JPWO2008096850A1 - Insulating film material for organic thin film transistor and organic thin film transistor using the same - Google Patents

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恭 神代
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Abstract

本発明は、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を含有してなる有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料、好ましくは、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を含有してなるnチャネル型又はアンバイポーラ型有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料に関する。The present invention relates to an insulating film material for an organic thin film transistor comprising a compound having two or more epoxy groups in the molecule, preferably an n-channel type comprising a compound having two or more epoxy groups in the molecule or The present invention relates to an insulating film material for an ambipolar organic thin film transistor.

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料及びこれを用いた有機薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to an insulating film material for an organic thin film transistor and an organic thin film transistor using the same.

半導体装置として、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)は、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ等のスイッチィング素子として実用化されており、アモルファス又は多結晶のシリコンを半導体膜として用いた素子が広く使用されている。   As a semiconductor device, for example, a thin film transistor (TFT) has been put into practical use as a switching element such as an active matrix liquid crystal display, and an element using amorphous or polycrystalline silicon as a semiconductor film is widely used.

また、近年ではTFT用の半導体材料として、有機半導体材料が注目を集めている。有機半導体は、スピンコート法や真空蒸着法といった簡便な成膜法によって容易に薄膜を形成でき、さらに、アモルファス又は多結晶のシリコンを用いた従来のTFTに比べ、製造プロセス温度を低温化できるという利点がある。   In recent years, organic semiconductor materials have attracted attention as semiconductor materials for TFTs. Organic semiconductors can be easily formed into thin films by simple film-forming methods such as spin coating and vacuum deposition, and the manufacturing process temperature can be lowered compared to conventional TFTs using amorphous or polycrystalline silicon. There are advantages.

プロセス温度の低温化により、耐熱性の低いプラスチック基板上への形成が可能となり、ディスプレイの軽量化や低コスト化、さらにはプラスチック基板のフレキシビリティを生かしたことによる用途の多様化など、多くの効果が期待できる。   Lowering the process temperature enables formation on plastic substrates with low heat resistance, reducing display weight and cost, and diversifying applications by taking advantage of the flexibility of plastic substrates. The effect can be expected.

ところで、半導体装置としては、ICチップ内でnチャネルMOSトランジスタ(nMOS)とpチャネルMOSトランジスタ(pMOS)とを組み合わせてなる相補型トランジスタ(CMOS)が知られており、広く用いられている。この相補型トランジスタは、エンハンスメント型のnMOSとpMOSとを直列に接続した構造が基本構造であって、nチャネル領域とpチャネル領域とを備えた構造となっている。   By the way, as a semiconductor device, a complementary transistor (CMOS) in which an n-channel MOS transistor (nMOS) and a p-channel MOS transistor (pMOS) are combined in an IC chip is known and widely used. This complementary transistor has a basic structure in which an enhancement type nMOS and a pMOS are connected in series, and has an n channel region and a p channel region.

有機半導体材料を用いた半導体装置においても、pチャネル型の特性を示すトランジスタと、nチャネル型の特性を示すトランジスタとの双方が作製できれば、多彩な回路を作製することが可能になる。   Even in a semiconductor device using an organic semiconductor material, a variety of circuits can be manufactured if both a transistor exhibiting p-channel characteristics and a transistor exhibiting n-channel characteristics can be manufactured.

また、主に有機半導体の研究分野では、pチャネル型とnチャネル型の双方の特性を示すトランジスタは、アンバイポーラ(ambipolar)特性を持つと定義され、そのようなトランジスタはアンバイポーラ有機薄膜トランジスタと呼ばれている。ここで、アンバイポーラ特性とは、キャリアとしてホールが注入されるとpチャネル型の特性を示し、キャリアとして電子が注入されるとnチャネル型の特性を示す性質をいう。アンバイポーラ有機薄膜トランジスタは、CMOS回路への応用に加え、発光トランジスタとしての応用も期待されている。   Also, mainly in the field of organic semiconductor research, a transistor exhibiting both p-channel and n-channel characteristics is defined as having an ambipolar characteristic, and such a transistor is called an ambipolar organic thin film transistor. It is. Here, the ambipolar characteristic refers to the property of exhibiting p-channel characteristics when holes are injected as carriers and exhibiting n-channel characteristics when electrons are injected as carriers. The ambipolar organic thin film transistor is expected to be applied as a light emitting transistor in addition to the application to the CMOS circuit.

しかしながら、これまでの有機半導体材料を用いたトランジスタの開発では、pチャネル型の特性を示すトランジスタが主体であった。これは、有機半導体とゲート絶縁膜界面に存在するトラップなどの影響によって、nチャネル型の特性が阻害されるためであると考えられている。例えば、SiO表面に存在する水酸基によって、電子がトラップされることが報告されている(例えば、Lay−Lay Chua,Jana Zaumsell,Jui−Fen Chang,Eric C.−W.Ou,Peter K.−H.Ho,Henning Sirringhaus,Richard H.Friend,Nature,434,194−199(2005).参照)。したがって、nチャネル型の特性を示す有機薄膜トランジスタを得るために、nチャネル型用有機半導体の開発に加え、良好なゲート絶縁膜の開発も強く求められてきた。However, the development of transistors using organic semiconductor materials so far has mainly been transistors exhibiting p-channel characteristics. This is considered to be because n-channel type characteristics are hindered by the influence of a trap or the like existing at the interface between the organic semiconductor and the gate insulating film. For example, it has been reported that electrons are trapped by hydroxyl groups present on the surface of SiO 2 (for example, Ray-Ray Chua, Jana Zaumsell, Jui-Fen Chang, Eric C.-W.Ou, Peter K.-). H. Ho, Henning Sirringhaus, Richard H. Friend, Nature, 434, 194-199 (2005)). Therefore, in order to obtain an organic thin film transistor exhibiting n-channel type characteristics, in addition to development of an n-channel type organic semiconductor, development of a good gate insulating film has been strongly demanded.

上記問題に対し、例えば、Friendらは、ゲート絶縁膜に水酸基を有しないベンゾシクロブテン誘導体(BCB)を用いることで、有機半導体として種々のポリマーを用いたトランジスタが、アンバイポーラ特性を示すことを報告している(例えば、Lay−Lay Chua,Jana Zaumsell,Jui−Fen Chang,Eric C.−W.Ou,Peter K.−H.Ho,Henning Sirringhaus,Richard H.Friend,Nature,434,194−199(2005).参照)。   In response to the above problem, for example, Friends et al. Show that transistors using various polymers as organic semiconductors exhibit ambipolar characteristics by using a benzocyclobutene derivative (BCB) having no hydroxyl group for the gate insulating film. (E.g., Lay-Ray Chua, Jana Zaumsell, Jui-Fen Chang, Eric C.-W. Ou, Peter K.-H. Ho, Henning Sirringhaus, Richard H. Friend, Nature, 434, 19 199 (2005).).

また、ゲート絶縁膜にポリメチルメタクリレート(PMMA)を用いることで、ルブレン単結晶を用いたトランジスタが、アンバイポーラ特性を示すことが報告されている(例えば、T.Takahashi,T.Takenobu,J.Takeya,Y.Iwasa,Appl.Phys.Lett.,88(2006)033505.参照)。   In addition, it has been reported that a transistor using a rubrene single crystal exhibits ambipolar characteristics by using polymethyl methacrylate (PMMA) for a gate insulating film (for example, T. Takahashi, T. Takenobu, J., et al. Takeya, Y. Iwasa, Appl. Phys. Lett., 88 (2006) 033505.).

これらの試みは非常に重要なものであるが、その一方で、BCBは硬化反応を進行させるために200℃を超える高温が必要であり、耐熱温度の低いプラスチック基板を用いることはできない。   These attempts are very important. On the other hand, BCB requires a high temperature exceeding 200 ° C. in order to advance the curing reaction, and a plastic substrate having a low heat-resistant temperature cannot be used.

また、PMMAは、塗布後の耐溶剤性が十分でなく、PMMA上に有機半導体を塗布によって成膜する場合、有機半導体材料として使用可能な材料が限られてしまう。   Further, PMMA has insufficient solvent resistance after coating, and when an organic semiconductor is formed on PMMA by coating, materials that can be used as the organic semiconductor material are limited.

一方、プラスチック基板への適用を目指し、200℃以下の低温で硬化可能な絶縁膜の検討も行われている。そのような例として、ポリイミドをゲート絶縁膜に適用した有機薄膜トランジスタが報告されている(例えば、第66回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2005秋 徳島大学)、9a−N−9参照)。しかしながら、ここで報告されているのは、pチャネル型の特性のみである。   On the other hand, an insulating film that can be cured at a low temperature of 200 ° C. or lower has been studied for application to a plastic substrate. As such an example, an organic thin film transistor in which polyimide is applied to a gate insulating film has been reported (for example, refer to the 66th Japan Society of Applied Physics Academic Lecture Proceedings (Autumn 2005, Tokushima University), 9a-N-9) . However, only the p-channel type properties are reported here.

また、他の例として、熱硬化型エポキシ樹脂をゲート絶縁膜に適用した有機薄膜トランジスタが報告されているが、やはり報告されているのはpチャネル型の特性のみである(例えば、第67回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2006秋 立命館大学)、29a−ZH−9参照)。   As another example, an organic thin film transistor in which a thermosetting epoxy resin is applied to a gate insulating film has been reported, but only a p-channel type characteristic has been reported (for example, the 67th application). Physics Society Academic Lecture Proceedings (Autumn 2006 Ritsumeikan University), 29a-ZH-9).

以上のとおり、有機薄膜を用いて多彩な回路を形成するためには、nチャネル型又はアンバイポーラ型有機薄膜トランジスタに好適に用いることが可能であり、かつ、低温で硬化することが可能なゲート絶縁膜材料が無いことが大きな問題であった。   As described above, in order to form various circuits using an organic thin film, it can be suitably used for an n-channel or ambipolar organic thin film transistor and can be cured at a low temperature. The lack of film material was a major problem.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低温においても硬化反応が進行し、有機薄膜トランジスタ、特にnチャネル型又はアンバイポーラ型有機薄膜トランジスタに好適な有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料を提供することにある。さらに、この有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料を用いた有機薄膜トランジスタを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is for an organic thin film transistor suitable for an organic thin film transistor, particularly an n-channel or ambipolar organic thin film transistor, in which a curing reaction proceeds even at a low temperature. It is to provide an insulating film material. Furthermore, it is providing the organic thin-film transistor using this insulating film material for organic thin-film transistors.

本発明者らは、水酸基が存在する絶縁膜ではnチャネル型動作が困難であるという、これまでの前例にとらわれることなく鋭意検討した。その結果、硬化後に水酸基が存在しうるエポキシ基を有する化合物を用いたにも関わらず、nチャネル型又はアンバイポーラ型有機薄膜トランジスタに好適に用いることのできる絶縁膜材料を得ることに成功し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors diligently studied without being bound by the previous examples that n-channel operation is difficult with an insulating film having a hydroxyl group. As a result, we succeeded in obtaining an insulating film material that can be suitably used for an n-channel or ambipolar organic thin film transistor, despite using a compound having an epoxy group that can have a hydroxyl group after curing. The invention has been completed.

本発明は、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を含有してなる有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料に関する。
本発明において、上記有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料を、nチャネル型又はアンバイポーラ型の有機薄膜トランジスタに好ましく用いることができる。
The present invention relates to an insulating film material for an organic thin film transistor comprising a compound having two or more epoxy groups in the molecule.
In the present invention, the insulating film material for an organic thin film transistor can be preferably used for an n-channel type or an ambipolar type organic thin film transistor.

本発明の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料は、硬化後の加水分解性塩素含有量が、1000ppm以下であることが好ましく、また、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物のエポキシ当量が、10000以下であることが好ましい。   In the insulating film material for an organic thin film transistor of the present invention, the hydrolyzable chlorine content after curing is preferably 1000 ppm or less, and the epoxy equivalent of the compound having two or more epoxy groups in the molecule is 10,000 or less. It is preferable that

分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物の例として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、又はビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂を挙げることができる。   Examples of the compound having two or more epoxy groups in the molecule include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, and bisphenol A novolac type epoxy resin.

本発明の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料は、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物に加えて、さらにフェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、又はシリル化フェノール樹脂を含有していてもよい。   The insulating film material for an organic thin film transistor of the present invention may further contain a phenol novolac resin, a bisphenol novolac resin, or a silylated phenol resin in addition to the compound having two or more epoxy groups in the molecule.

また、本発明は、少なくとも、基板、有機半導体層、ゲート絶縁膜、及び導電体を備えた有機薄膜トランジスタであって、ゲート絶縁膜が、上記有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料を用いて形成される有機薄膜トランジスタに関する。   The present invention also provides an organic thin film transistor comprising at least a substrate, an organic semiconductor layer, a gate insulating film, and a conductor, wherein the gate insulating film is formed using the above-described insulating film material for an organic thin film transistor. About.

本発明の有機薄膜トランジスタは、nチャネル型又はアンバイポーラ型であることが好ましい。   The organic thin film transistor of the present invention is preferably an n-channel type or an ambipolar type.

本願の開示は、2007年2月8日に出願された特願2007−029143号に記載の主題と関連しており、それらの開示内容は引用によりここに援用される。   The disclosure of the present application is related to the subject matter described in Japanese Patent Application No. 2007-029143 filed on Feb. 8, 2007, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

図1は、本発明の一実施例になる有機薄膜トランジスタの素子構造の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of an element structure of an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の他の一実施例になる有機薄膜トランジスタの素子構造の一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of an element structure of an organic thin film transistor according to another embodiment of the present invention. 図3は、ゲート絶縁膜が2層で構成される場合の一例を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing an example in which the gate insulating film is composed of two layers. 図4は、ドレイン電圧(V)が−20Vの際の、ゲート電圧(V)−ドレイン電流(I)特性を示すグラフである(実施例1)。FIG. 4 is a graph showing the gate voltage (V G ) -drain current (I D ) characteristics when the drain voltage (V D ) is −20 V (Example 1). 図5は、種々のVにおける、ドレイン電圧(V)−ドレイン電流(I)特性を示すグラフである(実施例1)。5, in a variety of V G, the drain voltage (V D) - is a graph of drain current (I D) characteristic (Example 1). 図6は、V=+60Vの際の、V−I特性を示すグラフである(実施例1)。 6, when the V D = + 60V, is a graph showing the V G -I D characteristic (Example 1). 図7は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(実施例1)。7, in a variety of V G, is a graph showing the V D -I D characteristic (Example 1). 図8は、ドレイン電圧(V)が−20Vの際の、ゲート電圧(V)−ドレイン電流(I)特性を示すグラフである(実施例2)。FIG. 8 is a graph showing the gate voltage (V G ) -drain current (I D ) characteristics when the drain voltage (V D ) is −20 V (Example 2). 図9は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(実施例2)。9, in the various V G, is a graph showing the V D -I D characteristic (Example 2). 図10は、V=+50Vの際の、V−I特性を示すグラフである(実施例2)。 10, when the V D = + 50 V, which is a graph showing the V G -I D characteristic (Example 2). 図11は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(実施例2)。11, in various V G, is a graph showing the V D -I D characteristic (Example 2). 図12は、ドレイン電圧(V)が−20Vの際の、ゲート電圧(V)−ドレイン電流(I)特性を示すグラフである(比較例1)。FIG. 12 is a graph showing the gate voltage (V G ) -drain current (I D ) characteristics when the drain voltage (V D ) is −20 V (Comparative Example 1). 図13は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(比較例1)。13, in various V G, is a graph showing the V D -I D characteristic (Comparative Example 1). 図14は、V=+50Vの際の、V−I特性を示すグラフである(比較例1)。 14, when the V D = + 50 V, which is a graph showing the V G -I D characteristic (Comparative Example 1). 図15は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(比較例1)。15, in various V G, is a graph showing the V D -I D characteristic (Comparative Example 1). 図16は、V=+30Vの際の、V−I特性を示すグラフである(実施例3)。 16, when the V D = + 30 V, which is a graph showing the V G -I D characteristic (Example 3). 図17は、V=−40Vの際の、V−I特性を示すグラフである(実施例4)。 17, when the V D = -40 V, a graph showing the V G -I D characteristic (Example 4). 図18は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(実施例4)。18, in various V G, is a graph showing the V D -I D characteristic (Example 4). 図19は、V=+60Vの際の、V−I特性を示すグラフである(実施例4)。 19, when the V D = + 60V, is a graph showing the V G -I D characteristic (Example 4). 図20は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(実施例4)。Figure 20 is in a variety of V G, it is a graph showing the V D -I D characteristic (Example 4). 図21は、V=−40Vの際の、V−I特性を示すグラフである(実施例5)。 21, when the V D = -40 V, a graph showing the V G -I D characteristic (Example 5). 図22は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(実施例5)。22, in various V G, is a graph showing the V D -I D characteristic (Example 5). 図23は、V=+40Vの際の、V−I特性を示すグラフである(実施例5)。 23, when the V D = + 40V, is a graph showing the V G -I D characteristic (Example 5). 図24は、種々のVにおける、V−I特性を示すグラフである(実施例5)。Figure 24 is in a variety of V G, it is a graph showing the V D -I D characteristic (Example 5).

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 有機半導体層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 基板
8 ゲート電極
9 ゲート絶縁膜
10 ソース電極
11 ドレイン電極
12 有機半導体層
13 ゲート電極
14 ゲート絶縁膜1
15 ゲート絶縁膜2
16 ソース電極
17 ドレイン電極
18 有機半導体層
19 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Gate electrode 3 Gate insulating film 4 Organic semiconductor layer 5 Source electrode 6 Drain electrode 7 Substrate 8 Gate electrode 9 Gate insulating film 10 Source electrode 11 Drain electrode 12 Organic semiconductor layer 13 Gate electrode 14 Gate insulating film 1
15 Gate insulating film 2
16 Source electrode 17 Drain electrode 18 Organic semiconductor layer 19 Substrate

まず、本発明の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料を用いた有機薄膜トランジスタについて説明する。本発明の有機薄膜トランジスタは、少なくとも、基板、有機半導体層、ゲート絶縁膜、及び導電体を備えた有機薄膜トランジスタである。有機薄膜トランジスタは、導電体として、通常、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極を有することが多いが、いずれかの導電体を基板と兼ねることもできる。本発明の有機薄膜トランジスタの例を、以下に図面を引用して説明する。   First, an organic thin film transistor using the insulating film material for an organic thin film transistor of the present invention will be described. The organic thin film transistor of the present invention is an organic thin film transistor including at least a substrate, an organic semiconductor layer, a gate insulating film, and a conductor. An organic thin film transistor usually has a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode as conductors, but any of the conductors can also serve as a substrate. Examples of the organic thin film transistor of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構造の一例を示す図である。この有機薄膜トランジスタは、基板1上にゲート電極2、ゲート絶縁膜3、有機半導体層4をこの順に形成し、さらにその上にソース電極5、ドレイン電極6を形成したものであり、トップコンタクト型と呼ばれるものである。   FIG. 1 is a diagram showing an example of the element structure of the organic thin film transistor of the present invention. This organic thin film transistor is formed by forming a gate electrode 2, a gate insulating film 3, and an organic semiconductor layer 4 in this order on a substrate 1, and further forming a source electrode 5 and a drain electrode 6 thereon, and a top contact type. It is what is called.

また、図2は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構造の他の一例を示す図である。この有機薄膜トランジスタは、基板7上にゲート電極8、ゲート絶縁膜9、ソース電極10、ドレイン電極11を形成した後に、さらにその上に有機半導体層12を形成したものであり、ボトムコンタクト型と呼ばれるものである。   Moreover, FIG. 2 is a figure which shows another example of the element structure of the organic thin-film transistor of this invention. This organic thin film transistor is obtained by forming a gate electrode 8, a gate insulating film 9, a source electrode 10 and a drain electrode 11 on a substrate 7, and further forming an organic semiconductor layer 12 thereon, and is called a bottom contact type. Is.

図3は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構造のさらに他の一例を示す図である。この有機薄膜トランジスタは、基板19上にゲート電極13、ゲート絶縁膜14,15、ソース電極16、ドレイン電極17を形成した後に、さらにその上に有機半導体層18を形成したものである。この例の有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜を2層有する。   FIG. 3 is a view showing still another example of the element structure of the organic thin film transistor of the present invention. In this organic thin film transistor, a gate electrode 13, gate insulating films 14 and 15, a source electrode 16 and a drain electrode 17 are formed on a substrate 19, and an organic semiconductor layer 18 is further formed thereon. The organic thin film transistor of this example has two layers of gate insulating films.

これらの他にも有機薄膜トランジスタの素子構造は、様々な種類があるが、特に制限はない。例えば、「有機薄膜トランジスタの動作性向上技術 材料開発 作製法 素子設計、技術情報協会、2003、P11」に記載の構成が一例として挙げられる。   In addition to these, there are various kinds of element structures of organic thin film transistors, but there is no particular limitation. For example, the configuration described in “Organic thin film transistor operability improvement technology, material development, production method, element design, technical information association, 2003, P11” can be cited as an example.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、基板としては、プラスチック、ガラス、シリコンなどの材質で作られたものを使用することができる。シリコンを用いる場合には、シリコンを導電体(例えば、ゲート電極)としても機能させることが可能である。   In the organic thin film transistor of the present invention, a substrate made of a material such as plastic, glass or silicon can be used. In the case where silicon is used, silicon can also function as a conductor (eg, a gate electrode).

本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極は、導電体によって形成される。用いる導電体は特に制限はないが、例えば、シリコン、ドーピングを行ったシリコン、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)、インジウム−スズ酸化物(ITO)、ポリチオフェン−ポリスチレンスルホン酸(PEDOT−PSS)等が好適である。   In the organic thin film transistor of the present invention, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are formed of a conductor. The conductor to be used is not particularly limited. For example, silicon, doped silicon, platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), chromium (Cr), aluminum (Al), Calcium (Ca), barium (Ba), indium-tin oxide (ITO), polythiophene-polystyrene sulfonic acid (PEDOT-PSS) and the like are suitable.

これらの電極の形成方法は、特に制限はないが、例えば、真空蒸着法、印刷法、インクジェット法等を利用することが可能である。   The method for forming these electrodes is not particularly limited, and for example, a vacuum deposition method, a printing method, an ink jet method, or the like can be used.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層には、種々の低分子化合物、オリゴマー、ポリマーを用いることができ、特に制限はない。低分子化合物としては、例えば、ペンタセン、ルブレン、フタロシアニン、ペリレン、フラーレン又はこれらの誘導体などを用いることができる。オリゴマーとしては、例えば、オリゴチオフェン又はその誘導体などを用いることができる。   In the organic thin film transistor of the present invention, various low molecular compounds, oligomers and polymers can be used for the organic semiconductor layer, and there is no particular limitation. As the low molecular weight compound, for example, pentacene, rubrene, phthalocyanine, perylene, fullerene, or a derivative thereof can be used. As the oligomer, for example, oligothiophene or a derivative thereof can be used.

ポリマーとしては、例えば、ポリ−p−フェニレンビニレン(PPV)、ポリフルオレン、フルオレン−ベンゾチアジアゾール共重合体、フルオレン−トリフェニルアミン共重合体、フルオレン−ジチオフェン共重合体、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール又はこれらの誘導体などを用いることができる。   Examples of the polymer include poly-p-phenylene vinylene (PPV), polyfluorene, fluorene-benzothiadiazole copolymer, fluorene-triphenylamine copolymer, fluorene-dithiophene copolymer, polythiophene, polyaniline, polyacetylene, polypyrrole. Alternatively, derivatives thereof and the like can be used.

また、有機半導体層として、有機半導体の前駆体を形成し、その後光や熱を加えることで有機半導体に変換しても良い。このように変換可能な材料として、例えば、「P.B.Shea,J.Kanicki,L.R.Pattison,P.Petroff,M.Kawano,H.Yamada,N.Ono,J.Appl.Phys.100,034502(2006)」に記載されているテトラビシクロポルフィリン誘導体が挙げられる。この材料は、加熱によりテトラベンゾポルフィリン誘導体に変換でき、有機半導体層の材料として利用できる。   Alternatively, an organic semiconductor precursor may be formed as the organic semiconductor layer, and then converted to an organic semiconductor by applying light or heat. Examples of such a convertible material include, for example, “P. B. Shea, J. Kanicki, LR Pattison, P. Petroff, M. Kawano, H. Yamada, N. Ono, J. Appl. Phys. 100,034502 (2006) ". This material can be converted into a tetrabenzoporphyrin derivative by heating and can be used as a material for the organic semiconductor layer.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層の膜厚は、特に限定はないが、10nm〜100μmが好ましく、20nm〜10μmがより好ましく、30nm〜1μmが最も好ましい。   In the organic thin film transistor of the present invention, the thickness of the organic semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 20 nm to 10 μm, and most preferably 30 nm to 1 μm.

次に、本発明の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料(以下、単に絶縁膜材料ともいう。)について詳細に述べる。絶縁膜材料は、主に有機半導体層とゲート電極間に形成される絶縁性の層であり、本発明の絶縁膜材料は、例えば、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を含む混合物により形成される。以下、この混合物の組成について詳細に述べる。   Next, the insulating film material for organic thin film transistors of the present invention (hereinafter also simply referred to as insulating film material) will be described in detail. The insulating film material is an insulating layer mainly formed between the organic semiconductor layer and the gate electrode, and the insulating film material of the present invention is made of, for example, a mixture containing a compound having two or more epoxy groups in the molecule. It is formed. Hereinafter, the composition of this mixture will be described in detail.

分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物としては、特に制限はないが、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、サリチルアルデヒドノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールFノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、脂肪族環状エポキシ樹脂及びそれらのハロゲン化物、水素添加物などのエポキシ樹脂を挙げることができ、これらは単独で用いても2種以上を併用しても差し支えない。好ましくは、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、又はビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂である。中でも、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、又はフェノールノボラック型エポキシ樹脂は、作製された有機薄膜トランジスタの、nチャネル型の特性が良好であるため好ましい。   The compound having two or more epoxy groups in the molecule is not particularly limited. For example, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy Resin, bisphenol A novolac type epoxy resin, salicylaldehyde novolac type epoxy resin, bisphenol F novolac type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, hydantoin type epoxy resin, isocyanurate type epoxy resin Examples thereof include epoxy resins such as resins, aliphatic cyclic epoxy resins and their halides and hydrogenated products, and these may be used alone or in combination of two or more. . Bisphenol A epoxy resin, bisphenol F epoxy resin, phenol novolac epoxy resin, or bisphenol A novolac epoxy resin are preferable. Among these, bisphenol A novolac type epoxy resins or phenol novolac type epoxy resins are preferable because the n-channel type characteristics of the produced organic thin film transistor are good.

分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物のエポキシ当量は、特に限定されないが、10000以下であることが好ましく、5000以下がより好ましく、2000以下が最も好ましい。エポシキ当量が大きすぎると、硬化後の耐溶剤性が不足する傾向がある。
また、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物のエポキシ当量は、特に限定されないが、100以上であることが好ましく、130以上がより好ましく、175以上が最も好ましい。エポシキ当量が小さすぎると、硬化物が脆くなりやすいという傾向がある。
The epoxy equivalent of the compound having two or more epoxy groups in the molecule is not particularly limited, but is preferably 10,000 or less, more preferably 5000 or less, and most preferably 2000 or less. If the epoxy equivalent is too large, the solvent resistance after curing tends to be insufficient.
Further, the epoxy equivalent of the compound having two or more epoxy groups in the molecule is not particularly limited, but is preferably 100 or more, more preferably 130 or more, and most preferably 175 or more. If the epoxy equivalent is too small, the cured product tends to be brittle.

混合物には、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物の他に、必要に応じて、硬化剤を添加してもよい。硬化剤としては、硬化特性を勘案して選択すればよく、特に制限はないが、例えば、ジシアンジアミド、又はフェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する化合物である、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、サリチルアルデヒドノボラック樹脂及びこれらのフェノール樹脂のハロゲン化物、水素化物、トリアジン構造含有物等を使用できる。またシリル化フェノール樹脂及びこのハロゲン化物、水素化物、トリアジン構造含有物等を使用できる。シリル化フェノール樹脂としては、例えば、フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する化合物に、シリル基を導入することにより得られる化合物を用いることができる。シリル基は、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂などのエポキシ化フェノール樹脂に、アルコキシシランを反応させることにより、導入することができる。これらの硬化剤は1種又は2種以上を併用してもよい。硬化剤として、好ましくは、フェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、又はシリル化フェノール樹脂である。   In addition to the compound having two or more epoxy groups in the molecule, a curing agent may be added to the mixture as necessary. The curing agent may be selected in consideration of curing characteristics, and is not particularly limited. For example, bisphenol A, bisphenol F, phenol which is a compound having two or more dicyandiamide or phenolic hydroxyl groups in one molecule. A novolak resin, a bisphenol novolak resin, a cresol novolak resin, a salicylaldehyde novolak resin, a halide, a hydride, a triazine structure-containing material, or the like of these phenol resins can be used. Silylated phenol resins and their halides, hydrides, triazine structure-containing materials and the like can also be used. As the silylated phenol resin, for example, a compound obtained by introducing a silyl group into a compound having two or more phenolic hydroxyl groups in one molecule can be used. The silyl group can be introduced, for example, by reacting an alkoxysilane with an epoxidized phenol resin such as a bisphenol A type epoxy resin. These curing agents may be used alone or in combination of two or more. The curing agent is preferably a phenol novolac resin, a bisphenol novolac resin, or a silylated phenol resin.

硬化剤の配合量は、特に制限はないが、例えば、フェノール性水酸基を有する硬化剤の場合、エポキシ基に対して水酸基が0.5〜2.0当量の範囲となるように配合することが好ましい。   The amount of the curing agent is not particularly limited. For example, in the case of a curing agent having a phenolic hydroxyl group, it may be blended so that the hydroxyl group is in the range of 0.5 to 2.0 equivalents relative to the epoxy group. preferable.

また、硬化剤としてジシアンジアミドを用いる場合には、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物100重量部に対して概ね2〜5重量部の範囲となるように配合することが好ましい。   When dicyandiamide is used as the curing agent, it is preferably blended so as to be in the range of about 2 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the compound having two or more epoxy groups in the molecule.

また、硬化剤としてシリル化フェノール樹脂を用いる場合、エポキシ基に対してシリル基が0.1〜10.0当量の範囲となるように配合することが好ましい。   Moreover, when using silylated phenol resin as a hardening | curing agent, it is preferable to mix | blend so that a silyl group may be in the range of 0.1-10.0 equivalent with respect to an epoxy group.

また、混合物には、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物の他に、必要に応じて、硬化促進剤を添加してもよい。硬化促進剤としては、特に限定されないが、例えば、イミダゾール化合物、有機リン化合物、第3級アミン、第4級アンモニウム塩等を使用することができる。   In addition to the compound having two or more epoxy groups in the molecule, a curing accelerator may be added to the mixture as necessary. Although it does not specifically limit as a hardening accelerator, For example, an imidazole compound, an organic phosphorus compound, a tertiary amine, a quaternary ammonium salt etc. can be used.

硬化促進剤の配合量は、特に制限はないが、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物100重量部に対して、0.001〜10重量部の範囲であることが好ましく、0.01〜1.0重量部の範囲であることがより好ましい。硬化促進剤の量が、0.001重量部未満であると、硬化不足が生じ易い傾向があり、10重量部を超えると、有機薄膜トランジスタの性能低下を引き起こす傾向がある。   The blending amount of the curing accelerator is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.001 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the compound having two or more epoxy groups in the molecule. More preferably, it is in the range of -1.0 part by weight. When the amount of the curing accelerator is less than 0.001 part by weight, insufficient curing tends to occur, and when it exceeds 10 parts by weight, the performance of the organic thin film transistor tends to be deteriorated.

また、混合物には、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物の他に、必要に応じて、比誘電率が10以上の粒子を添加してもよい。このような粒子としては、特に限定されないが、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、二酸化チタン、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸鉛、チタン酸バリウムストロンチウム、二酸化ジルコニウム等が挙げられる。   In addition to the compound having two or more epoxy groups in the molecule, particles having a relative dielectric constant of 10 or more may be added to the mixture as necessary. Such particles are not particularly limited. For example, barium titanate, strontium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate, titanium dioxide, barium zirconate, calcium zirconate , Lead zirconate, barium strontium titanate, zirconium dioxide and the like.

また、混合物には、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物の他に、溶媒を添加してもよい。用いる溶媒としては、特に制限はないが、例えば、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、アニソール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセロソルブアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、メタノール、エタノール、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ガンマブチロラクトン、シクロヘキサノン等が使用できる。溶媒の添加量は、基板への塗布方法やゲート絶縁膜の膜厚によって適宜選定されればよく、特に制限はない。   In addition to the compound having two or more epoxy groups in the molecule, a solvent may be added to the mixture. The solvent to be used is not particularly limited. For example, chloroform, methylene chloride, dichloroethane, tetrahydrofuran, toluene, xylene, mesitylene, anisole, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl cellosolve acetate, ethylene glycol monomethyl ether, methanol , Ethanol, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, gamma butyrolactone, cyclohexanone and the like can be used. The amount of the solvent added may be appropriately selected depending on the method of application to the substrate and the thickness of the gate insulating film, and is not particularly limited.

次に、混合物を用いて、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成する方法について詳細に述べる。   Next, a method for forming a gate insulating film of an organic thin film transistor using the mixture will be described in detail.

混合物を用いて、ゲート絶縁膜を形成するためには、例えば、混合物を、インクジェット法、キャスト法、浸漬法、凸版印刷、凹版印刷、オフセット印刷、平板印刷、凸版反転オフセット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷等の印刷法、スピンコーティング法などの公知の方法で所望の基板上に塗布した後、光照射や加熱処理等により重合反応を進行させ、分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を硬化させることによって行うことができる。   In order to form a gate insulating film using a mixture, for example, the mixture is formed by an inkjet method, a casting method, a dipping method, a relief printing, an intaglio printing, an offset printing, a lithographic printing, a relief printing reverse offset printing, a screen printing, a gravure After coating on a desired substrate by a known method such as printing or spin coating, the polymerization reaction is advanced by light irradiation or heat treatment to cure a compound having two or more epoxy groups in the molecule. Can be done.

混合物の所望の基板上への塗布は、通常、−20〜+300℃の温度範囲、好ましくは10〜100℃、特に好ましくは15〜50℃で実施することができる。   The application of the mixture onto the desired substrate can usually be carried out in the temperature range of -20 to + 300 ° C, preferably 10 to 100 ° C, particularly preferably 15 to 50 ° C.

また、上記光照射には、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、蛍光灯、発光ダイオード、太陽光等の光源を用いることができる。また、上記加熱処理は、ホットプレート上やオーブン内で行うことができ、0〜+300℃の温度範囲、好ましくは20〜250℃、特に好ましくは80〜200℃で実施することができる。   In addition, a light source such as a low pressure mercury lamp, a medium pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a fluorescent lamp, a light emitting diode, or sunlight can be used for the light irradiation. Moreover, the said heat processing can be performed on a hotplate or in oven, and can be implemented at the temperature range of 0- + 300 degreeC, Preferably it is 20-250 degreeC, Most preferably, it is 80-200 degreeC.

本発明において、絶縁膜材料中の加水分解性塩素含有量は、1000ppm以下であることが好ましい。また、本発明の絶縁膜材料を用いて形成されたゲート絶縁膜(絶縁膜材料の硬化物)の加水分解性塩素含有量も、1000ppm以下であることが好ましい。加水分解性塩素含有量が高すぎると、有機薄膜トランジスタのnチャネル型特性が悪化する傾向がある。絶縁膜材料中の加水分解性塩素含有量は、絶縁膜材料に水酸化カリウム/エタノール溶液を加えて加熱、加水分解し、硝酸銀水溶液で滴定を行い測定することができる。また、本発明においては、この方法によって測定された加水分解性塩素含有量の量を、硬化後のゲート絶縁膜中の加水分解性塩素含有量とする。   In the present invention, the hydrolyzable chlorine content in the insulating film material is preferably 1000 ppm or less. The hydrolyzable chlorine content of the gate insulating film (cured product of the insulating film material) formed using the insulating film material of the present invention is also preferably 1000 ppm or less. If the hydrolyzable chlorine content is too high, the n-channel characteristics of the organic thin film transistor tend to deteriorate. The hydrolyzable chlorine content in the insulating film material can be measured by adding a potassium hydroxide / ethanol solution to the insulating film material, heating and hydrolyzing it, and titrating with an aqueous silver nitrate solution. In the present invention, the amount of hydrolyzable chlorine content measured by this method is defined as the hydrolyzable chlorine content in the gate insulating film after curing.

上記手法によって形成されたゲート絶縁膜の膜厚は、特に限定されないが、1nm〜10μmであることが好ましく、2nm〜5μmであることがより好ましく、5nm〜1μmであることが最も好ましい。ゲート絶縁膜の膜厚が小さすぎると、ゲート−ソース間に漏れ電流が生じやすく、大きすぎると、駆動電圧が上昇する傾向がある。   The thickness of the gate insulating film formed by the above method is not particularly limited, but is preferably 1 nm to 10 μm, more preferably 2 nm to 5 μm, and most preferably 5 nm to 1 μm. If the thickness of the gate insulating film is too small, a leakage current tends to occur between the gate and the source, and if it is too large, the driving voltage tends to increase.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜は、2層以上で構成されていてもよい。上述のとおりゲート絶縁膜が2層で構成される場合の一例を図3に示すが、これに制限されるものではない。この場合、いずれか1層のゲート絶縁膜が、前記分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を含む混合物より形成される。それ以外の層であるゲート絶縁膜は、前記分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を含む混合物より形成されてもよく、他の混合物やSiO等の無機物を用いて形成されてもよい。In the organic thin film transistor of the present invention, the gate insulating film may be composed of two or more layers. An example of the case where the gate insulating film is composed of two layers as described above is shown in FIG. 3, but is not limited thereto. In this case, any one layer of the gate insulating film is formed from a mixture containing a compound having two or more epoxy groups in the molecule. The gate insulating film as the other layer may be formed from a mixture containing a compound having two or more epoxy groups in the molecule, or may be formed using another mixture or an inorganic material such as SiO 2. .

他の混合物は特に制限されないが、例えば、1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)等の有機シラン化合物、ポリイミド、アクリル樹脂等を含有する混合物が挙げられる。   Other mixtures are not particularly limited, but include, for example, 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane (HMDS), organic silane compounds such as octadecyltrichlorosilane (OTS), polyimide, acrylic resin, etc. A mixture of

本発明の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料は、低温で硬化可能であり、有機薄膜トランジスタ、特にnチャネル型又はアンバイポーラ型有機薄膜トランジスタに好適である。
また、本発明の有機薄膜トランジスタは、nチャネル又はアンバイポーラ特性を示すことができる。
The insulating film material for an organic thin film transistor of the present invention can be cured at a low temperature and is suitable for an organic thin film transistor, particularly an n-channel type or an ambipolar type organic thin film transistor.
In addition, the organic thin film transistor of the present invention can exhibit n-channel or ambipolar characteristics.

以下、実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
(実施例1)
〔本発明の絶縁膜材料を用いた有機薄膜トランジスタの作製1〕
nドープされたSiウエハ上に、Alを50nm蒸着し、ゲート電極を形成した。以後の作業は全て窒素ガスを導入したグローブボックス中で行った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not restrict | limited to these.
Example 1
[Production of Organic Thin Film Transistor Using Insulating Film Material of the Present Invention 1]
On the n-doped Si wafer, 50 nm of Al was deposited to form a gate electrode. All subsequent work was performed in a glove box into which nitrogen gas was introduced.

前記ゲート電極を形成した基板上に、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(2.08g、エポキシ等量205、大日本インキ化学工業株式会社製、製品名EPICLON)、ビスフェノールAノボラック(1.14g、水酸基等量118、大日本インキ化学工業株式会社製、製品名フェノライト)、2−エチル−4−メチルイミダゾール(3.2mg)及びアニソール(18.3mL)からなる混合物を、スピンコータにより、室温(25℃)、3000min−1の条件で全面に塗布した。その後、基板をホットプレート上で、80℃で15分、130℃で60分、180℃で60分加熱し、混合物の重合反応を進行させ、ゲート絶縁膜を300nm形成した。なお、混合物中の加水分解性塩素含有量を、硝酸銀水溶液を用いた滴定法により求めたところ、1000ppm以下であった。On the substrate on which the gate electrode was formed, a phenol novolac type epoxy resin (2.08 g, epoxy equivalent 205, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, product name EPICLON), bisphenol A novolak (1.14 g, hydroxyl group equivalent) 118, Dainippon Ink and Chemicals, product name Phenolite), 2-ethyl-4-methylimidazole (3.2 mg) and anisole (18.3 mL) were mixed at room temperature (25 ° C.) using a spin coater. It apply | coated to the whole surface on the conditions of 3000min- 1 . Thereafter, the substrate was heated on a hot plate at 80 ° C. for 15 minutes, 130 ° C. for 60 minutes, and 180 ° C. for 60 minutes to advance the polymerization reaction of the mixture to form a gate insulating film of 300 nm. In addition, it was 1000 ppm or less when the hydrolysable chlorine content in a mixture was calculated | required by the titration method using silver nitrate aqueous solution.

次いで、ゲート絶縁膜上に、有機半導体としてペンタセン(Sigma−Aldrich社製)を、真空蒸着法により50nm成膜し、さらに、メタルマスクを介してAuを真空蒸着法により30nm成膜し、ソース電極及びドレイン電極を形成した。ゲート幅(W)は1mm、ゲート長(L)は50μmとした。   Next, pentacene (manufactured by Sigma-Aldrich) as an organic semiconductor is formed to a thickness of 50 nm on the gate insulating film by a vacuum evaporation method, and further, Au is formed to a thickness of 30 nm by a vacuum evaporation method through a metal mask. And the drain electrode was formed. The gate width (W) was 1 mm, and the gate length (L) was 50 μm.

このようにして作製した有機薄膜トランジスタについて、窒素中、室温で、pAメータ/DCボルテージソース(ヒューレットパッカード製4140B)及びデジタルエレクトロメータ(アドバンテスト製TR8652)を用いて、電圧−電流特性を測定した。   The voltage-current characteristics of the organic thin film transistor thus fabricated were measured using a pA meter / DC voltage source (Hewlett Packard 4140B) and a digital electrometer (Advantest TR8652) in nitrogen at room temperature.

また、nドープされたSiウエハ上に、前記ゲート絶縁膜、1.5mm(φ)のAl電極を形成し、インピーダンスアナライザ(ヒューレットパッカード製4192A)を用い、周波数1kHzでゲート絶縁膜容量(C)を測定した。Further, the gate insulating film, a 1.5 mm (φ) Al electrode is formed on an n-doped Si wafer, and the gate insulating film capacitance (C 0 ) at a frequency of 1 kHz using an impedance analyzer (Hewlett Packard 4192A). ) Was measured.

図4に、ドレイン電圧(V)が−20Vの際の、ゲート電圧(V)−ドレイン電流(I)特性を示す。Vに負電圧を印加すると、|I|が増加する、pチャネル型の特性が見られた。移動度(μ)は、V−(I1/2特性から、次式を用いて算出し、μ=0.135cm/Vsであった。
また、図5に、種々のVにおける、ドレイン電圧(V)−ドレイン電流(I)特性を示す。
FIG. 4 shows a gate voltage (V G ) -drain current (I D ) characteristic when the drain voltage (V D ) is −20V. When a negative voltage is applied to the V G, | I D | is increased, the characteristics of the p-channel type was observed. The mobility (μ) was calculated from the V G- ( ID ) 1/2 characteristic using the following formula, and was μ = 0.135 cm 2 / Vs.
Further, in FIG. 5, the various V G, the drain voltage (V D) - shows the drain current (I D) characteristic.

Figure 2008096850
Figure 2008096850

さらに、図6に、V=+60Vの際の、V−I特性を示す。Vに正電圧を印加すると、一旦Iが減少した後、Iが増加しており、nチャネル型の特性が見られた。このときの移動度は、μ=4.14×10−4cm/Vsであった。Further, in FIG. 6, V D = + during 60V, it shows the V G -I D characteristic. When a positive voltage is applied to V G, once the I D is decreased, it has increased I D, characteristics of the n-channel type was observed. The mobility at this time was μ = 4.14 × 10 −4 cm 2 / Vs.

また、図7に、種々のVにおける、V−I特性を示す。
このように、pチャネル型、nチャネル型双方の特性が確認され、アンバイポーラ特性を有する有機薄膜トランジスタであることが確認された。
Further, in FIG. 7, in the various V G, it shows a V D -I D characteristic.
Thus, both p-channel and n-channel characteristics were confirmed, and it was confirmed that the organic thin film transistor had ambipolar characteristics.

(実施例2)
〔本発明の絶縁膜材料を用いた有機薄膜トランジスタの作製2〕
ゲート絶縁膜材料として、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(2.08g、エポキシ等量205、大日本インキ化学工業株式会社製、製品名EPICLON)、シリル化フェノール樹脂(1.45g、水酸基等量145、ビスフェノールF型エポキシ樹脂と、ジフェニルジメトキシシランを反応させて合成)、2−エチル−4−メチルイミダゾール(3.2mg)及びアニソール(18.3mL)からなる混合物を用いた以外、実施例1と同様にして有機薄膜トランジスタを作製した。なお、混合物中の加水分解性塩素含有量を、硝酸銀水溶液を用いた滴定法により求めたところ、1000ppm以下であった。
(Example 2)
[Production of Organic Thin Film Transistor Using Insulating Film Material of the Present Invention 2]
As gate insulating film materials, phenol novolac type epoxy resin (2.08 g, epoxy equivalent 205, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, product name EPICLON), silylated phenol resin (1.45 g, hydroxyl group equivalent 145, bisphenol) F-type epoxy resin and diphenyldimethoxysilane were reacted with each other), and a mixture consisting of 2-ethyl-4-methylimidazole (3.2 mg) and anisole (18.3 mL) was used in the same manner as in Example 1. Thus, an organic thin film transistor was produced. In addition, it was 1000 ppm or less when the hydrolysable chlorine content in a mixture was calculated | required by the titration method using silver nitrate aqueous solution.

図8に、ドレイン電圧(V)が−20Vの際の、ゲート電圧(V)−ドレイン電流(I)特性を示す。Vに負電圧を印加すると、|I|が増加する、pチャネル型の特性が見られた。また、図9に、種々のVにおける、V−I特性を示す。FIG. 8 shows the gate voltage (V G ) -drain current (I D ) characteristics when the drain voltage (V D ) is −20V. When a negative voltage is applied to the V G, | I D | is increased, the characteristics of the p-channel type was observed. Further, in FIG. 9, in the various V G, it shows a V D -I D characteristic.

さらに、図10に、V=+50Vの際の、V−I特性を示す。Vに正電圧を印加すると、一旦Iが減少した後、Iが増加しており、nチャネル型の特性が見られた。
また、図11に、種々のVにおける、V−I特性を示す。
このように、pチャネル型、nチャネル型双方の特性が確認され、アンバイポーラ特性を有する有機薄膜トランジスタであることが確認された。
Further, in FIG. 10, when the V D = + 50 V, shows the V G -I D characteristic. When a positive voltage is applied to V G, once the I D is decreased, it has increased I D, characteristics of the n-channel type was observed.
Further, in FIG. 11, in the various V G, it shows a V D -I D characteristic.
Thus, both p-channel and n-channel characteristics were confirmed, and it was confirmed that the organic thin film transistor had ambipolar characteristics.

(比較例1)
〔ポリイミドをゲート絶縁膜に用いた有機薄膜トランジスタの作製1〕
ゲート絶縁膜としてポリイミドを用いた以外、実施例1と同様に有機薄膜トランジスタを作製し、電圧−電流特性を測定した。図12に、ドレイン電圧(V)が−20Vの際の、ゲート電圧(V)−ドレイン電流(I)特性を示す。Vに負電圧を印加すると、|I|が増加する、pチャネル型の特性が見られた。また、図13に、種々のVにおける、V−I特性を示す。
(Comparative Example 1)
[Production of organic thin film transistor using polyimide as gate insulating film 1]
An organic thin film transistor was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyimide was used as the gate insulating film, and voltage-current characteristics were measured. FIG. 12 shows a gate voltage (V G ) -drain current (I D ) characteristic when the drain voltage (V D ) is −20V. When a negative voltage is applied to the V G, | I D | is increased, the characteristics of the p-channel type was observed. Further, in FIG. 13, in the various V G, it shows a V D -I D characteristic.

図14に、V=+50Vの際の、V−I特性を示す。Vに正電圧を印加すると、Iが減少するが、再び増加しなかった。
また、図15に、種々のVにおける、V−I特性を示すが、やはりIが正となって増加することはなかった。nチャネル型の特性は見られず、アンバイポーラ特性は確認されなかった。
Figure 14, V D = + during 50 V, shows the V G -I D characteristic. When a positive voltage is applied to V G, although I D decreases, it did not increase again.
Further, in FIG. 15, in the various V G, show V D -I D characteristic, never increases again becomes I D is positive. N-channel type characteristics were not observed, and ambipolar characteristics were not confirmed.

(実施例3)
〔本発明の絶縁膜材料を用いた有機薄膜トランジスタの作製3〕
nドープされたSiウエハを基板及びゲート電極として用いた。以後の作業は全て窒素ガスを導入したグローブボックス中で行った。
(Example 3)
[Production of Organic Thin Film Transistor Using Insulating Film Material of the Present Invention 3]
An n-doped Si wafer was used as the substrate and gate electrode. All subsequent work was performed in a glove box into which nitrogen gas was introduced.

前記基板上に、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(2.08g、エポキシ等量205、大日本インキ化学工業株式会社製、製品名EPICLON)、ビスフェノールAノボラック(1.14g、水酸基等量118、大日本インキ化学工業株式会社製、製品名フェノライト)、2−エチル−4−メチルイミダゾール(3.2mg)及びアニソール(18.3mL)からなる混合物を、スピンコータにより、室温、3000min−1の条件で全面に塗布した。その後、基板をホットプレート上で、80℃で15分、130℃で60分、180℃で60分加熱し、混合物の重合反応を進行させ、ゲート絶縁膜を300nm形成した。なお、混合物中の加水分解性塩素含有量を、硝酸銀水溶液を用いた滴定法により求めたところ、1000ppm以下であった。On the substrate, phenol novolac type epoxy resin (2.08 g, epoxy equivalent 205, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, product name EPICLON), bisphenol A novolak (1.14 g, hydroxyl equivalent 118, Dainippon Ink A mixture consisting of Chemical Industry Co., Ltd., product name Phenolite), 2-ethyl-4-methylimidazole (3.2 mg) and anisole (18.3 mL) was applied to the entire surface with a spin coater at room temperature and 3000 min −1. Applied. Thereafter, the substrate was heated on a hot plate at 80 ° C. for 15 minutes, 130 ° C. for 60 minutes, and 180 ° C. for 60 minutes to advance the polymerization reaction of the mixture to form a gate insulating film of 300 nm. In addition, it was 1000 ppm or less when the hydrolysable chlorine content in a mixture was calculated | required by the titration method using silver nitrate aqueous solution.

次いで、ゲート絶縁膜上に、フルオレン−ベンゾチアジアゾール共重合体のトルエン溶液(濃度1.0wt%)を、スピンコータにより、室温、3000min−1の条件で全面に塗布した後、ホットプレート上で、80℃で15分乾燥させ、有機半導体層を80nm形成した。Next, a toluene solution of fluorene-benzothiadiazole copolymer (concentration: 1.0 wt%) was applied on the entire surface of the gate insulating film with a spin coater under conditions of room temperature and 3000 min −1 , and then on a hot plate, 80 The organic semiconductor layer was formed at 80 nm by drying at a temperature of 15 minutes.

次いで、メタルマスクを介してAlを真空蒸着法により50nm成膜し、ソース電極及びドレイン電極を形成した。ゲート幅(W)は1mm、ゲート長(L)は50μmとした。実施例1と同様にして、電圧−電流特性を測定した。   Next, Al was deposited to a thickness of 50 nm by a vacuum vapor deposition method through a metal mask to form a source electrode and a drain electrode. The gate width (W) was 1 mm, and the gate length (L) was 50 μm. In the same manner as in Example 1, voltage-current characteristics were measured.

図16に、V=+30Vの際の、V−I特性を示す。Vに正電圧を印加すると、Iが増加する、nチャネル型の特性が見られた。移動度(μ)は、V−(I1/2特性から、式1を用いて算出し、μ=3.34×10−5cm/Vsであった。Figure 16, V D = + during 30 V, shows the V G -I D characteristic. When a positive voltage is applied to V G, I D increases, the characteristics of the n-channel type was observed. The mobility (μ) was calculated from the V G- (I D ) 1/2 characteristic using Equation 1, and was μ = 3.34 × 10 −5 cm 2 / Vs.

(比較例2)
〔ポリイミドをゲート絶縁膜に用いた有機薄膜トランジスタの作製2〕
ゲート絶縁膜としてポリイミドを用いた以外、実施例3と同様に有機薄膜トランジスタを作製し、電圧−電流特性を測定した。しかし、トランジスタとしての動作は確認できなかった。
(Comparative Example 2)
[Production of organic thin film transistor using polyimide as gate insulating film 2]
An organic thin film transistor was prepared in the same manner as in Example 3 except that polyimide was used as the gate insulating film, and voltage-current characteristics were measured. However, the operation as a transistor could not be confirmed.

(実施例4)
〔本発明の絶縁膜材料を用いた有機薄膜トランジスタの作製4〕
nドープされたSiウエハを基板及びゲート電極として用いた。以後の作業は全て窒素ガスを導入したグローブボックス中で行った。
Example 4
[Fabrication of Organic Thin Film Transistor Using Insulating Film Material of the Present Invention 4]
An n-doped Si wafer was used as the substrate and gate electrode. All subsequent work was performed in a glove box into which nitrogen gas was introduced.

前記、ゲート電極を形成した基板上に、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(2.08g、エポキシ等量205、大日本インキ化学工業株式会社製、製品名EPICLON)、ビスフェノールAノボラック(1.14g、水酸基等量118、大日本インキ化学工業株式会社製、製品名フェノライト)、2−エチル−4−メチルイミダゾール(3.2mg)及びアニソール(18.3mL)からなる混合物を、スピンコータにより、室温、3000min−1の条件で全面に塗布した。その後、ホットプレート上で、80℃で15分、130℃で60分、180℃で60分加熱し、混合物の重合反応を進行させ、ゲート絶縁膜を300nm形成した。なお、混合物中の加水分解性塩素含有量を、硝酸銀水溶液を用いた滴定法により求めたところ、1000ppm以下であった。On the substrate on which the gate electrode is formed, a phenol novolac type epoxy resin (2.08 g, epoxy equivalent 205, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, product name EPICLON), bisphenol A novolak (1.14 g, hydroxyl group, etc.) 118, Dainippon Ink & Chemicals, product name Phenolite), 2-ethyl-4-methylimidazole (3.2 mg) and anisole (18.3 mL) were mixed at room temperature, 3000 min with a spin coater. The coating was applied to the entire surface under the condition of 1 . Then, it heated at 80 degreeC for 15 minutes, 130 degreeC for 60 minutes, and 180 degreeC for 60 minutes on the hotplate, the polymerization reaction of the mixture was advanced, and 300 nm of gate insulating films were formed. In addition, it was 1000 ppm or less when the hydrolysable chlorine content in a mixture was calculated | required by the titration method using silver nitrate aqueous solution.

次いで、ゲート絶縁膜上に、有機半導体の前駆体として、「S.Ito,N.Ochi,T.Murashima,H.Uno,N.Ono,Heterocycles,52,399−411(2000)」に準じて合成した一般式(1)のクロロホルム溶液(0.4重量%)を3000min−1でスピンコートした。その後、基板を170℃で30分、200℃で30分加熱することで一般式(2)に変換し、有機半導体層を形成した。Next, according to “S. Ito, N. Ochi, T. Murashima, H. Uno, N. Ono, Heterocycles, 52, 399-411 (2000)” as an organic semiconductor precursor on the gate insulating film. The synthesized chloroform solution (0.4 wt%) of the general formula (1) was spin-coated at 3000 min −1 . Thereafter, the substrate was heated at 170 ° C. for 30 minutes and at 200 ° C. for 30 minutes to convert to the general formula (2), thereby forming an organic semiconductor layer.

次いで、メタルマスクを介してAuを真空蒸着法により30nm成膜し、ソース電極及びドレイン電極を形成した。ゲート幅(W)は1mm、ゲート長(L)は50μmとした。このようにして作製した有機薄膜トランジスタの電圧−電流特性を、実施例1と同様にして測定した。   Next, Au was deposited in a thickness of 30 nm by a vacuum deposition method through a metal mask to form a source electrode and a drain electrode. The gate width (W) was 1 mm, and the gate length (L) was 50 μm. The voltage-current characteristics of the organic thin film transistor thus produced were measured in the same manner as in Example 1.

図17に、V=−40Vの際の、V−I特性を示す。Vに負電圧を印加すると、|I|が増加する、pチャネル型の特性が見られた。
また、図18に、種々のVにおける、V−I特性を示す。
17, when the V D = -40 V, shows the V G -I D characteristic. When a negative voltage is applied to the V G, | I D | is increased, the characteristics of the p-channel type was observed.
Further, in FIG. 18, in the various V G, it shows a V D -I D characteristic.

さらに、図19に、V=+60Vの際の、V−I特性を示す。Vに正電圧を印加すると、一旦Iが減少した後、Iが増加しており、nチャネル型の特性が見られた。
また、図20に、種々のVにおける、V−I特性を示す。
このように、pチャネル型、nチャネル型双方の特性が確認され、アンバイポーラ特性を有する有機薄膜トランジスタであることが確認された。
Further, in FIG. 19, V D = + during 60V, shows the V G -I D characteristic. When a positive voltage is applied to V G, once the I D is decreased, it has increased I D, characteristics of the n-channel type was observed.
Further, in FIG. 20, in the various V G, it shows a V D -I D characteristic.
Thus, both p-channel and n-channel characteristics were confirmed, and it was confirmed that the organic thin film transistor had ambipolar characteristics.

Figure 2008096850
Figure 2008096850

Figure 2008096850
Figure 2008096850

(実施例5)
〔本発明の絶縁膜材料を用いた有機薄膜トランジスタの作製5〕
ゲート絶縁膜材料として、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(2.08g、エポキシ等量205、大日本インキ化学工業株式会社製、製品名EPICLON)、シリル化フェノール樹脂(1.45g、水酸基等量145、ビスフェノールF型エポキシ樹脂と、ジフェニルジメトキシシランを反応させて合成)、2−エチル−4−メチルイミダゾール(3.2mg)及びアニソール(18.3mL)からなる混合物を用いた以外、実施例4と同様にして有機薄膜トランジスタを作製し、電圧−電流特性を測定した。なお、混合物中の加水分解性塩素含有量を、硝酸銀水溶液を用いた滴定法により求めたところ、1000ppm以下であった。
(Example 5)
[Fabrication of Organic Thin Film Transistor 5 Using Insulating Film Material of the Present Invention]
As gate insulating film materials, phenol novolac type epoxy resin (2.08 g, epoxy equivalent 205, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, product name EPICLON), silylated phenol resin (1.45 g, hydroxyl group equivalent 145, bisphenol) F-type epoxy resin and diphenyldimethoxysilane were reacted with each other), and a mixture consisting of 2-ethyl-4-methylimidazole (3.2 mg) and anisole (18.3 mL) was used in the same manner as in Example 4. An organic thin film transistor was prepared, and voltage-current characteristics were measured. In addition, it was 1000 ppm or less when the hydrolysable chlorine content in a mixture was calculated | required by the titration method using silver nitrate aqueous solution.

図21に、V=−40Vの際の、V−I特性を示す。Vに負電圧を印加すると、|I|が増加する、pチャネル型の特性が見られた。
また、図22に、種々のVにおける、V−I特性を示す。
21, when the V D = -40 V, shows the V G -I D characteristic. When a negative voltage is applied to the V G, | I D | is increased, the characteristics of the p-channel type was observed.
Further, in FIG. 22, in the various V G, it shows a V D -I D characteristic.

さらに、図23に、V=+40Vの際の、V−I特性を示す。Vに正電圧を印加すると、一旦Iが減少した後、Iが増加しており、nチャネル型の特性が見られた。
また、図24に、種々のVにおける、V−I特性を示す。
このように、p型、n型双方の特性が確認され、アンバイポーラ特性を有する有機薄膜トランジスタであることが確認された。
Further, in FIG. 23, when the V D = + 40V, shows the V G -I D characteristic. When a positive voltage is applied to V G, once the I D is decreased, it has increased I D, characteristics of the n-channel type was observed.
Further, in FIG. 24, in the various V G, it shows a V D -I D characteristic.
Thus, both p-type and n-type characteristics were confirmed, and it was confirmed that the organic thin film transistor had ambipolar characteristics.

(比較例3)
〔SiOをゲート絶縁膜とした有機薄膜トランジスタの作製〕
ゲート絶縁膜として、SiO(膜厚100nm)を用いた以外、実施例4と同様にして有機薄膜トランジスタを作製し、電圧−電流特性を測定した。pチャネル型の特性は見られたが、nチャネル型の特性は見られず、アンバイポーラ特性は有していなかった。
(Comparative Example 3)
[Preparation of organic thin film transistor using SiO 2 as gate insulating film]
An organic thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 4 except that SiO 2 (film thickness 100 nm) was used as the gate insulating film, and voltage-current characteristics were measured. Although p-channel type characteristics were observed, no n-channel type characteristics were observed, and no ambipolar characteristics were observed.

Claims (9)

分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を含有してなる有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料。   An insulating film material for an organic thin film transistor comprising a compound having two or more epoxy groups in the molecule. 分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を含有してなるnチャネル型又はアンバイポーラ型有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料。   An insulating film material for an n-channel or ambipolar organic thin film transistor comprising a compound having two or more epoxy groups in the molecule. 硬化後の加水分解性塩素含有量が、1000ppm以下である請求項1又は請求項2記載の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料。   The insulating film material for an organic thin film transistor according to claim 1 or 2, wherein a hydrolyzable chlorine content after curing is 1000 ppm or less. 分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物のエポキシ当量が、10000以下である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料。   The insulating film material for an organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 3, wherein an epoxy equivalent of a compound having two or more epoxy groups in a molecule is 10,000 or less. 分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物が、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、及びビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂からなる群より選択されるいずれか1つ以上を含む請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料。   The compound having two or more epoxy groups in the molecule is any one or more selected from the group consisting of bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, and bisphenol A novolak type epoxy resin. The insulating film material for organic thin-film transistors in any one of Claims 1 thru | or 4 containing these. さらに、フェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、及びシリル化フェノール樹脂からなる群より選択されるいずれか1つ以上を含有してなる請求項5記載の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料。   Furthermore, the insulating film material for organic thin-film transistors of Claim 5 containing any one or more selected from the group which consists of a phenol novolak resin, a bisphenol novolak resin, and a silylated phenol resin. 少なくとも、基板、有機半導体層、ゲート絶縁膜、及び導電体を備えた有機薄膜トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜が、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料を用いて形成される有機薄膜トランジスタ。   An organic thin film transistor comprising at least a substrate, an organic semiconductor layer, a gate insulating film, and a conductor, wherein the gate insulating film comprises the organic thin film transistor insulating film material according to any one of claims 1 to 6. Organic thin film transistor formed by using. nチャネル型である請求項7記載の有機薄膜トランジスタ。   8. The organic thin film transistor according to claim 7, which is an n-channel type. アンバイポーラ型である請求項7記載の有機薄膜トランジスタ。   The organic thin film transistor according to claim 7, which is an ambipolar type.
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