JPH0488678A - 有機デバイスとその製造方法 - Google Patents

有機デバイスとその製造方法

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JPH0488678A
JPH0488678A JP2203281A JP20328190A JPH0488678A JP H0488678 A JPH0488678 A JP H0488678A JP 2203281 A JP2203281 A JP 2203281A JP 20328190 A JP20328190 A JP 20328190A JP H0488678 A JPH0488678 A JP H0488678A
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一文 小川
Norihisa Mino
規央 美濃
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明（瓜　有機材料を用いた電子デバイス（有機デバ
イス）およびその製造方法に関するものであａ さらに詳しく（ヨ　　導電性単分子膜あるいは導電性単
分子累積膜を流れる電子を利用し７１１：　　電子デバ
イスおよびその製造方法に関するものである。
従来の技術 従来電子デバイス！友　シリコン結晶に代表されるよう
に　無機系半導体結晶が用いられていも発明が解決しよ
うとする課題 しかしながら、無機結晶で（表　微細化が進展するにと
もなって結晶欠陥が問題となり、デバイスの性能が結晶
性に太き（左右される欠点があっ九本発明の目的（Ｌ　
デバイスの高密度化が進展し微細加工がなされても結晶
性に左右されない有機物を用いてデバイスを作成上　高
集積な電子デバイスを提供することにあａ 課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するため置　任意の基板上に重
合した単分子膜または単分子累積膜を介して第１の電極
と第２の電極とを備え　前記単分子膜または単分子累積
膜に直接または間接に接続された第３の電極を備え　前
記第３の電極と前記第２の電極間に電圧を印加し　前記
第１の電極と前記第２の電極間の電流の流れを制御する
有機デバイスを提案するものであも 作用 本発明の有機デバイスで！よ　単分子膜もしくは単分子
累積膜中の導電性基を用いるた敢　デバイスの高密度化
が進展し微細加工がなされても結晶性に左右されない有
機物を用いたデバイスを作成できも 実施例 本発明ｃヨ　　任意の基板上に電解重合された単分子膜
または単分子累積膜を挟んで第１の電極と第２の電極を
形成し　前記第１の電極と第２の電極および前記単分子
膜または単分子累積膜に直接または間接に接続された第
３の電極と前記第２の電極間に電圧を印加し　前記第２
の電極と前記第３の電極間の電圧を変化させることによ
り、前記第１と第２の電極間の電流の流れを制御するこ
とを特徴とするデバイスを提供するものである。
また　そのときの電流が流れる領域をを搬物質、特に有
機単分子膜または単分子累積膜内に電解重合により形成
された共役結合で作成することによりデバイスの高機能
化と微細化を達成しようとするものであム 更にまた　前言己有機単分子膜または単分子累積膜作成
の手段として、一端に−Ｓ　ｉ−Ｃｌ基を持つ直鎖上の
炭化水素誘導体を用いれば　有機溶媒中で化学吸着によ
り親水性基板表面に単分子膜を吸着形成でき（化学吸着
法）、さらに前記形成した単分子膜表面にビニル基等の
反応性官能基を含ませておき、酸素または窒素を含むガ
ス中で高エネルギー線を照射して表面を親水性化し　化
学吸着工程を・繰り返すことにより単分子膜を累積形成
することも出来ム 従って、直鎖状炭化水素の一部に電解重合性不飽和基（
例え（瓜　チェニレン基）を含むような物質を用い化学
吸着法を行え（瓜　数十オングストロームオーダの電解
重合性基が配向した単分子膜を形成でき、さらに多層の
累積膜も容易に得ることが出来も この方法により累積された単分子膜中の例えばチオフェ
ン基等の電解重合性不飽和基を、第１の電極及び第２の
電極間に電界を印加して電界重合すれ（′Ｌ　第１の電
極と第２の電極間でポリチェニレン基が電界方向に沿っ
て自己組織的に成長していくので、超高分子量で共役系
が非常に長く、酸素を含む雰囲気中でも安定で、しかも
第１の電極と第２の電極間を導電性共役結合基で接続し
た単分子または単分子累積膜が形成できも −Ｘ　　有機溶媒に溶解させた電界重合性不飽和基を有
する物質を水面上に展開し前記有機溶媒を蒸発させた後
、水面上に残った前記物質の分子を水面上で水面方向に
バリヤでかき集電　所定の表面圧を加えながら基板を上
下させて単分子膜を基板上に累積（この累積法をラング
ミュア−・プロジェット（ＬＢ）法と言し＼　この方法
により累積された単分子膜をＬＢ膜という）した後、同
様に電界重合すれは　第１の電極と第２の電極間を導電
性の共役結合基で接続した超高分子量で共役系が非常に
長く、しかも酸素を含む雰囲気中でも安定な共役結合型
のポリマー状単分子または単分子累積膜が形成できも 以下、実施例を第１〜４図を用いてまず本発明のデバイ
スの詳細および製造方法を説明すも例えは　第１図（ａ
）および（ｂ）に示すよう番ζ　絶縁膜の形成された任
意の基板１　（例えばＳ］）上に電解重合した導電性単
分子膜または導電性単分子累積膜２を挟んで第１、第２
の金属電極３．４および第３の金属電極５（ゲート電極
）が形成されたものを作成すも 導電性単分子膜または累積膜は数十オングストローム程
度と非常に薄いため、第１の電極と第２および第１また
は第２の電極と第３の電極間に電圧を印加ｊ−第３の電
極と第１あるいは第２の電極間の電圧を変化させること
により、導電性単分子膜または累積膜内の導電性共役基
部分へのホールあるいは電子などの電荷の注入量を制御
でき、結果として第１と第２の電極間の導電性単分子累
積膜の電流の流れを制御できるＦＥＴ型有機デバイスを
作成できも な叙　ここて、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ部を拡
大して示していも　また図中６．７は絶縁膜（基板にＳ
ｉを用いた場合には通常５ｉｎｓを用いる）であム な抵　電解重合性不飽和基を含む単分子膜または単分子
累積膜の作成方法としてよ　後述する力文化学吸着法あ
るいはＬＢ法を用いることができもまた　ここで単分子
膜または単分子累積膜（表導電性共役基８としてポリチ
ェニレン基（第１図（ｂ））のような導電性共役基を含
んでおり、かつ第１の電極と第２の電極間はポリチェニ
レン基で接続されていることが必要であ４ な抵　ここでデバイスの増幅特性を大きくしたい場合に
は絶縁膜６はは薄いほどよく、無くすことも可能であも また　電気特性を安定化させるためには　第１および第
２の電極の間隙が、均一な間隔で設置されている必要が
あも 更にまｆ−、、第３の電極（すなわち基板）をＡｕやＰ
ｔ以外の酸化され易い金属や半導体材料で作成しておけ
ば　当然電極表面に酸化膜を形成できるため第１及び第
２の金属電極と第３の金属電極との間の耐圧を向上でき
る効果がある。また酸化膜が形成され第３の電極となる
基板表面に化学吸着膜を作成する際都合がよｔ℃ さらに　導入する導電性共役基としてＣＬ　　ポリチェ
ニレン以外にポリビロー瓜　ポリジロー／ｌｚ。
ポリピリジノピリジン、ポリアニリン等電解重合可能な
不飽和基より生成されるポリエンを用いることが可能で
あも な耘　第１図で示したデバイスにおいて、基板上に第１
および第２の金属電極を作成した徽　導電性単分子膜ま
たは導電性単分子累積膜を介して第３の金属電極を基板
とは反対側に作成してＬ同様の機能のデバイスを提供で
きることは言うまでもなｔ℃ 次＆ミ　上述のデバイスの作成方法について述べも まず第２図（ａ）に示したように任意の方法を用いて基
板１　（例えばＳｉ基板）上に絶縁膜７　（ＳｉＣ）２
膜）を介して、第１の金属電極３及び第２の金属電極４
をパターン状に形成すも 金属電極の作成方法（友　全面に金属を蒸着しホトレジ
ストを用いてエツチングしたり、リフトオフで金属電極
をパターン状に残す方法等通常の方法が利用できも ざら！ミ　第１、第２の金属電極３．４をマスクとし　
絶縁膜７をエツチング除去すム　通常基板にＳｉを用い
ればエツチング後洗浄すればＳｉ表面は　自然酸化膜（
Ｓ　ｉ　Ｏａ）よりなる極めて薄い絶縁膜６が形成され
るので改めて酸化する必要はない。
次に　電解重合性基含む単分子膜あるいは単分子累積膜
を絶縁膜６の上に形成すも な耘　単分子膜の製造方法にはＬＢ法や化学吸着法が利
用できも さらに第１及び第２の電極間に５　Ｖ　／　ｃ　ｍ程度
の電界を印加し数十分重合を行なう。このとき、重合さ
れた不飽和基（表　電界方向に沿ってつながっていくの
で、完全に重合が終われば第１の電極と第２の電極（′
Ｌ　共役結合９で自己組織的に接続されも　（第２図（
ｂ）） 最後へ　第３の電極（ゲート電極）を基板側より取り呂
せ；戴　デバイスが完成されも○単分子膜の製造方法そ
の１　（化学吸着法の利用） 使用したサンプル１よ　数々あるが、チオフェン誘導体
の一種であるＣＨ−−（ＣＨ２）−−Ｒ−（Ｃ）（ａ）
　ｎ　　Ｓ　ｉｃ　Ｉｓ　（ここでＲはチオフェン誘導
体基　ｍ＋ｎは１７である力＜、　１４から２４の範囲
で良好な結果が得られた）（以下ＴＣ８と略す））の場
合を用いて説明すも 例えば　第２図に示すよう（ミ　絶縁膜７　（Ｓ１０２
）の形成されたＳｉ基板１上く　第１の電極３と第２の
電極４としてＡｕ電極を形成Ｌ　さらに露出した５ｉｎ
２をエツチング除去すム 次へ　　その表面にＴｅ３を用いて基板表面に単分子膜
を化学吸着して形成すも このＫ　　−３ｉ−ＣＩ基と、Ｓｉ基板表面の自然酸化
膜（ＳｉＯａ）１１とともに形成されている一ＯＨ基と
が反応して脱塩酸して、基板表面に（よＣＨａ−（ＣＨ
ａ）ｍ−Ｒ−（ＣＨ２）　　ｎ−８ｉ　−０−の単分子
膜１２が形成できも　（第３図（ａ））例え！ｆ−２，
Ｏｘ　１０−”−５，ＯＸ　１０−’ｍｏｌ／１の濃度
”Ｑ、Ｔｅ３（シラン系界面活性剤）を溶かした８０！
％ｎ−ヘキサン、１２％四塩化炭秦　８％クロロホルム
溶液中に　室温で数十分間Ａｕ電極が形成された基板を
浸漬すると、ＳｉＯ２表面で一３ｉ−０−の結合を形成
できも ここで、基板表面にＣＨａ　−（ＣＨａ）　ｍ　−Ｒ−
きていること？＊ＦＴＩＲにて確認され九な転　このと
き化学吸着膜の形成（表　湿気を含まないＮａ雰囲気中
で行った つぎに　第２図（ｂ）に示すように電極３、４の間に５
Ｖ／ａｍの電界を印加して重合を行なうと、第３図（ｂ
）に示すような反息　即ちポリチェニレン結合１３が製
造されたことがＦＴＩＲにより明かとなっ九 な叙　前述の実施例では１層化学吸着膜を形成し重合を
行う方法について述べたが、吸着膜を多層積層した後で
重合反応を行っても良いし　あるいは吸着膜の形成と重
合反応とを交互に行ってＬポリチェニレンの多層分子膜
の作製が可能なことは明かであろう。
Ｏ単分子膜の製造方法その２　（ＬＢ腹膜形成法用いる
場合） 使用したサンプルは　数々あるが、　チェニレン誘導体
の一種であるＣＨａ　−（ＣＨ２）　−−Ｒ−（ＣＨ２
）　１−Ｃ０ＯＨ（ここでＲはチオフェン誘導体基　ｍ
＋ｎは１７である力＜、　１４から２３の範囲で良好な
結果が得られた）（以下ＴＡＤと略す））の場合を用い
て説明すも ＬＢ膜の累積にζ友　ジョイスレーベル社のトラフ■Ｖ
　（Ｊｏｉｃｅ−Ｌｏｅｂｌ　　Ｔｒｏｕｇｈ　　ＩＶ
）を用シ＼５００ｎｍ以下の光をカットしたイエロー光
照明のクラス１００のクリーンルーム内で行っ九　この
ときクリーンルーム内Ｌ　　室温２３±１＼　湿度４０
±５％に調節されてい４　　ＬＢ膜の累積に使用した基
板（よ　酸化膜を介してＡｇ電極の形成された直径３イ
ンチの８１基板であも まず、第２図に示すようへ　絶縁膜７として５１０２の
形成された８１基板１上番：、第１の電極３及び第２の
電極４としてＡｇ電極を形成し　さらに露出した５ｉ０
２をエッチンギ除去すム次に　その表面にＴＤＡを用い
て基板表面に単分子膜２２をＬＢ法で形成すも　このと
き、ＴＤＡの−ＣＯＯＨ基は　８１基板表面の自然酸化
膜（ＳｉＯ２）１１に向かって累積形成されも　（第４
図（ａ）） ここで、基板表面にＣＨ３−（ＣＨ２）蟲−Ｒ−（ＣＨ
２）　、−ＣＯＯＨの単分子膜２２が形成できているこ
とＧ瓜　ＦＴＩＲにて確認され九つぎに　第２図（ｂ）
に示すように電極３．４の間に５　Ｖ　／　ｃ　ｍの電
界を印加して重合を行なうと、第４図（ｂ）に示すよう
な反息　即ちポリチェニレン結合１３が製造されたこと
がＦＴＩＲにより明かとなつ九 この実施例では１層ＬＢ膜を累積した後に重合する方法
を示した力曵　絶縁性のＬＢ膜を何層か累積した後電解
重合反応を行っても良いし　あるいは累積と重合反応の
工程とを交互に行って敏　多分子層のポリチェニレン型
共役ポリマー膜を作ることも可能なことが確認され九 なｋ　　ＬＢ法を用いる場合は　累積がきわめて簡単な
たへ　複数層累積した後電解重合を行なえば工程が少な
くてす払 また　これ以外の導電性不飽和共役基としてチヱニレン
基　ピロール基　ピリジノピリジン基アニリン基等が利
用できも 発明の効果 本発明は　任意の基板上に重合した単分子膜または単分
子累積膜を介して第１の電極と第２の電極とを備え　前
記単分子膜または単分子累積膜に直接または間接に接続
された第３の電極を備え前記第３の電極と前記第２の電
極間に電圧を印加し　前記第１の電極と前記第２の電極
間の電流の流れを制御する有機デバイスであるた八　化
学吸着法またはＬＢ法と電解重合法を用いることにより
、導電性共役結合を有するポリマーを高能率にしかも２
つの電極間を接続するように自己組織的に製造でき、高
性能有機デバイスを実現できもな耘　この方法によると
、理論的には共役系が連続して数ｍｍ或は数ｃｍ以上の
長さを持つ直鎮状の超高分子量の導電性共役高分子の製
造も可能であるた数　本願デバイスの製作には極めて有
効であム
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は本発明の有機デバイスの断面概念図　第
１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ部の分子レベルの拡犬又
　第２図（ａ）（ｂ）は本発明の有機デバイスの製造工
程を説明する概念図　第３図（ａ）はＴＣ３吸著膜を１
層形成した基板の分子オーダーの拡大断面概念図　第３
図（ｂ）は重合後のポリチェニレン結合の形成された基
板の分子オーダーの拡大断面概念は　第４図（ａ）はＴ
ＤＡＬＢＩｌＫを１層形成した基板の分子オーダーの拡
大断面概念図　第４図（ｂ）は重合後のポリチェニレン
結合の形成された基板の分子オーダーの拡大断面概念図
であも １・・・基板　２・・・単分子膜または単分子累積Ａ３
・・・第１の電極　４・・・第２の電極　５・・・第３
の電Ｉｔ６、７・・・絶縁ｇ、８・・・導電性共役基　
１１・・・５ｉＯａ、１２・・・単分子吸着ＪＩＬ　　
１３・・・ポリチェニレン結合、　２２・・・単分子風 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名第 図 （の 第 図 （６しン ト ＼

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）任意の基板上に重合した単分子膜または単分子累
    積膜を介して第１の電極と第２の電極とを備え、前記単
    分子膜または単分子累積膜に直接または間接に接続され
    た第３の電極を備え、前記第３の電極と前記第２の電極
    間に電圧を印加し、前記第１の電極と前記第２の電極間
    の電流の流れを制御することを特徴とする有機デバイス
    。
  2. （２）単分子膜または単分子累積膜が、電解重合された
    導電性共役基を含むことを特徴とする、請求項１記載の
    有機デバイス。
  3. （３）導電性共役基が第３の電極に直接接触しないこと
    を特徴とする、請求項２記載の有機デバイス。
  4. （４）第１および第２の電極が、導電性共役基と接続し
    ていることを特徴とする、請求項２記載の有機デバイス
    。
  5. （５）第１および第２の電極が金属で、第３の電極がシ
    リコンであることを特徴とする、請求項１、３もしくは
    ４の何れかに記載の有機デバイス。
  6. （６）絶縁膜の形成された基板上に第１及び第２の電極
    を形成する工程と、前記第１及び第２の電極をマスクと
    して基板表面の絶縁膜をエッチング除去する工程と、第
    ３の電極となる基板表面に直接または間接に電解重合性
    基を含む単分子膜または単分子累積膜を形成する工程と
    、第１及び第２の電極間に電界を印加して前記電解重合
    性基を重合する工程と、基板より第３の電極を取り出す
    工程を含むことを特徴とする有機デバイスの製造方法。
  7. （７）電解重合性基を含む単分子膜または単分子累積膜
    を形成する工程を、化学吸着法あるいはラングミュアー
    ブロジェット法で行うことを特徴とする、請求項６記載
    の有機デバイスの製造方法。
  8. （８）電解重合性基を含む単分子膜または単分子累積膜
    を形成する工程において、基板表面に電解重合性不飽和
    基を含むシラン系界面活性剤を、非水系の有機溶媒中で
    化学吸着させ、単分子膜を少なくとも１層形成する工程
    を含むことを特徴とする、請求項６記載の有機デバイス
    の製造方法。
  9. （９）電解重合性基を含む単分子膜または単分子累積膜
    を形成する工程において、水槽上に電解重合性不飽和基
    を含んでいる界面活性剤を展開し単分子膜を形成する工
    程と、基板表面に単分子膜を少なくとも１層移し取る工
    程と、互いに化学結合させて導電性共役基を含んでいる
    界面活性剤よりなる単分子膜を少なくとも１層形成する
    工程とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第７項記
    載の有機デバイスの製造方法。
  10. （１０）電解重合性不飽和基を含んでいるシラン系界面
    活性剤よりなる単分子膜を少なくとも１層形成した後、
    第１の電極および第２の電極の間に電圧を印加し不飽和
    基を電解重合させて前記第１の電極と前記第２の電極と
    の間を接続する導電性共役基を作成することを特徴とす
    る、請求項８記載の有機デバイスの製造方法。
  11. （１１）シラン系界面活性剤が、末端にクロロシリル基
    を含む化学物質であることを特徴とする、請求８項記載
    の有機デバイスの製造方法。
JP2203281A 1990-07-31 1990-07-31 有機デバイスとその製造方法 Expired - Lifetime JP2507153B2 (ja)

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