition having a property that it can be applied to a surface (hereinafter also referred to as “applicability” as appropriate).

フッ素系溶媒は、第2の溶媒および第3の溶媒として使用することができる。このため、フッ素系溶媒は、組合せによって、第2の溶媒になったり第3の溶媒になったりする。すなわち、樹脂組成物中に含まれる有機半導体層、絶縁性ポリマーおよび第1の溶媒によって、同じフッ素系溶媒が、第2の溶媒になったり第3の溶媒になったりする。 Fluorinated solvents can be used as the second and third solvents. Therefore, the fluorine-based solvent can be used as the second solvent or the third solvent depending on the combination. That is, the same fluorine-based solvent becomes the second solvent or the third solvent depending on the organic semiconductor layer, the insulating polymer and the first solvent contained in the resin composition.

二種のフッ素系溶媒を用いる場合に、いずれも有機半導体層に対する直交性と、第1の溶媒および他のフッ素系溶媒(第2または第3の溶媒)に対する相溶性とを備えている場合、絶縁性ポリマーの溶解性が高いフッ素系溶媒を第3の溶媒とする。ここで、絶縁性ポリマーの溶解性が高いとは、室温における絶縁性ポリマーの溶解度が高いこと、または、より低い温度において同濃度の絶縁性ポリマーを溶解できることをいう。 When using two types of fluorine-based solvents, both of which have orthogonality to the organic semiconductor layer and compatibility with the first solvent and another fluorine-based solvent (second or third solvent), A fluorine-based solvent in which the insulating polymer is highly soluble is used as the third solvent. Here, the high solubility of the insulating polymer means that the insulating polymer has high solubility at room temperature, or that the same concentration of the insulating polymer can be dissolved at a lower temperature.

フッ素系溶媒としては、例えば、2H,3H-デカフルオロペンタン、パーフルオロペンタン、トリフルオロエタノール、テトラフルオロ-1-プロパノール、ヘキサフルオロ-2-プロパノール、トリフルオロ酢酸エチル、パーフルオロトリブチルアミン、パーフルオロトルエン、1,3-(トリフルオロメチル)ベンゼン、パーフルオロデカリン、オクタデカフルオロデカヒドロナフタレン、パーフルオロシクロペンテン等が挙げられる。市販品としては、例えば、3M製のNovec7100に代表されるNovec各種、FC-43に代表されるフロリナート各種、AGC(株)製のCT-Solv.180等が挙げられる。 Examples of fluorine-based solvents include 2H,3H-decafluoropentane, perfluoropentane, trifluoroethanol, tetrafluoro-1-propanol, hexafluoro-2-propanol, ethyl trifluoroacetate, perfluorotributylamine, perfluoro toluene, 1,3-(trifluoromethyl)benzene, perfluorodecalin, octadecafluorodecahydronaphthalene, perfluorocyclopentene and the like. Commercially available products include, for example, various types of Novec represented by Novec7100 manufactured by 3M, various types of Fluorinert represented by FC-43, and CT-Solv. 180 and the like.

上述した第1~第3の溶媒の含有量を、有機半導体および絶縁性ポリマーの種類に応じて、調整することにより、塗布性および有機半導体層への直交性に優れた樹脂組成物となる。低分子の有機半導体により形成された有機半導体層に対する直交性を良好にする観点から、第1~第3の溶媒の合計100容積部における、第1の溶媒の含有量は、50容積部以下が好ましく、30容積部以下がより好ましく、10容積部以下がさらに好ましい。同様の観点から、第1~第3の溶媒の合計100重量部における、第2の溶媒と第3の溶媒とを合わせた含有量は、50容積部以上が好ましく、70容積部以上がより好ましく、90容積部以上がさらに好ましい。 By adjusting the contents of the first to third solvents described above according to the types of the organic semiconductor and the insulating polymer, a resin composition having excellent applicability and orthogonality to the organic semiconductor layer can be obtained. From the viewpoint of improving the orthogonality to the organic semiconductor layer formed by the low-molecular-weight organic semiconductor, the content of the first solvent in the total 100 parts by volume of the first to third solvents is 50 parts by volume or less. It is preferably 30 volume parts or less, more preferably 10 volume parts or less. From the same point of view, the combined content of the second solvent and the third solvent in the total 100 parts by weight of the first to third solvents is preferably 50 parts by volume or more, more preferably 70 parts by volume or more. , more preferably 90 parts by volume or more.

[(E)カップリング剤]
樹脂組成物は、上述した成分に加えて、カップリング剤を含有することが好ましい。カップリング剤を含有することで、有機半導体層と絶縁層との密着性を高くすることができる。カップリング剤としては、フルオロアルキルトリエトキシシラン等のシラン系カップリング剤が好ましい。有機半導体層との密着性が良好な絶縁層とする観点から、下記の(a)~(e)が好ましく、(a)(b)がより好ましい。
[(E) Coupling agent]
The resin composition preferably contains a coupling agent in addition to the components described above. By containing a coupling agent, the adhesion between the organic semiconductor layer and the insulating layer can be enhanced. As the coupling agent, a silane-based coupling agent such as fluoroalkyltriethoxysilane is preferred. The following (a) to (e) are preferable, and (a) and (b) are more preferable, from the viewpoint of forming an insulating layer having good adhesion to the organic semiconductor layer.

シラン系カップリング剤として、例えば、1H,1H,2H,2H,-ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン、1,2-ビス(トリエトキシシリル)エタン、 (ペンタフルオロフェニル)トリエトキシシラン、トリエトキシフェニルシラン、メタクリル酸3-(トリエトキシシリル)プロピル、オルトけい酸テトラエチル、トリエトキシメチルシラン、(3-アミノプロピル)トリエトキシシラン等が挙げられ、非シラン系のカップリング剤として、ペンタフルオロベンゼンチオールが挙げられる。
カップリング剤の配合量は、例えば、樹脂組成物100重量部中に、1重量部程度とすればよい。
Examples of silane coupling agents include 1H,1H,2H,2H,-heptadecafluorodecyltriethoxysilane, 1,2-bis(triethoxysilyl)ethane, (pentafluorophenyl)triethoxysilane, triethoxyphenyl Silane, 3-(triethoxysilyl)propyl methacrylate, tetraethyl orthosilicate, triethoxymethylsilane, (3-aminopropyl)triethoxysilane, etc., and non-silane coupling agents include pentafluorobenzenethiol. is mentioned.
The amount of the coupling agent compounded may be, for example, about 1 part by weight in 100 parts by weight of the resin composition.

[積層構造]
本発明の樹脂組成物を用いて、有機薄膜積層構造を製造することができる。上述した樹脂組成物を用いて絶縁層を形成すれば、溶解や膨潤によって有機薄膜積層の性能が低下することを抑制できる。また、絶縁層と有機薄膜積層との密着性が良い有機薄膜積層構造を提供することができる。
[Laminate structure]
An organic thin film laminate structure can be produced using the resin composition of the present invention. If the insulating layer is formed using the resin composition described above, it is possible to suppress deterioration in the performance of the organic thin film lamination due to dissolution or swelling. Also, it is possible to provide an organic thin film lamination structure having good adhesion between the insulating layer and the organic thin film lamination.

図1は、本発明の有機薄膜積層構造1の構成を示す断面図である。同図に示すように、有機薄膜積層構造1は、基板11に形成された有機半導体層12に、有機半導体層12を覆う絶縁層13が積層されている。以下、機能が同じ部材には同じ記号を付して、適宜、説明を省略する。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an organic thin film laminated structure 1 of the present invention. As shown in the figure, the organic thin film laminated structure 1 comprises an organic semiconductor layer 12 formed on a substrate 11 and an insulating layer 13 covering the organic semiconductor layer 12 laminated thereon. Hereinafter, members having the same function are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

基板11は、有機半導体層12および絶縁層13を支持するものであり、例えば、ガラス基板、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)等で構成されるプラスチック基板(樹脂基板)、石英基板、シリコン基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。可撓性を備えた有機薄膜積層構造1とする場合、基板11を樹脂で構成する。 The substrate 11 supports the organic semiconductor layer 12 and the insulating layer 13. Examples of the substrate 11 include a glass substrate, polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), aromatic polyester ( A plastic substrate (resin substrate) made of liquid crystal polymer) or the like, a quartz substrate, a silicon substrate, a gallium arsenide substrate, or the like can be used. When the organic thin film laminated structure 1 having flexibility is used, the substrate 11 is made of resin.

基板11は、公知のシランカップリング剤を用いて自己組織化単分子膜(SAM)を形成されていてもよい。シランカップリング剤としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、デシルトリエトキシシラン、トリエトキシトリデカフルオロオクチルシラン、フェネチルトリエトキシシラン、(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシランが挙げられる。表面処理により、基板11における撥液性と有機半導体層12の膜質とを調整することができる。 The substrate 11 may have a self-assembled monolayer (SAM) formed using a known silane coupling agent. Silane coupling agents include, for example, hexamethyldisilazane, decyltriethoxysilane, triethoxytridecafluorooctylsilane, phenethyltriethoxysilane, and (3-mercaptopropyl)triethoxysilane. The surface treatment can adjust the liquid repellency of the substrate 11 and the film quality of the organic semiconductor layer 12 .

有機半導体層12は、半導体的な電気伝導を示す有機半導体化合物を主材料として構成されている。有機半導体化合物としては、例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、フタロシアニン、ペリレン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ジフェニルメタン、スチルベン、アリールビニル、ピラゾリン、トリフェニルアミン、トリアリールアミン、オリゴチオフェン、フタロシアニンまたはこれらの誘導体のような低分子の有機半導体化合物や、ポリ-N-ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ポリアリールアミン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、フルオレン-ビチオフェン共重合体、フルオレン-アリールアミン共重合体またはこれらの誘導体のような高分子の有機半導体化合物(共役系高分子材料)が挙げられる。これら有機半導体化合物は、一種または二種以上を組み合わせて用いることができる。 The organic semiconductor layer 12 is mainly composed of an organic semiconductor compound exhibiting semiconductor-like electrical conductivity. Examples of organic semiconductor compounds include naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, phthalocyanine, perylene, hydrazone, triphenylmethane, diphenylmethane, stilbene, arylvinyl, pyrazoline, triphenylamine, triarylamine, oligothiophene, phthalocyanine or Low-molecular-weight organic semiconductor compounds such as derivatives thereof, poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, polythiophene, polyalkylthiophene, polyhexylthiophene, poly(p-phenylenevinylene), polytinylenevinylene, Polymer organic semiconductor compounds (conjugated polymer materials) such as polyarylamines, pyrene formaldehyde resins, ethylcarbazole formaldehyde resins, fluorene-bithiophene copolymers, fluorene-arylamine copolymers, or derivatives thereof. . These organic semiconductor compounds can be used singly or in combination of two or more.

チアノアセン(含チオフェン縮合多環芳香族化合物)誘導体は低分子の有機半導体化合物の中でも高い移動度を示す材料として注目されている。
チアノアセンとしては、例えば、ジナフトチオフェン、ジアントラチオフェン、ジナフトチエノチオフェン、ベンゾチエノベンゾチオフェン、ジナフトベンゾジチオフェンが挙げられる。
Thianoacene (thiophene-containing condensed polycyclic aromatic compound) derivatives have attracted attention as materials exhibiting high mobility among low-molecular-weight organic semiconductor compounds.
Thianoacenes include, for example, dinaphthothiophene, dianthrathiophene, dinaphthothienothiophene, benzothienobenzothiophene, and dinaphthobenzodithiophene.

チアノセン誘導体の具体例として、以下に示す化合物が挙げられる。

Figure 0007211269000001
3,9-ジヘキシル ジナフト[2,3-b:2′,3′-d]チオフェン(3,9-dihexyl dinaphtho[2,3-b:2′,3′-d]thiophene、分子量452.70、C6-DNT-VW) Specific examples of thianocene derivatives include the compounds shown below.
Figure 0007211269000001
3,9-dihexyl dinaphtho[2,3-b:2′,3′-d]thiophene (molecular weight 452.70 , C6-DNT-VW)

Figure 0007211269000002
(3,11-ジノニル 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(3,11- dinonyl dinaphtho[2,3-d:2′,3′-d′]benzo[1,2-b:4,5 b’]dithiophene)、分子量643.00、C9-DNBDT-NW)
Figure 0007211269000002
(3,11-dinonyl dinaphtho[2,3-d:2′,3′-d′]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene (3,11-dinonyl dinaphtho[2,3 -d:2′,3′-d′]benzo[1,2-b:4,5 b′]dithiophene), molecular weight 643.00, C9-DNBDT-NW)

Figure 0007211269000003
(2-デシル-7-フェニル[1]ベンゾチエノ[3,2-b][1]ベンゾチオフェン(2-Decyl-7-phenyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene)、分子量456.71、Ph-BTBT-C10)
Figure 0007211269000003
(2-Decyl-7-phenyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene, molecular weight 456.71, Ph-BTBT-C10)

有機薄膜積層構造1を構成する絶縁層13は、本発明の樹脂組成物を用いて形成される。このため、低分子の有機半導体化合物で形成された有機半導体層12であっても、絶縁層13を積層する際に、膨潤、溶解が生じることを防止できる。したがって、絶縁層13を積層する際に有機半導体層12の性能を低下させることなく、有機薄膜積層構造1はその機能を維持できる。 The insulating layer 13 constituting the organic thin film laminate structure 1 is formed using the resin composition of the present invention. Therefore, even the organic semiconductor layer 12 made of a low-molecular-weight organic semiconductor compound can be prevented from swelling and dissolving when the insulating layer 13 is laminated. Therefore, the organic thin film laminated structure 1 can maintain its function without degrading the performance of the organic semiconductor layer 12 when laminating the insulating layer 13 .

上述したように、一般に、有機半導体層12は、分子量の小さい低分子の有機半導体化合物で形成されたもののほうが、分子量の大きな高分子の有機半導体化合物で形成されたものよりも、有機溶媒に対する溶解性が高い。本発明の樹脂組成物は、第1~第3の溶媒を混合して用いることにより、有機半導体層12に対する溶解性(直交性)を調整することができる。このため、分子量が2000以下、1500以下、さらには1000以下の有機半導体化合物により形成された有機半導体層12であっても、溶解や膨潤による性能低下を招くことなく有機半導体層12に絶縁層13を積層することが可能である。 As described above, in general, the organic semiconductor layer 12 formed of a low-molecular-weight organic semiconductor compound having a small molecular weight is more soluble in an organic solvent than that formed of a high-molecular-weight organic semiconductor compound having a large molecular weight. highly sexual. The resin composition of the present invention can adjust the solubility (orthogonality) with respect to the organic semiconductor layer 12 by mixing and using the first to third solvents. Therefore, even if the organic semiconductor layer 12 is made of an organic semiconductor compound having a molecular weight of 2000 or less, 1500 or less, or even 1000 or less, the insulating layer 13 can be formed on the organic semiconductor layer 12 without deteriorating performance due to dissolution or swelling. can be stacked.

分子量が2000以下である低分子の有機半導体化合物として、チアノセン誘導体の具体例として示したもの以外にたとえば、以下のものが挙げられる。 Examples of low-molecular-weight organic semiconductor compounds having a molecular weight of 2,000 or less include the following, in addition to the specific examples of thianocene derivatives.

Figure 0007211269000004
(N,N'-Di-n-octyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic Diimide、分子量614.79、PTCDI-C8)
Figure 0007211269000005
(5,5'-(9,9'-spirobi[fluorene]-2,7-diyl)bis(2,9-di(tridecan-7-yl)anthra[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']diisoquinoline)-1,3,8,10(2H,9H)-tetraone、分子量1822.48、SF-PDI)
Figure 0007211269000004
(N,N'-Di-n-octyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic Diimide, molecular weight 614.79, PTCDI-C8)
Figure 0007211269000005
(5,5'-(9,9'-spirobi[fluorene]-2,7-diyl)bis(2,9-di(tridecan-7-yl)anthra[2,1,9-def:6,5 ,10-d'e'f']diisoquinoline)-1,3,8,10(2H,9H)-tetraone, molecular weight 1822.48, SF-PDI)

(有機薄膜トランジスタ)
本発明は、上述した有機薄膜積層構造と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極とを備えた有機薄膜トランジスタとして実施することができる。有機薄膜トランジスタは、例えばフレキシブルディスプレイのスイッチング素子等として用いられる。
図2(a)および図2(b)は、基板11に有機半導体層12と絶縁層13とが積層された有機薄膜積層構造1(図1参照)に加えて、ソース電極14およびドレイン電極15がゲート電極16よりも基板11に近い側に設けられた、トップゲート構造の有機薄膜トランジスタ2、3の構造を模式的に示す断面図である。
(organic thin film transistor)
The present invention can be implemented as an organic thin film transistor including the organic thin film laminated structure described above, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode. Organic thin film transistors are used, for example, as switching elements of flexible displays.
FIGS. 2(a) and 2(b) show an organic thin film laminate structure 1 (see FIG. 1) in which an organic semiconductor layer 12 and an insulating layer 13 are laminated on a substrate 11, in addition to a source electrode 14 and a drain electrode 15. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of organic thin-film transistors 2 and 3 having a top-gate structure in which is provided closer to the substrate 11 than the gate electrode 16. FIG.

図2(a)に示すボトムコンタクト・トップゲート構造を備えた有機薄膜トランジスタ2について、以下、説明する。
基板11は、有機薄膜トランジスタ2を構成する各層(各部)を支持するものである。基板11上には、下地層が設けられていてもよい。下地層により、例えば、基板11表面からのイオンの拡散を防止する効果、あるいは、ソース電極14およびドレイン電極15と基板11との密着性を向上させる効果が得られる。下地層は、例えば、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、ポリイミド、ポリアミド、架橋により不溶化したポリマー等により構成することができる。
The organic thin film transistor 2 having the bottom contact/top gate structure shown in FIG. 2(a) will be described below.
The substrate 11 supports each layer (each portion) that constitutes the organic thin film transistor 2 . An underlying layer may be provided on the substrate 11 . For example, the underlying layer has the effect of preventing diffusion of ions from the surface of the substrate 11 or the effect of improving the adhesion between the source electrode 14 and the drain electrode 15 and the substrate 11 . The underlayer can be composed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), polyimide, polyamide, polymer made insoluble by cross-linking, or the like.

基板11には、ソース電極14およびドレイン電極15が、チャネル長方向に沿って、所定距離離間して並設されている。ソース電極14およびドレイン電極15は、例えば、Ag、Al、Au、Cr、Cu、In、Mo、Nb、Nd、Ni、Pd、Pt、Ta、Ti、W、またはこれらを含む合金等の金属材料を用いて構成される。ソース電極14およびドレイン電極15に用いる材料は、有機半導体層へ電荷の注入に応じて適宜選択すればよい。 A source electrode 14 and a drain electrode 15 are arranged side by side on the substrate 11 with a predetermined distance therebetween along the channel length direction. The source electrode 14 and the drain electrode 15 are made of metal materials such as Ag, Al, Au, Cr, Cu, In, Mo, Nb, Nd, Ni, Pd, Pt, Ta, Ti, W, or alloys containing these. is constructed using Materials used for the source electrode 14 and the drain electrode 15 may be appropriately selected depending on the charge injection into the organic semiconductor layer.

ソース電極14およびドレイン電極15を構成する材料としては、金属材料の他、ITO、FTO、ATO、SnO等の導電性酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素材料、ポリアセチレン、ポリピロール、PEDOT(poly-ethylenedioxythiophene)のようなポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ(p-フェニレン)、ポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリフルオレン、ポリカルバゾール、ポリシランまたはこれらの誘導体等の導電性高分子材料等が挙げられ、これらのうちの一種または二種以上を組み合わせて用いることができる。上述した導電性高分子材料は、通常、塩化鉄、ヨウ素、無機酸、有機酸、ポリスチレンサルフォニック酸のようなポリマー等がドープされ、導電性を付与された状態で用いられる。 Materials constituting the source electrode 14 and the drain electrode 15 include, in addition to metal materials, conductive oxides such as ITO, FTO, ATO, and SnO2 ; carbon materials such as carbon black, carbon nanotubes, and fullerene; polyacetylene, polypyrrole; Polythiophene such as PEDOT (poly-ethylenedioxythiophene), polyaniline, poly(p-phenylene), poly(p-phenylenevinylene), polyfluorene, polycarbazole, polysilane, or conductive polymer materials such as derivatives thereof. , one or more of these may be used in combination. The conductive polymer materials described above are usually doped with iron chloride, iodine, an inorganic acid, an organic acid, a polymer such as polystyrene sulfonic acid, or the like, and used in a state of being imparted with conductivity.

ソース電極14およびドレイン電極15の厚さ、これら電極のチャネル長、およびチャネル幅は、用途に応じて適宜設定されるが、例えば、この順に10~300nm、1~1000μmおよび0.05~5mm程度とすればよい。 The thickness of the source electrode 14 and the drain electrode 15, and the channel length and channel width of these electrodes are appropriately set according to the application. And it is sufficient.

ソース電極14およびドレイン電極15から有機半導体層12へ電荷の注入効率を高めるために、ソース電極14およびドレイン電極15に表面処理を施したり、キャリア注入層を設けたりすることができる。表面処理としては、例えば、UV-O処理、Oなどを用いたプラズマ処理、ペンタフルオロベンゼンチオールに代表される自己組織化単分子膜を形成する処理などが挙げられる。 In order to increase the efficiency of charge injection from the source electrode 14 and the drain electrode 15 to the organic semiconductor layer 12, the source electrode 14 and the drain electrode 15 can be surface-treated or provided with a carrier injection layer. Examples of the surface treatment include UV-O 3 treatment, plasma treatment using O 2 and the like, and treatment for forming a self-assembled monolayer represented by pentafluorobenzenethiol.

キャリア注入層を設ける場合、ソース電極14/有機半導体層12間に設けるキャリア注入層と、ドレイン電極15/有機半導体層12間に設けるキャリア注入層とは、同一の材料で形成されていてもよく、異なる材料で形成されていてもよい。キャリア注入層は、例えば、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリルおよび酸化モリブデン等の化合物を用いて製膜される。 When a carrier injection layer is provided, the carrier injection layer provided between the source electrode 14/organic semiconductor layer 12 and the carrier injection layer provided between the drain electrode 15/organic semiconductor layer 12 may be made of the same material. , may be made of different materials. The carrier injection layer is formed using compounds such as tetrafluorotetracyanoquinodimethane, hexaazatriphenylenehexacarbonitrile and molybdenum oxide.

有機半導体層12は、ソース電極14およびドレイン電極15に接触した状態で、これら電極の全体を覆うように基板11に形成されている。有機半導体層12を形成する有機半導体は、有機薄膜積層構造1(図1参照)と同じものを使用することができる。有機半導体層12は、薄型化・軽量化が可能であり、可撓性にも優れるため、有機薄膜トランジスタ2への適用に適している。有機半導体層12の平均厚さは、例えば、1~500nm程度である。 The organic semiconductor layer 12 is formed on the substrate 11 in contact with the source electrode 14 and the drain electrode 15 so as to entirely cover these electrodes. The same organic semiconductor as used in the organic thin film laminate structure 1 (see FIG. 1) can be used for forming the organic semiconductor layer 12 . The organic semiconductor layer 12 can be made thinner and lighter, and has excellent flexibility, so it is suitable for application to the organic thin film transistor 2 . The average thickness of the organic semiconductor layer 12 is, for example, about 1 to 500 nm.

図2(a)には、ソース電極14およびドレイン電極15を覆うように有機半導体層12が設けられた構成を示したが、これに限られず、ソース電極14とドレイン電極15との間の領域(チャネル領域)にのみ有機半導体層12が設けられた構成としてもよい。 FIG. 2A shows a configuration in which the organic semiconductor layer 12 is provided so as to cover the source electrode 14 and the drain electrode 15, but the configuration is not limited to this, and the region between the source electrode 14 and the drain electrode 15 A configuration in which the organic semiconductor layer 12 is provided only in (the channel region) may be employed.

有機薄膜トランジスタ2では、絶縁層13が有機半導体層12を覆うように積層されており、絶縁層13にゲート電極16が設けられている。絶縁層13によって、ソース電極14およびドレイン電極15とゲート電極16とを絶縁している。 In the organic thin film transistor 2 , an insulating layer 13 is laminated so as to cover the organic semiconductor layer 12 , and a gate electrode 16 is provided on the insulating layer 13 . The insulating layer 13 insulates the source electrode 14 and the drain electrode 15 from the gate electrode 16 .

絶縁層13の材料として用いる絶縁性ポリマーの重量平均分子量によっては、樹脂組成物の粘度が高くなり、樹脂組成物の塗布性が低下することがある。例えば、インクジェット法を用いて樹脂組成物の層を形成する場合に液滴の吐出が不安定になることがある。そこで、樹脂組成物の塗布性を良くする観点から、絶縁層13の材料となる絶縁性ポリマーの重量平均分子量は、1,000~500,000が好ましく、2,000~100,000がより好ましく、3,000~20,000がさらに好ましい。また、絶縁性ポリマーは、重量平均分子量が低いもののほうが溶媒に対する溶解性が高い。このため、上述した重量平均分子量が比較的低い絶縁性ポリマーを用いることにより、樹脂組成物を高濃度にし、少ない塗布回数で絶縁層13を形成できる。なお、絶縁層13は一層構成のものに限定されず、二層以上の積層構成としてもよい。 Depending on the weight-average molecular weight of the insulating polymer used as the material of the insulating layer 13, the viscosity of the resin composition may increase and the coating properties of the resin composition may deteriorate. For example, when a layer of a resin composition is formed using an inkjet method, ejection of droplets may become unstable. Therefore, from the viewpoint of improving the applicability of the resin composition, the weight-average molecular weight of the insulating polymer that is the material of the insulating layer 13 is preferably 1,000 to 500,000, more preferably 2,000 to 100,000. , 3,000 to 20,000 are more preferred. Also, the insulating polymer having a lower weight-average molecular weight has a higher solubility in a solvent. Therefore, by using the insulating polymer having a relatively low weight-average molecular weight as described above, the concentration of the resin composition can be increased and the insulating layer 13 can be formed with a small number of applications. Note that the insulating layer 13 is not limited to a single-layer structure, and may have a laminated structure of two or more layers.

ゲート電極16は、有機半導体層12に積層された絶縁層13に形成されている。ゲート電極16は、少なくともソース電極14とドレイン電極15との間の領域に重なるように設けられている。ゲート電極16を構成する材料としては、ソース電極14およびドレイン電極15と同じもの用いることができる。ゲート電極16の厚さは、特に限定されないが、例えば、厚さの平均を10~1000nm程度とする。 The gate electrode 16 is formed on the insulating layer 13 stacked on the organic semiconductor layer 12 . The gate electrode 16 is provided so as to overlap at least a region between the source electrode 14 and the drain electrode 15 . As a material for forming the gate electrode 16, the same material as for the source electrode 14 and the drain electrode 15 can be used. Although the thickness of the gate electrode 16 is not particularly limited, for example, the average thickness is about 10 to 1000 nm.

図2(b)は、トップコンタクト・トップゲート構造の有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す断面図である。同図に示す有機薄膜トランジスタ3は、基板11に設けられた有機半導体層12の表面にソース電極14およびドレイン電極15が設けられており、絶縁層13が、有機半導体層12、ソース電極14およびドレイン電極15を覆うように基板11に設けられている。ゲート電極16は、有機薄膜トランジスタ2同様、絶縁層13に形成されている。 FIG. 2(b) is a cross-sectional view schematically showing the structure of an organic thin film transistor having a top-contact/top-gate structure. The organic thin-film transistor 3 shown in the figure has a source electrode 14 and a drain electrode 15 provided on the surface of an organic semiconductor layer 12 provided on a substrate 11. It is provided on the substrate 11 so as to cover the electrode 15 . The gate electrode 16 is formed on the insulating layer 13 as in the organic thin film transistor 2 .

本発明の有機薄膜トランジスタは、ゲート電極が、ソース電極およびドレイン電極よりも基板側に設けられたボトムゲート構造として実施することもできる。
図2(c)は、本実施形態のボトムコンタクト・ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタ4の構造を模式的に示す断面図である。同図に示すように、有機薄膜トランジスタ4は、ゲート電極16が基板11に形成されており、絶縁層17が、ゲート電極16を覆うように基板11に形成されている。ソース電極14およびドレイン電極15が絶縁層17の表面に形成されており、有機半導体層12がソース電極14およびドレイン電極15を覆うように絶縁層17に積層されており、絶縁層13が有機半導体層12および絶縁層13を覆うように積層されている。
The organic thin film transistor of the present invention can also be implemented as a bottom gate structure in which the gate electrode is provided closer to the substrate than the source and drain electrodes.
FIG. 2(c) is a cross-sectional view schematically showing the structure of the organic thin film transistor 4 having a bottom contact/bottom gate structure according to this embodiment. As shown in the figure, the organic thin film transistor 4 has a gate electrode 16 formed on a substrate 11 and an insulating layer 17 formed on the substrate 11 so as to cover the gate electrode 16 . A source electrode 14 and a drain electrode 15 are formed on the surface of an insulating layer 17, an organic semiconductor layer 12 is laminated on the insulating layer 17 so as to cover the source electrode 14 and the drain electrode 15, and an insulating layer 13 is an organic semiconductor layer. It is laminated to cover layer 12 and insulating layer 13 .

図2(d)は、トップコンタクト・ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタの他の構成例を示す断面図である。同図に示すように、有機薄膜トランジスタ5は、ゲート電極16が基板11上に形成されており、絶縁層17が、ゲート電極16を覆うように基板11に形成されており、有機半導体層12が絶縁層17に積層されている。ソース電極14およびドレイン電極15が有機半導体層12に形成されており、絶縁層13が有機半導体層12、ソース電極14およびドレイン電極15を覆うように、絶縁層17に積層されている。 FIG. 2(d) is a cross-sectional view showing another configuration example of the organic thin film transistor having a top-contact/bottom-gate structure. As shown in the figure, the organic thin-film transistor 5 has a gate electrode 16 formed on a substrate 11, an insulating layer 17 formed on the substrate 11 so as to cover the gate electrode 16, and an organic semiconductor layer 12. It is laminated on the insulating layer 17 . A source electrode 14 and a drain electrode 15 are formed on the organic semiconductor layer 12 , and an insulating layer 13 is laminated on an insulating layer 17 so as to cover the organic semiconductor layer 12 , the source electrode 14 and the drain electrode 15 .

図2(a)~図2(d)に示す、有機薄膜トランジスタ2~5はいずれも、有機半導体層12と接して積層される絶縁層13が本発明の樹脂組成物により形成されたものである。このため、有機半導体層12に絶縁層13を積層する際、有機半導体層12に膨潤や溶解が生じることを抑え、有機半導体層12の性能低下を防止することができる。 In each of the organic thin film transistors 2 to 5 shown in FIGS. 2(a) to 2(d), the insulating layer 13 laminated in contact with the organic semiconductor layer 12 is formed of the resin composition of the present invention. . Therefore, when laminating the insulating layer 13 on the organic semiconductor layer 12 , swelling or dissolution of the organic semiconductor layer 12 can be suppressed, and deterioration of the performance of the organic semiconductor layer 12 can be prevented.

本発明の実施例について以下に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。実施例および比較例において用いた原料を以下に示す。
<(A)絶縁性ポリマー>
ポリメタクリル酸メチル(PMMA、重量平均分子量15,000)
<(B)第1の溶媒>
PGMEA:酢酸-2-メトキシ-1-メチルエチル
AcOEt:酢酸エチル
トルエン
クロロホルム
<(C)第2の溶媒>
HFIP:ヘキサフルオロ-2-プロパノール
<(D)第3の溶媒>
Novec7300:ハイドロフルオロエーテル
<(E)カップリング剤>
17FDTES:1H,1H,2H,2H,-ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン
Et(TES):1,2-ビス(トリエトキシシリル)エタン
F5B-TES:(ペンタフルオロフェニル)トリエトキシシラン
PhTES:トリエトキシフェニルシラン
MA-Pr-TES:メタクリル酸3-(トリエトキシシリル)プロピル
EtO-TES:オルトけい酸テトラエチル
PFBT:ペンタフルオロベンゼンチオール
<絶縁層形成用樹脂>
CYTOP(CTL-809A、9質量%溶液、アモルファスフッ素樹脂、AGC(株)製)
<有機半導体化合物>
C6-DNT-VW:3,9-ジヘキシル ジナフト[2,3-b:2′,3′-d]チオフェン
C9-DNBDT-NW:3,11-ジノニル 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
<基板>
シリコン基板(表面の100nmを熱酸化処理にてSiO化してあるもの)
Examples of the present invention are described below, but the present invention is not limited to these examples. Raw materials used in Examples and Comparative Examples are shown below.
<(A) Insulating polymer>
Polymethyl methacrylate (PMMA, weight average molecular weight 15,000)
<(B) First Solvent>
PGMEA: 2-methoxy-1-methylethyl acetate AcOEt: ethyl acetate toluene chloroform <(C) second solvent>
HFIP: hexafluoro-2-propanol <(D) third solvent>
Novec7300: hydrofluoroether <(E) coupling agent>
17FDTES: 1H,1H,2H,2H,-heptadecafluorodecyltriethoxysilane Et (TES) 2 : 1,2-bis(triethoxysilyl)ethane F5B-TES: (pentafluorophenyl)triethoxysilane PhTES: tri Ethoxyphenylsilane MA-Pr-TES: 3-(triethoxysilyl)propyl methacrylate EtO-TES: Tetraethyl orthosilicate PFBT: Pentafluorobenzenethiol <Insulating layer forming resin>
CYTOP (CTL-809A, 9% by mass solution, amorphous fluororesin, manufactured by AGC Co., Ltd.)
<Organic semiconductor compound>
C6-DNT-VW: 3,9-dihexyl dinaphtho[2,3-b:2',3'-d]thiophene C9-DNBDT-NW: 3,11-dinonyl dinaphtho[2,3-d:2', 3′-d′]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene <substrate>
Silicon substrate (100 nm of the surface is converted to SiO 2 by thermal oxidation treatment)

参考例、実施例および比較例では、低分子の有機半導体化合物を用いて有機半導体層を形成した。低分子の有機半導体化合物は、塗布性が良好であるが、有機溶媒に対する溶解性が高い。このため、有機半導体層に絶縁層を積層する際、有機半導体層に溶解や膨潤が生じやすい。 In Reference Examples, Examples, and Comparative Examples, organic semiconductor layers were formed using low-molecular-weight organic semiconductor compounds. Low-molecular-weight organic semiconductor compounds have good coatability, but have high solubility in organic solvents. Therefore, when laminating the insulating layer on the organic semiconductor layer, the organic semiconductor layer is likely to be dissolved or swelled.

(参考例)
C6-DNT-VWを濃度約0.5質量%になるようにトルエンとオルトジクロロベンゼンの混合溶媒(トルエン:オルトジクロロベンゼン-=2:1、容積(体積)比)に溶解させ、ポリスチレン(重量平均分子量3,000)が0.2質量%になるように添加し、有機半導体溶液を調製した。UV-O処理を30分間行ったSiO膜付きシリコン基板をスピンコーターに設置し、前記有機半導体溶液を10ml程度滴下し、1,000rpm、5秒間の条件で塗布し、120℃のホットプレートに基板を移動させて5分間乾燥させ、有機半導体層が形成された基板の試料を得た。
前記試料を、表1に示す有機溶媒とフッ素系溶媒とを表1に示す割合(有機溶媒:フッ素系溶媒=6:4~1:9、容積(体積)比)で混合した混合溶媒に、閉塞容器内で1分間、基板の半分を浸漬した。浸漬後、容器から試料を取り出し、エアブローにて乾燥させた後に表面状態を観察した。結果を表1に示す。

Figure 0007211269000006
(Reference example)
C6-DNT-VW was dissolved in a mixed solvent of toluene and ortho-dichlorobenzene (toluene: ortho-dichlorobenzene-=2:1, volume (volume) ratio) to a concentration of about 0.5% by mass, and polystyrene (weight An average molecular weight of 3,000) was added to 0.2% by mass to prepare an organic semiconductor solution. A silicon substrate with a SiO 2 film that had been subjected to UV-O 3 treatment for 30 minutes was placed on a spin coater, about 10 ml of the organic semiconductor solution was dropped, applied at 1,000 rpm for 5 seconds, and a hot plate at 120 ° C. was applied. and dried for 5 minutes to obtain a substrate sample having an organic semiconductor layer formed thereon.
The sample was added to a mixed solvent obtained by mixing an organic solvent and a fluorinated solvent shown in Table 1 at a ratio shown in Table 1 (organic solvent: fluorinated solvent = 6:4 to 1:9, volume (volume) ratio), Half of the substrate was immersed in the closed container for 1 minute. After the immersion, the sample was taken out from the container, dried by an air blow, and then the surface condition was observed. Table 1 shows the results.
Figure 0007211269000006

表1の結果に示すように、非フッ素系溶媒にフッ素系溶媒を添加した混合溶媒とすることにより、室温においてトルエンに0.5質量%以上溶解する、有機溶媒に対する溶解性が高い有機半導体化合物(C6-DNT-NW)で形成された有機半導体層の溶解を防ぐことができた。
C6-DNT-NWを有機半導体層のように、有機溶媒に対する溶解性が高い有機半導体化合物を用いた場合は、溶解を安定的に防止する観点から、混合溶媒におけるフッ素系溶媒の含有量は90体積%(容量%)以上が好ましい。
As shown in the results of Table 1, by using a mixed solvent in which a fluorine-based solvent is added to a non-fluorine-based solvent, an organic semiconductor compound that dissolves in toluene at room temperature in an amount of 0.5% by mass or more and has high solubility in organic solvents. Dissolution of the organic semiconductor layer formed of (C6-DNT-NW) could be prevented.
When using an organic semiconductor compound that is highly soluble in an organic solvent, such as the C6-DNT-NW organic semiconductor layer, the content of the fluorine-based solvent in the mixed solvent is 90 from the viewpoint of stably preventing dissolution. % by volume (% by volume) or more is preferable.

(樹脂組成物)
(実施例1)
次に示す樹脂組成物を調整した。
樹脂組成物:PMMAが5質量%となるように、PGMEAとHFIPとNovec7300(5)との混合溶媒(PGMEA:HFIP:Novec7300=1:4:5、体積比)に溶解させて樹脂組成物を調製した。
C9-DNBDT-NWを濃度約0.2質量%になるようにメシチレンとオルトジクロロベンゼンの混合溶媒(メシチレン:オルトジクロロベンゼン=1:1、体積比)に溶解させ、ポリスチレン(重量平均分子量3,000)が0.1質量%になるように添加し、有機半導体溶液を調製した。
UV-O処理を30分間行ったSiO膜付きシリコン基板をスピンコーター(ミカサ製:MS-A100)に設置し、前記有機半導体溶液を100μl滴下し、1,000rpm、5秒間の条件で塗布し、120℃のホットプレートに基板を移動させて5分間乾燥させ、有機半導体層を形成した。
前記有機半導体層が形成された基板をスピンコーターに設置し、前記樹脂組成物を200μl程度滴下し、2,000rpm、30秒間の条件で塗布し、60℃のホットプレートに基板を移動させて5分間乾燥させ、120℃のホットプレートに基板を移動させて10分間乾燥させ、絶縁層を形成した。触診段差計による膜厚測定の結果、約1μmの膜厚であった。
樹脂組成物は、塗布性が良好であり、前記の手法で前記有機半導体層が形成された基板上に膜を形成することができた。
(比較例1)
樹脂組成物:PMMAが3質量%となるように、PGMEAおよびNovec7300と(PGMEA:Novec7300=1:9、体積比)混合した。PMMAとPGMEAとの溶液に、Novec7300を入れたところ、PMMAが析出し、樹脂組成物を調製することができなかった。
(比較例2)
樹脂組成物:PMMAが3 質量%となるように、PGMEAおよびHFIP(PGMEA:HFIP=1:9、体積比)と混合し、樹脂組成物を調製した。樹脂組成物は、塗布性が悪く、前記の手法で前記有機半導体層が形成された基板上に膜を形成することができなかった。
(resin composition)
(Example 1)
A resin composition shown below was prepared.
Resin composition: PMMA is dissolved in a mixed solvent of PGMEA, HFIP and Novec7300 (5) (PGMEA: HFIP: Novec7300 = 1:4:5, volume ratio) so that PMMA becomes 5% by mass. prepared.
C9-DNBDT-NW was dissolved in a mixed solvent of mesitylene and orthodichlorobenzene (mesitylene: orthodichlorobenzene = 1:1, volume ratio) so that the concentration was about 0.2% by mass, and polystyrene (weight average molecular weight 3, 000) was added to 0.1% by mass to prepare an organic semiconductor solution.
A silicon substrate with a SiO 2 film that had been subjected to UV-O 3 treatment for 30 minutes was placed on a spin coater (manufactured by Mikasa: MS-A100), and 100 μl of the organic semiconductor solution was dropped and applied at 1,000 rpm for 5 seconds. Then, the substrate was moved to a hot plate at 120° C. and dried for 5 minutes to form an organic semiconductor layer.
The substrate on which the organic semiconductor layer was formed was placed on a spin coater, and about 200 μl of the resin composition was dropped and coated at 2,000 rpm for 30 seconds. After drying for 10 minutes, the substrate was transferred to a hot plate at 120° C. and dried for 10 minutes to form an insulating layer. As a result of film thickness measurement with a palpable profilometer, the film thickness was about 1 μm.
The resin composition had good applicability, and a film could be formed on the substrate on which the organic semiconductor layer was formed by the method described above.
(Comparative example 1)
Resin composition: PGMEA and Novec7300 were mixed (PGMEA:Novec7300=1:9, volume ratio) so that PMMA was 3% by mass. When Novec 7300 was added to a solution of PMMA and PGMEA, PMMA precipitated and a resin composition could not be prepared.
(Comparative example 2)
Resin composition: A resin composition was prepared by mixing PGMEA and HFIP (PGMEA:HFIP=1:9, volume ratio) so that PMMA would be 3% by mass. The resin composition had poor applicability, and it was not possible to form a film on the substrate on which the organic semiconductor layer was formed by the method described above.

以下の有機薄膜積層構造を作製し、テープ剥離によるゴバン目試験(JIS-K-5400)を行い、残存数を数えることで、有機半導体層と絶縁層との密着性を評価した。
表2に、100個のゴバン目について、絶縁層の残存した領域の割合に応じた残存数を示す。例えば、実施例2の有機薄膜積層構造は、100個のゴバン目のうち、10%以上の領域が残ったものが57個、50%以上の領域が残ったものが6個、100%の領域が残ったものが0個であったことを示す。
The following organic thin film laminated structure was produced, and a cross stitch test (JIS-K-5400) by tape peeling was performed, and the number of remaining layers was counted to evaluate the adhesion between the organic semiconductor layer and the insulating layer.
Table 2 shows the remaining number of 100 squares according to the ratio of the remaining region of the insulating layer. For example, in the organic thin film laminated structure of Example 2, out of 100 squares, 57 had an area of 10% or more remaining, 6 had an area of 50% or more, and 100% of the area indicates that 0 remained.

(有機薄膜積層構造)
(実施例2)
実施例1の樹脂組成物を用いて、実施例1と同じ条件で有機半導体層を成膜し、有機薄膜積層構造を作製した。
(実施例3)
実施例1の樹脂組成物に、(E)17FDTESを1質量%添加したこと以外は、実施例2と同様にして、有機薄膜積層構造を作製した。
(実施例4~9)
17FDTESに代えて、Et(TES)(実施例4)、PFBT(実施例5)、F5B-TES(実施例6)、Ph-TES(実施例7)、MA-Pr-TES(実施例8)またはEtO-TES(実施例9)を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、有機薄膜積層構造を作製した。
(Organic thin film laminated structure)
(Example 2)
Using the resin composition of Example 1, an organic semiconductor layer was formed under the same conditions as in Example 1 to produce an organic thin film laminate structure.
(Example 3)
An organic thin film laminate structure was produced in the same manner as in Example 2, except that 1% by mass of (E) 17FDTES was added to the resin composition of Example 1.
(Examples 4-9)
Instead of 17FDTES, Et(TES) 2 (Example 4), PFBT (Example 5), F5B-TES (Example 6), Ph-TES (Example 7), MA-Pr-TES (Example 8 ) or EtO-TES (Example 9) was used in the same manner as in Example 3 to fabricate an organic thin film laminate structure.

(比較例3)
絶縁層を形成するために、CYTOPを含む樹脂組成物を用い、以下のようにして、有機薄膜積層構造を作製した。
CYTOP(CTL-809A,9質量%溶液)を、CT-Solv.180で希釈し、7質量%に調整したものを樹脂組成物として用いた。塗布条件は、実施例1と同じ有機半導体層が形成された基板をスピンコーターに設置し、前記樹脂組成物を200μl程度滴下し、1,000rpm、30秒の条件で塗布し、60℃のホットプレートに基板を移動させて5分間乾燥させ、120℃のホットプレートに基板を移動させて10分間乾燥させ、絶縁層を形成した。触診段差計による膜厚測定の結果、約1μmの膜厚であった。
(比較例4)
比較例3において用いた、有機半導体層が形成された基板に代えて、UV-O処理を30分間行ったSiO膜付きシリコン基板を用いて、基板上に直接絶縁層を形成した。
(Comparative Example 3)
A resin composition containing CYTOP was used to form an insulating layer, and an organic thin film laminate structure was produced as follows.
CYTOP (CTL-809A, 9% by mass solution) was treated with CT-Solv. 180 and adjusted to 7% by mass was used as a resin composition. The coating conditions were as follows: a substrate having the same organic semiconductor layer as in Example 1 was placed on a spin coater, about 200 µl of the resin composition was dropped, applied at 1,000 rpm for 30 seconds, and hot at 60 °C. The substrate was transferred to a plate and dried for 5 minutes, and then transferred to a hot plate at 120° C. and dried for 10 minutes to form an insulating layer. As a result of film thickness measurement with a palpable profilometer, the film thickness was about 1 μm.
(Comparative Example 4)
Instead of the substrate on which the organic semiconductor layer was formed used in Comparative Example 3, a silicon substrate with a SiO 2 film which had been subjected to UV-O 3 treatment for 30 minutes was used to directly form an insulating layer on the substrate.

Figure 0007211269000007
比較例3、4の結果から、CYTOPを用いた絶縁層は、シリコン基板との密着性は良好であるものの、有機半導体層との密着性が悪いことが分かった。CYTOPに代えてPMMAを用いた絶縁膜は、有機半導体層との密着性が良好であった。また、樹脂組成物に(E)カップリング剤を添加することにより、有機半導体層と絶縁層との密着性を向上させることができ、シラン系カップリング剤が密着性を向上させる効果に優れていた。
Figure 0007211269000007
From the results of Comparative Examples 3 and 4, it was found that the insulating layer using CYTOP has good adhesion to the silicon substrate, but poor adhesion to the organic semiconductor layer. The insulating film using PMMA instead of CYTOP had good adhesion to the organic semiconductor layer. Further, by adding the (E) coupling agent to the resin composition, the adhesion between the organic semiconductor layer and the insulating layer can be improved, and the silane coupling agent is excellent in the effect of improving the adhesion. rice field.

(有機薄膜トランジスタ)
(実施例13)
実施例3の樹脂組成物を用いて、有機薄膜トランジスタを作製し、電気的特性を評価した。
エタノールと水を体積比で8:2になるように混合溶媒を作製し、MPTES((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane)を0.1v/v%(体積%)となるように加え、MPTES溶液を調整した。UV-O処理を30分間行ったSiO膜付きシリコン基板を、前記MPTES溶液に10分間浸漬させ、エアブローを行った後に、120℃のホットプレートで乾燥させた。この基板を蒸着装置に設置し、コンタクト電極用メタルマスクを用いてパターニングされた膜厚20nmの金電極を形成し、30分間UV-O処理を行い、電極付きの基板を作製した。
(organic thin film transistor)
(Example 13)
Using the resin composition of Example 3, an organic thin film transistor was produced and its electrical characteristics were evaluated.
A mixed solvent was prepared by mixing ethanol and water at a volume ratio of 8:2, and MPTES ((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane) was added to 0.1 v/v% (vol%) to adjust the MPTES solution. bottom. A silicon substrate with a SiO 2 film that had been subjected to UV-O 3 treatment for 30 minutes was immersed in the MPTES solution for 10 minutes, air blown, and then dried on a hot plate at 120°C. This substrate was placed in a vapor deposition apparatus, a gold electrode with a thickness of 20 nm was formed by patterning using a contact electrode metal mask, and UV-O 3 treatment was performed for 30 minutes to prepare a substrate with electrodes.

前記電極付きの基板をスピンコーターに設置し、前記有機半導体材料溶液を10ml程度滴下し、1,000rpm、5秒の条件で塗布し、120℃のホットプレートに基板を移動させて5分間乾燥させ、有機半導体層を形成した。
前記有機半導体層が形成された基板をスピンコーターに設置し、実施例3の樹脂組成物を実施例1と同じ条件で塗布し、絶縁層を形成した。エアブローを行った後に、蒸着装置に設置し、ゲート電極用メタルマスクを用いて、パターニングされた膜厚100nmの銀電極を形成した。
得られた有機半導体トランジスタの構造は、ボトムコンタクト・トップゲート型であり、金電極がコンタクト電極(ソース電極及びドレイン電極)で、銀電極がゲート電極である。コンタクト電極は対向電極で、チャネル長100μm、チャネル幅2000μmのパターンにし、ゲート電極はチャネル領域を覆うように配置した。
The substrate with the electrodes is placed on a spin coater, about 10 ml of the organic semiconductor material solution is dropped, applied at 1,000 rpm for 5 seconds, the substrate is moved to a hot plate at 120° C., and dried for 5 minutes. , to form an organic semiconductor layer.
The substrate on which the organic semiconductor layer was formed was placed in a spin coater, and the resin composition of Example 3 was applied under the same conditions as in Example 1 to form an insulating layer. After air blowing, it was placed in a vapor deposition apparatus, and a patterned silver electrode with a film thickness of 100 nm was formed using a metal mask for gate electrodes.
The structure of the obtained organic semiconductor transistor is of a bottom-contact/top-gate type, where the gold electrode is the contact electrode (source electrode and drain electrode) and the silver electrode is the gate electrode. The contact electrode was a counter electrode and was patterned with a channel length of 100 μm and a channel width of 2000 μm, and the gate electrode was arranged so as to cover the channel region.

移動度の算出に用いる、絶縁膜の静電容量(C)を測定した。上記コンタクト電極用メタルマスク及びゲート電極用メタルマスクには1mm×4mmの長方形のパターンがあり、有機半導体層と絶縁層を挟む形で金電極と銀電極を配置した。半導体パラメータアナライザー(Keysight:B1500A)を用いて静電容量測定(C-f測定)を行ったところ、2.57 nF/cmであった。 The capacitance (C) of the insulating film used for calculating the mobility was measured. The contact electrode metal mask and the gate electrode metal mask had a rectangular pattern of 1 mm×4 mm, and the gold electrode and the silver electrode were arranged with the organic semiconductor layer and the insulating layer sandwiched therebetween. Capacitance measurement (Cf measurement) using a semiconductor parameter analyzer (Keysight: B1500A) was 2.57 nF/cm 2 .

半導体パラメータアナライザー(Keysight:B1500A)を用い、有機半導体トランジスタの測定を行った。3端子のプローバーを用い、ソース電極を基準として、ドレイン電圧(V)とゲート電圧(V)を印加した。Vを一定にした場合にVを連続的に変化させ、ソース・ドレイン間に流れた電流Iを測定した。得られたI-V曲線より、各種パラメータ(チャネル長、チャネル幅、絶縁膜の静電容量)を用いて、キャリア移動度と閾値電圧を算出した。算出には下記の式で表される、数式1の線形領域におけるドレイン電流-ゲート電圧特性相関と、数式2の飽和領域におけるドレイン電流-ゲート電圧特性相関を用いた。 The organic semiconductor transistor was measured using a semiconductor parameter analyzer (Keysight: B1500A). Using a three-terminal prober, a drain voltage (V d ) and a gate voltage (V g ) were applied with the source electrode as a reference. The current Id flowing between the source and the drain was measured while Vg was continuously changed while Vd was kept constant. From the obtained I d -V g curve, carrier mobility and threshold voltage were calculated using various parameters (channel length, channel width, capacitance of insulating film). For the calculation, the drain current-gate voltage characteristic correlation in the linear region of Equation 1 and the drain current-gate voltage characteristic correlation in the saturation region of Equation 2, which are expressed by the following equations, were used.

Figure 0007211269000008

:ドレイン電流、W:チャネル幅、L:チャネル長、μ:ホール移動度、
C:絶縁膜の静電容量、V:ゲート電圧、Vth:閾値電圧、V:ドレイン電圧
Figure 0007211269000009


:ドレイン電流、W:チャネル幅、L:チャネル長、μ:ホール移動度、
C:絶縁膜の静電容量、V:ゲート電圧、Vth:閾値電圧
Figure 0007211269000008

I d : drain current, W: channel width, L: channel length, μ: hole mobility,
C: capacitance of insulating film, V g : gate voltage, V th : threshold voltage, V d : drain voltage
Figure 0007211269000009


I d : drain current, W: channel width, L: channel length, μ: hole mobility,
C: capacitance of insulating film, V g : gate voltage, V th : threshold voltage

結果を、表3、図4(a)~図4(c)および図5(a)~図5(c)に示す。これらの図および表に示すように、実施例3の積層構造を用いて作製した有機薄膜トランジスタは、トランジスタの電気的特性が得られ、有機半導体層および絶縁膜のそれぞれが機能することを確認した。 The results are shown in Table 3, FIGS. 4(a)-4(c) and FIGS. 5(a)-5(c). As shown in these figures and tables, it was confirmed that the organic thin film transistor produced using the laminated structure of Example 3 exhibited the electrical characteristics of the transistor, and that the organic semiconductor layer and the insulating film each functioned.

Figure 0007211269000010
Figure 0007211269000010

本発明は、有機薄膜トランジスタの有機薄膜積層構造における、有機半導体層に接して設けられる絶縁層を形成する樹脂組成物として利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a resin composition for forming an insulating layer provided in contact with an organic semiconductor layer in an organic thin film laminated structure of an organic thin film transistor.

1 :有機薄膜積層構造
2、3、4、5:有機薄膜トランジスタ
11 :基板
12 :有機半導体層
13 :絶縁層(第1の絶縁層)
14 :ソース電極
15 :ドレイン電極
16 :ゲート電極
17 :絶縁層(第2の絶縁層)
1: Organic thin film laminated structure 2, 3, 4, 5: Organic thin film transistor 11: Substrate 12: Organic semiconductor layer 13: Insulating layer (first insulating layer)
14: source electrode 15: drain electrode 16: gate electrode 17: insulating layer (second insulating layer)

Claims (13)

有機半導体層上に絶縁層を形成するために使用する、以下の(A)~(D)を含有しており、
(A)絶縁性ポリマー
(B)前記絶縁性ポリマーを溶解する第1の溶媒
(C)前記有機半導体層を構成する有機半導体を溶解しない第2の溶媒
(D)前記第1の溶媒および前記第2の溶媒のそれぞれと相溶性を示す第3の溶媒
前記第1~第3の溶媒の合計100容積部における、前記第1の溶媒の含有量が50容積部以下である樹脂組成物。
It contains the following (A) to (D) used to form an insulating layer on the organic semiconductor layer ,
(A) an insulating polymer (B) a first solvent that dissolves the insulating polymer (C) a second solvent that does not dissolve the organic semiconductor constituting the organic semiconductor layer (D) the first solvent and the second solvent A third solvent that is compatible with each of the two solvents
A resin composition in which the content of the first solvent is 50 parts by volume or less in a total of 100 parts by volume of the first to third solvents.
前記第1の溶媒が、前記絶縁性ポリマーおよび前記有機半導体のいずれも溶解するものであり、
前記第2の溶媒が、前記絶縁性ポリマーおよび前記有機半導体のいずれも溶解しないものであり、
前記第3の溶媒が、前記有機半導体を溶解しないものである
請求項1に記載の樹脂組成物。
the first solvent dissolves both the insulating polymer and the organic semiconductor;
wherein the second solvent dissolves neither the insulating polymer nor the organic semiconductor;
2. The resin composition according to claim 1, wherein said third solvent does not dissolve said organic semiconductor.
前記第1の溶媒が、分子中にフッ素原子を含まない非フッ素系溶媒であり、
前記第2の溶媒および前記第3の溶媒が、それぞれ分子中にフッ素原子を含むフッ素系溶媒であり、前記第2の溶媒と前記第3の溶媒とは、分子中においてフッ素原子が占める重量の割合が異なる、
請求項1または2に記載の樹脂組成物。
the first solvent is a non-fluorinated solvent containing no fluorine atoms in the molecule,
Each of the second solvent and the third solvent is a fluorine-based solvent containing a fluorine atom in the molecule, and the second solvent and the third solvent each contain a fluorine atom in the molecule. different proportions,
The resin composition according to claim 1 or 2.
前記絶縁性ポリマーは、繰り返し単位中に含まれる水素原子数およびハロゲン原子数の合計においてフッ素原子数が占める割合が50%以下である
請求項1~3のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
In the insulating polymer, the ratio of the number of fluorine atoms to the total number of hydrogen atoms and halogen atoms contained in the repeating unit is 50% or less.
The resin composition according to any one of claims 1 to 3 .
前記絶縁性ポリマーが(メタ)アクリル樹脂である
請求項1~4のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
The insulating polymer is a (meth)acrylic resin
The resin composition according to any one of claims 1-4 .
さらに、(E)カップリング剤を含有する
請求項1~5のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
Furthermore, (E) containing a coupling agent
The resin composition according to any one of claims 1-5 .
基板に形成された有機半導体層と、前記有機半導体層に接触した状態で積層された絶縁層とを備えた有機薄膜積層構造であって、
前記絶縁層が請求項1~6のいずれか一項に記載の樹脂組成物を用いて形成されたものである有機薄膜積層構造。
An organic thin film laminated structure comprising an organic semiconductor layer formed on a substrate and an insulating layer laminated in contact with the organic semiconductor layer,
An organic thin film laminate structure, wherein the insulating layer is formed using the resin composition according to any one of claims 1 to 6 .
前記有機半導体層を形成する有機半導体化合物の分子量が2000以下である
請求項7に記載の有機薄膜積層構造。
The organic semiconductor compound forming the organic semiconductor layer has a molecular weight of 2000 or less.
The organic thin film laminated structure according to claim 7 .
請求項7に記載の有機薄膜積層構造と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極とを備えている有機薄膜トランジスタ。 An organic thin film transistor comprising the organic thin film laminated structure according to claim 7 , a source electrode, a drain electrode and a gate electrode. 前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記基板に形成されており、
前記有機半導体層が、前記基板、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆って積層されており、
前記ゲート電極が、前記絶縁層に形成されている
請求項9に記載の有機薄膜トランジスタ。
the source electrode and the drain electrode are formed on the substrate;
the organic semiconductor layer is laminated over the substrate, the source electrode and the drain electrode;
The gate electrode is formed on the insulating layer
The organic thin film transistor according to claim 9 .
前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記有機半導体層に形成されており、
前記絶縁層が、前記有機半導体層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆って積層されており、
前記ゲート電極が前記絶縁層に形成されている
請求項9に記載の有機薄膜トランジスタ。
the source electrode and the drain electrode are formed on the organic semiconductor layer;
the insulating layer is laminated to cover the organic semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode;
The gate electrode is formed on the insulating layer
The organic thin film transistor according to claim 9 .
前記ゲート電極が前記基板に形成されており、
第2の絶縁層が、前記ゲート電極を覆うように前記基板に形成されており、
前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記第2の絶縁層に形成されており、
前記有機半導体層が、前記第2の絶縁層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆って積層されており、
第1の絶縁層が前記有機半導体層に積層されている
請求項9に記載の有機薄膜トランジスタ。
the gate electrode is formed on the substrate;
a second insulating layer formed on the substrate to cover the gate electrode;
the source electrode and the drain electrode are formed on the second insulating layer;
the organic semiconductor layer is laminated to cover the second insulating layer, the source electrode and the drain electrode;
A first insulating layer is laminated to the organic semiconductor layer
The organic thin film transistor according to claim 9 .
前記ゲート電極が前記基板に形成されており、
第2の絶縁層が、前記ゲート電極を覆うように前記基板に形成されており、
前記有機半導体層が前記第2の絶縁層に積層されており、
前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記有機半導体層に形成されており、
第1の絶縁層が、前記有機半導体層、前記ソース電極および前記ドレイン電極に積層されている
請求項9に記載の有機薄膜トランジスタ。
the gate electrode is formed on the substrate;
a second insulating layer formed on the substrate to cover the gate electrode;
The organic semiconductor layer is laminated on the second insulating layer,
the source electrode and the drain electrode are formed on the organic semiconductor layer;
A first insulating layer is laminated on the organic semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode
The organic thin film transistor according to claim 9 .
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