KR100943362B1 - 유기반도체 구조물, 그 제조방법 및, 유기반도체 장치 - Google Patents

유기반도체 구조물, 그 제조방법 및, 유기반도체 장치 Download PDF

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Abstract

큰 면적에서 균일하고, 또한 높은 전하이동 특성을 가지는 유기반도체층을 형성하여 되는 유기반도체 구조물, 그 제조방법 및, 유기반도체 장치를 제공한다. 적어도 일부에, 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 가지는 유기반도체 구조물에 있어서, 상기 액정성 유기반도체 재료가, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 유기화합물로부터 되고, 열분해 온도 이하의 온도에서 적어도 1 종류의 액정상태를 가지는 유기반도체 구조물로 한다.

Description

유기반도체 구조물, 그 제조방법 및, 유기반도체 장치{ORGANIC SEMICONDUCTOR STRUCTURE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 액정성 유기반도체 재료를 이용해 유기반도체층을 형성하여 이루어지는 유기반도체 구조물, 그 제조방법 및, 유기반도체 장치에 관한 것이다.
유기반도체 장치 구성소자의 대표적인 것으로서, 유기반도체를 활성층(이하, 유기반도체층이라고 한다.)에 이용한 박막 트랜지스터(유기 TFT라고도 한다.)를 들 수 있다.
이러한 박막 트랜지스터에서, 유기반도체층은 펜타센(pentacene)으로 대표되는 분자성 결정을 진공제막(製膜)하여 형성되어 있다. 진공제막에 의한 유기반도체층의 형성방법에는 제막조건의 최적화에 의해 1cm2/V·s를 넘는 높은 전하이동도의 유기반도체층이 얻어진다고 보고되어 있다(Y.-Y. Lin, D. J. Gundlach, S. Nelson, T. N. Jackson에 의한 "Stacked Pentacene Layer Organic Thin-Film Transistors with Improved Characteristics", IEEE Electron Device Lett. 18,606 (1997).). 그러나, 상술한 진공제막에 의해 형성된 유기반도체층은 일반적으로 미세결정이 집 합된 다결정 상태로 되어 많은 입계가 존재하기 쉽다는 점에서 흠결이 발생하기 쉽고, 그러한 입계나 흠결이 전하의 수송을 저해한다. 이 때문에, 유기반도체층을 진공제막에 의해 형성하는 경우에는, 유기반도체 장치의 구성소자인 유기반도체층을 충분히 넓은 면적에 걸쳐 균일한 성능으로 연속적으로 제작하는 것은 사실상 곤란했다.
한편, 높은 전하이동도를 나타내는 재료로서, 디스코틱(discotic) 액정이 알려져 있다(D.Adam, F.Closss, T.Frey, D.Funhoff, D.Haarer, H.Ringsdorf, P.Schunaher, K.Siemensmyer, Phys. Rev. Lett., 70, 457(1993)). 그러나, 디스코틱 액정은 원주형의 분자배향에 따라 일차원의 전하수송기구에 기초하여 전하의 수송이 행해지므로, 엄밀한 분자배향의 제어가 요구되어 공업적인 이용이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 이러한 디스코틱 액정을 유기반도체층의 구성재료로 사용한 박막 트랜지스터의 성공예는 아직 보고되어 있지 않다.
또한, 페닐벤조티아졸(phenylbenzothiazole) 유도체 등의 봉(棒)형태(로드(rod) 형태)의 액정성 재료도 액정상태에서 높은 전하이동도를 나타내는 것은 이미 보고되어 있다(M.Funahashi, J.Hanna, Jpn. J. Appl. Phys., 35, L703-L705(1996).). 그러나, 봉형태의 액정성 재료를 유기반도체층에 이용한 박막 트랜지스터의 성공예는 아직 보고되어 있지 않다. 또한, 봉형태의 액정성 재료는 몇 가지 타입의 액정상태를 갖고 있는데, 이러한 액정성 재료의 구조규칙성이 높아지는 것에 동반하여 전하의 이동도는 상승하는 경향이 있다. 그러나, 이러한 액정성 재료가 보다 구조규칙성이 높은 결정상태로 전이되면, 전하의 이동도가 역으로 저하 내지 관측되지 않고, 당연히 박막 트랜지스터의 성능을 발현하는 것은 아니었다.
또한, 분자분산계의 고분자 재료를 유기반도체 재료로서 사용하는 경우에는, 이러한 유기반도체 재료를 도포함으로써 대면적에 걸쳐 균일한 전하이동특성을 갖는 유기반도체층을 형성할 수 있다. 그러나, 형성된 유기반도체층은 전하의 이동도가 10-5~10-6cm2/V·s로 낮고, 게다가 온도 의존성이나 전기장 의존성이 있다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결한 것이고, 종래 곤란하다고 되어 있는 비교적 큰 면적에서 균일하게, 또한 높은 전하이동특성을 갖는 유기반도체층을 형성하여 이루어지는 유기반도체 구조물, 그 제조방법 및 유기반도체 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 유기반도체 구조물은, 적어도 일부에 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 가지는 유기반도체 구조물에 있어서, 상기 액정성 유기반도체 재료가, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 유기화합물로부터 되고, 열분해 온도 이하의 온도에서 적어도 1 종류의 액정상태를 가진다.
또한, 본 발명의 다른 태양으로서의 유기반도체 구조물은, 적어도 일부에 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 가지는 유기반도체 구조물에 있어서, 상기 액정성 유기반도체 재료가, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 유기화합물로부터 되고, 열분해 온도 이하의 온도에서 적어도 스메틱 액정상 상태에 있다.
더욱이, 본 발명의 다른 태양으로서의 유기반도체 구조물은, 적어도 일부에 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 가지는 유기반도체 구조물에 있어서, 상기 액정성 유기반도체 재료가, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 유기화합물로부터 되고, 양 말단에 액정성을 발현하는 터미널 그룹을 가진다.
본 발명의 태양으로서, 상기 유기반도체층이, 액정 상태로 되는 온도로 유지 된 후에 냉각됨으로써 적어도 일부가 배향결정화한 상기 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기반도체층이, 액정배향층과 접하는 상태로 형성되고, 이 접촉 형성에 의해 상기 액정성 유기반도체 재료가 특정 방향으로 이방성 배향하여 있는 것이 바람직하고, 특히 폴리이미드계 재료로부터 되는 액정배향층 상에 적층되어 배향하여 있는 것, 미소 요철을 표면에 가지는 경화성수지로부터 되는 액정배향층 상에 적층되어 배향하고 있는 것, 또는 미소 요철을 표면에 가지는 경화성 수지로부터 되는 기판상에 형성되어 있는 것 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 태양으로서, 유기반도체층과 액정배향층을 포함하여 되는 유기반도체 구조물에 있어서, 상기 유기반도체층이 열분해 온도 이하의 소정 온도에서 적어도 일 종류의 액정상태를 가지는 액정성 유기반도체 재료로부터 되고, 상기 액정배향층과 접하고 있는 것에 의해, 상기 액정성 유기반도체 재료의 적어도 일부가 배향결정화하고 있다.
상기 본 발명의 유기반도체 구조물에 의하면, 유기반도체층은 단부(양측 단부 또는 한쪽 편 단부)에 액정성을 발현하는 말단 구조(터미널 그룹이라고도 한다.)를 가지는 액정성 유기반도체 재료로 형성되고 있으므로, 그 액정성 유기반도체 재료의 자체 조직화에 의해 자발적으로 분자성 배향이 실현되어 결정과 같은 배향성을 갖고 있다. 그 결과, 분자 결정과 같이 뛰어난 전하수송 특성을 발현할 수 있다. 또, 고차의 스멕틱 액정상을 가지는 액정성 유기반도체 재료를 이용했을 경우에는, 지극히 높은 결정성을 가진 유기반도체층을 형성할 수 있다. 게다가 액정 상 태를 가지는 유기반도체 재료는 액정상태를 유지하는 온도에서 유동성을 가지므로, 그 액정상태로 도포하고, 그 후 상술한 결정상태로 할 수 있다. 그 결과, 전하이동 특성이 균일해 대면적의 유기반도체층을 형성할 수 있다.
더욱이, 액정성 유기반도체 재료로 형성된 유기반도체층은 분자배향 질서에 의해 높은 결정성을 가져, 분자간 거리가 지극히 작아지므로, 호핑 전도에 의한 뛰어난 전하 이동 특성을 나타낼 수가 있다. 또, 액정성 유기반도체 재료를 배향하는 수단을 적당히 선택하는 것으로써, 액정성 분자를 특정의 방면 또는 방향으로 배향하도록 형성할 수 있으므로, 배향하는 방면 또는 방향에 따른 특유의 기능성이나 전기특성을 발현시킬 수 있다.
본 발명의 다른 태양으로서, 유기반도체 구조물의 제조방법은, 액정성 유기반도체 재료의 액정 발현온도를 경유 또는 유지함으로써, 일단 상기 액정성 유기반도체 재료를 액정 상태로 하는 공정과,액정 상태의 상기 액정성 유기반도체 재료를 냉각함으로써, 상기 액정성 유기반도체 재료를 배향결정화하는 공정을 구비하여 이루어진다.
본 발명에 의하면, 액정성 유기반도체 재료는 액정 상태를 유지하는 온도에서 유동성을 가지는 액정성의 재료이므로, 그 액정성 유기반도체 재료를 피형성면에 도포하거나, 액정성 유기반도체 재료를 피형성면에 증착등에 의해 형성한 후에 액정 상태로 하는 것이 용이하다. 그리고, 그 액정 상태의 유기 반도체 재료를 서랭해 결정 상태의 유기 반도체층을 형성하는 것으로써, 전하 이동 특성이 균일해 대면적의 유기반도체층을 결함 없게 형성할 수 있다. 이렇게 해 형성된 유기반도체 층은 액정성 유기반도체 재료의 자체 조직화에 의해 자발적으로 분자성 배향이 실현되어 결정과 같은 배향성을 가지고 형성되므로, 분자결정과 같은 뛰어난 전하수송 특성을 나타낼 수가 있다.
본 발명의 다른 태양인 유기반도체 장치는, 기판, 게이트 전극, 게이트 절연층, 유기 반도체층, 드레인 전극 및, 소스 전극을 포함하여 되는 유기반도체 장치에 있어서, 상기 액정성 유기반도체층이, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 액정성 유기반도체 재료로부터 된다. 본 발명의 유기반도체 장치에 있어서는, 액정성 유기반도체 재료의 배향 방향을 소정 수단에 의해 특정하면, 배향 방향에 따른 특유의 기능성이나 전기 특성을 발현시킬 수가 있다. 액정성 유기반도체 재료의 배향은 유기반도체 재료를 형성하는 면(피형성면이라고 한다. 예를 들면, 게이트 절연층의 표면 등.)에 배향막을 형성하거나 배향 처리를 가하거나 혹은, 배향 처리를 가한 층과 접하는 형태로 하는 것에 의해 실시할 수 있다.
상기 본 발명의 유기반도체 장치에서, 액정성 유기반도체 재료 중의 유기반도체 분자가 게이트 절연층 위에 형성된 드레인 전극과 소스 전극의 막두께 방향으로 직교하고, 드레인 전극과 소스 전극간에 횡렬하도록 배향하고 있는 것이 바람직하다. 또, 액정성 유기반도체 재료중의 유기반도체 분자가 게이트 절연층 위에 형 성된 드레인 전극과 소스 전극의 막두께 방향으로 평행학 배향하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 발명에 의하면, 액정성 유기반도체 재료 중의 액정성 분자를 특정의 방면 또는 방향으로 배향하도록 형성할 수 있고, 배향하는 방면 또는 방향에 따라 특유의 기능성이나 전기 특성을 발현시킬 수가 있다.
또한, 상술한 유기반도체 장치에 있어서, 상기 유기반도체 재료가, 열분해 온도 이하의 소정 온도에서 스멕틱 액정성을 가지고, 전하이동도가 10-5 cm2/V·s 이상, 또는 정공수송이동도가 10-5 cm2/V·s 이상인 것이 바람직하다.
도 1은 유기반도체 재료를 배향처리를 하지 않은 기판상에 형성하여 이루어지는 유기반도체층의 광도전성의 측정결과이다.
도 2는 유기반도체 재료를 배향처리를 한 기판상에 형성하여 이루어지는 유기반도체층의 광도전성의 측정결과이다.
도 3은 본 발명의 유기반도체 장치의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 유기반도체 장치의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
1. 유기반도체 구조물 및 그 제조방법
본 발명의 유기반도체 구조물은 적어도 일부에, 배향한 액정성 유기반도체 재료(이하, 단순히 「유기반도체 재료」라고 한다.)로부터 이루어지는 유기반도체 층을 갖는 것이다. 또한, 본 발명의 유기반도체 구조물의 제조방법은 유기반도체층을 형성하는 액정성 유기반도체 재료를 액정상태로 되는 온도로 유지한 후에 냉각하여 결정상태로 하는 것이다. 이하에, 유기반도체 구조물의 각 구성의 내용 및, 유기반도체 구조물의 제조방법에 관해 구체적으로 설명한다.
유기반도체층
유기반도체층은 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 이루어지는 것이다. 이러한 유기반도체층은 액정상에서 분자배향을 일치시키기 위한 배향층의 위, 그 목적으로 배향처리된 기초의 위, 또는 전극 및 배향능력을 갖는 층에 접하는 형태로 형성된다. 이러한 전극 및 배향능력을 갖는 층으로서 유기반도체층의 형성에 연이어 형성되는 층이어도 된다.
유기반도체 재료로서는 L 개의 6π 전자계환(electron ring), M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, O 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환을 골격구조의 일부(이것을 「코어(core)」라고도 한다.)에 갖고, 그 골격구조의 단부에 액정성을 발현하는 말단구조(이것을 「터미널 그룹(terminal group)」이라고도 한다.)를 갖는 유기화합물로부터 이루어지는 것이 바람직하다. 이들의 구조를 가짐으로써 자기조직화에 의한 높은 전하수송 특성을 발현한다고 하는 특징을 갖는 유기반도체층을 형성할 수 있다. 이와 같은 분자구조의 재료 중, 열분해 온도 이하의 온도에서 적어도 1종류의 액정상태를 갖는 것이 적용된다. 또한, 이러한 유기반도체 재료를 구성하는 각 π 전자환의 L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U,V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6이다.
이러한 액정성의 유기반도체 재료에서, 6π 전자계환으로서는, 예컨대 벤젠환, 푸란(furan)환, 티오펜(thiophene)환, 피롤(pyrrole)환, 2H-피란(pyran)환, 4H-티오피란(thiopyran)환, 피리딘(pyridine)환, 옥사졸(oxazole)환, 이소옥사졸(isoxazole)환, 티아졸(thiazole)환, 이소티아졸(isothiazole)환, 푸라잔(furazane)환, 이미다졸(imidazole)환, 피라졸(pyrazole)환, 피라진(pyrazine)환, 피리미딘(pyrimidine)환, 피리다진(pyridazine)환을 들 수 있고, 8π 전자계환으로서는, 예컨대 펜타렌(pentalene)환, 인딘(indene)환, 인돌리진(indolizine)환, 4H-퀴놀리진(quinolizine)환을 들 수 있고, 10π 전자계환으로서는, 예컨대 나프탈렌(naphthalene)환, 아즈렌(azulene)환, 벤조푸란(benzofuran)환, 이소벤조푸란(isobenzofuran)환, 1-벤조티오펜(benzothiophene)환, 2-벤조티오펜(benzothiophene)환, 인돌(indole)환, 이소인돌(isoindole)환, 2H-크로멘(chromene)환, 1H-2-벤조피란(benzopyrane), 퀴놀린(quinoline)환, 이소퀴놀린(isoquinoline)환, 1,8-나프티리딘(naphthyridine)환, 벤지미다졸(benzimidazole)환, 1H-인다졸(indazole), 벤조사졸(benzoxazole)환, 벤조티아졸(benzothiazole)환, 퀴노살린(quinoxaline)환, 퀴나졸린(quinazoline)환, 시놀린(cinnoline)환, 프테리딘(pteridine)환, 푸린(purine)환, 프타라진(phthalazine)환을 들 수 있고, 12π 전자계환으로서는, 예컨대 헵타렌(heptalene)환, 바이페닐렌(biphenylene)환, as-인다센(indacene)환, s-인다센(indacene)환, 아세나프틸렌(acenaphthylene)환, 플루오린(fluorene)환, 페나렌(phenalene)환을 들 수 있고, 14π 전자계환으로서는, 예컨대 피난티렌(phenanthrene)환, 안트라센(anthracene)환, 카바졸(carbazole)환, 산틴(xanthene)환, 아크리딘(acridine)환, 피난트리딘(phenanthridine)환, 페리니딘(perinidine)환, 1,10-페난트롤린(phenanthroline)환, 페나진(phenazine)환, 페나사진(phenarsazine)환, 테트라티아풀바렌(tetrathiafulvalene)환을 들 수 있고, 16π 전자계환으로서는, 예컨대 플루오란틴(fluoranthene)환, 아세피난트리렌(acephenanthrylene)환, 아세안트리렌(aceanthrylene)환, 피린(pyrene)환, 티안트린(thianthrene)환, 페노사틴(phenoxathiine)환, 페노사진(phenoxazine)환, 페노티아진(phenothiazine)환을 들 수 있고, 18π 전자계환으로서는, 예컨대 트리페닐렌(triphenylene)환, 크리센(chrysene)환, 나프타센(naphthacene)환, 프레이아딘(pleiadene)환을 들 수 있고, 20π 전자계환으로서는, 예컨대 페릴렌(perylene)환을 들 수 있고, 22π 전자계환으로서는, 예컨대 피센(picene)환, 펜타펜(pentaphene)환, 펜타센(pentacene)환을 들 수 있고, 24π 전자계환으로서는, 예컨대 테트라페닐렌(tetraphenylene)환, 코로넨(coronene)환을 들 수 있고, 26π 전자계환으로서는, 예컨대 헥사펜(hexaphene)환, 헥사센(hexacene)환, 루비센(rubicene)환을 들 수 있다.
이들의 방향환을 구조의 일부로 갖는 골격구조로서는, 예컨대 하기 화학식 1~34에 나타낸 바와 같은 구조를 들 수 있다.
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다만, 상기 식 중의 R1 및 R2는 이하에 나타낸 말단구조를 나타내고, R3는 트리플루오로메틸(trifluoromethyl)기, 알킬(alkyl)기, 니트로(nitro)기, 할로겐(halogen) 원자 또는 수소(hydrogen)원자를 나타내고, 모두가 같아도 되고, 또는 달라도 된다. 또한, X는 CH 또는 N을 나타내고, Y는 S 또는 O를 나타낸다.
R1 및 R2의 말단구조의 구체예로서는, 강직한 골격구조의 편단에, H(수소원자), 할로겐 원자, 시안기, 니트로기, 하이드록실기 등의 등의 어느 것이든지를 갖고, 다른 일단에 치환 혹은 무치환 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환 알킬티오기, 또는 치환 혹은 무치환 알콕실(alkoxyl)기, 또는 치환 혹은 무치환 알콕시카르보닐(alkoxycarbonyl)기, 또는 치환 혹은 무치환 알킬카르보닐기를 갖는 것을 들 수 있다. 이 경우에서의 치환기의 예로서는, 할로겐 원자, 시아노기, 술포기, 알콕시카르보닐기, 알콕시기, 히드록시기, 아릴옥시(aryloxy)기, 아실록시(acyloxy)기, 아릴(aryl)기, 아실(acyl)기 등을 들 수 있다.
또한, 양 말단에, 치환 혹은 무치환 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환 알킬티오기, 또는 치환 혹은 무치환 알콕실기, 또는 치환 혹은 무치환 알콕시카르보닐기, 또는 치환 혹은 무치환 알킬카르보닐기를 갖는 것을 들 수 있다. 이 경우에서의 치 환기의 예로서는, 할로겐 원자, 시아노기, 술포기, 알콕시카르보닐기, 알콕시기, 히드록시기, 아릴옥시기, 아실록시기, 아릴기, 아실기등의 구조를 갖는 것을 들 수 있다.
이러한 유기반도체 재료는 열분해 온도 이하의 온도에서 적어도 1 종류의 액정 상태를 갖고 있다. 또한, 「열분해 온도 이하의 온도에서」란 유기반도체 재료가 그 자체로 열분해되지 않는 상태를 의미하는 것이다. 열분해 온도는 적용되는 유기반도체 재료 각각에 의해 다르다. 또, 「적어도 1 종류의 액정 상태」란 복수의 액정 상태를 가지는 유기반도체 재료나, 액정 상태가 아닌 부분을 가지는 유기반도체 재료를 적용한 경우에도 최저 1 종류의 액정 상태를 가지는 것이 사용된다고 하는 의미이다. 예컨대, 후술하는 스멕틱(smectic; 이하, Sm 이라고도 한다.) 액정에 대해서는, SmA 상(相), SmB 상, SmC 상, SmD상,… 등의 복수 종류의 액정 상태를 가져, 그 중 적어도 1 종류의 액정 상태를 가지는 것이다.
이러한 유기반도체 재료의 구체적인 예로서, 이상에서 든 것 보다 그 전하이동 특성이나 제조되는 유기반도체 구조물에 요구되는 특성을 고려해, 본 발명의 유기반도체 구조물에 채용되는 유기반도체 재료가 선정된다. 선정기준으로 되는 특성으로서는 전하이동도 10-5 cm2/V·s 이상인 것을 들 수 있다.
상술한 각종의 유기반도체 재료 가운데, 스멕틱 액정상을 가지는 재료인 것이 바람직하다. 액정은 자기조직작용을 가지는 재료이며, 특히 스멕틱 액정에 대해서는 자발적으로 분자 배향이 실현되어 결정과 같은 높은 배향질서를 가지고 형성 된다. 스멕틱 액정성을 가지는 것으로 형성한 유기반도체층은 분자 결정과 같은 뛰어난 전하수송 특성을 나타낼 수 있다. 더욱이, 고차의 스멕틱 액정으로 형성된 유기반도체층일수록 분자가 질서적으로 배향해 결정과 같은 높은 배향성을 나타내므로, 분자간 거리가 지극히 작아져 호핑(hopping) 전도에 의한 뛰어난 전하이동 특성을 나타낼 수 있다고 하는 현저한 효과를 갖고 있다.
스멕틱 액정의 구체적인 예로서는, 페닐나프탈렌 골격을 가지는 아래와 같은 화학식 35 로 표시되는 액정성 유기반도체 재료를 예시할 수 있다.
Figure 112004034656912-pct00035
이러한 화합물은, 54 ℃ 이하에서 결정 상태가 된다. 그 때문에, 이러한 화합물을 액정상을 유지 또는 경유할 수 있는 온도인 55~128 ℃의 온도로 유지하고, 그 후 O.1~1.0 ℃/분의 속도로 서서히 냉각해 54 ℃ 이하로 한다. 그 결과, 이러한 화합물을 양호한 배향 상태를 유지한 채로 결정 상태로 할 수 있다. 이와 같이 하여 형성된 유기반도체층은 전하이동도 10-5~5 X 10-2 cm2/V·s를 가져 전하수송 특성이 뛰어난 유기반도체층을 얻을 수 있다.
또, 페닐나프탈렌 골격을 가지는 아래와 같은 화학식 36으로 나타내어 지는 액정성 유기반도체 재료를 예시할 수도 있다.
Figure 112004034656912-pct00036
이러한 화합물은 79 ℃ 이하에서 결정 상태가 된다. 그 때문에, 이러한 화합물을 액정상을 유지 또는 경유할 수 있는 온도인 80~121 ℃의 온도로 하고, 그 후 O.1~1.0 ℃/분의 속도로 서서히 냉각해 79 ℃ 이하로 한다. 그 결과, 이러한 화합물을 양호한 배향 상태를 유지한 채로 결정 상태로 할 수 있다. 이렇게 형성한 유기반도체층은 전하이동도 10-5~5 x l0-2 cm2/V·s를 가져 전하수송 특성이 뛰어난 유기반도체층을 얻을 수 있다.
또, 타치오펜(terthiophene) 골격을 가지는 아래와 같은 화학식 37로 나타내어지는 액정성 유기반도체 재료를 예시할 수도 있다.
Figure 112004034656912-pct00037
이러한 화합물은 56 ℃ 이하에서 결정 상태가 된다. 그 때문에, 이러한 화합물을 액정상(SmF 상)을 유지 또는 경유할 수 있는 온도인 57~88 ℃의 온도로 하고, 그 후 0.1~1.0 ℃/분의 속도로 서서히 냉각해 56 ℃ 이하로 한다. 그 결과, 이러한 화합물을 양호한 배향 상태를 유지한 채로 결정 상태로 할 수 있다. 이렇게 형성한 유기반도체층은 전하이동도 10-5~5 X 10-2 cm2/V·s를 가져, 전하수송 특성이 뛰어난 유기반도체층을 얻을 수 있다.
또, 타치오펜 골격을 가지는 아래와 같은 화학식 38로 나타내어지는 액정성 유기반도체 재료를 예시할 수도 있다.
Figure 112004034656912-pct00038
이러한 화합물은 54 ℃ 이하에서 결정 상태가 된다. 그 때문에, 이러한 화합물을 액정상(SmB 상)을 유지 또는 경유할 수 있는 온도인 55~84 ℃의 온도로 하고, 그 후 0.1~1.0 ℃/분의 속도로 서서히 냉각해 54 ℃ 이하로 한다. 그 결과, 이러한 화합물을 양호한 배향 상태를 유지한 채로 결정 상태로 할 수 있다. 이렇게 형성한 유기반도체층은 전하이동도 10-6~5 X 10-3 cm2/V·s를 가져, 전하수송 특성이 뛰어난 유기반도체층을 얻을 수 있다.
또, 페닐벤조티아졸 골격을 가지는 아래와 같은 화학식 38로 나타내어지는 액정성 유기반도체 재료를 예시할 수도 있다.
Figure 112004034656912-pct00039
이러한 화합물은 90 ℃ 이하에서 결정 상태가 된다. 그 때문에, 이러한 화합물을 액정상(SmA 상)을 유지 또는 경유할 수 있는 온도인 91~100 ℃의 온도로 하고, 그 후 0.1~1.0 ℃/분의 속도로 서서히 냉각해 90 ℃ 이하로 한다. 그 결과, 이러한 화합물을 양호한 배향 상태를 유지한 채로 결정 상태로 할 수 있다. 이렇게 형성한 유기반도체층은 전하이동도 10-6~5 X 10-3 cm2/V·s를 가져, 전하수송 특성이 뛰어난 유기반도체층을 얻을 수 있다.
더욱이, 일본국 특허공개공보 평9-316442호 공보 및 미국 특허 제5,766,510 호에 기재되어 있는 재료로부터도 본 발명에 적합한 재료를 선택할 수 있다.
상기 액정성 유기반도체 재료의 특징으로서 전자 및 정공, 어느 쪽의 전하에 대해서도 수송하는 「양극성의 수송」이 가능한 것, 및 동일한 액정상 상태이면 그 전하이동도의 전기장 강도 및 온도에 대한 의존성이 적은 것을 들 수 있다.
본 발명의 유기반도체 구조물에 대해서는, 유기반도체층의 형성에 사용하는 액정성 유기반도체 재료의 종류에 따라, 그 액정성 유기반도체 재료가 결정상으로 되는 온도와 액정상을 유지 또는 경유할 수 있는 온도의 관계를 고려해 액정상을 유지 또는 경유할 수 있는 온도에서 유기반도체 재료를 형성하고, 그 후 O.1~1.0 ℃/분의 속도로 서서히 냉각해 결정상이 형성되는 온도 이하로 한다. 이 경우, 액정성 유기반도체 재료가 액정상을 유지 또는 경유할 수 있는 온도는 그 종류에 따라 다르지만, 본 발명에서는 각각의 유기반도체 재료의 열분해 온도 이하에서 적어도 1 종류의 액정 상태를 가지는 액정성 유기반도체 재료이면 된다.
서랭속도가 0.1 ℃/분 미만에서는, 소요시간이 길어지기 때문에 부적당하게 되고, 서랭속도가 1.0 ℃/분 넘으면, 결정상의 급격한 체적 수축에 의한 전하수송에 대한 구조 결함이 발생하는 결과가 되어 바람직하지 않다.
유기반도체 재료를 액정상(액정상태로부터 되는 상.)을 유지 또는 경유할 수 있는 온도에서 피형성면에 형성하는 방법으로서는, 유기반도체 재료를 액정 상태에서 피형성면에 도포하고, 그 후 서서히 냉각해 결정상태로 하는 방법이나, 유기반도체 재료를 증착(PVC 법 또는 CVD 법을 포함한다.)하여 피형성면에 형성하고, 그 후 액정상을 나타내는 온도로 가열하여 일단 액정상을 경유시킨 후에 서서히 냉각해 결정상태로 하는 방법 등을 들 수 있다. 특히, 상술한 유기반도체 재료는 액정상태를 유지하는 온도에서 유동성을 가지므로, 그 액정상태에서 도포하고, 그 후 서서히 냉각해 결정상태로 할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 전하이동 특성이 균일하고 또한 대면적의 유기반도체층을 지극히 용이하게 형성할 수 있다. 도포방법으로서는 각종의 도포방법 및 인쇄방법을 적용할 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 결정상 또는 결정상태란 액정성 유기반도체 재료가 액정-결정 상전이온도 이하의 응집 상태로 되어 있는 것을 말한다.
결정상태의 액정성 유기반도체 재료는, 후술한 배향수단에 의해 그 액정성분자가 일정한 방면 또는 방향으로 배향되므로, 액정성 분자가 분자결정과 같이 규칙적으로 올바르게 배열해 액정성분자의 분자간 거리의 평균치도 O.3~0.4 nm가 되어 그 간격을 지극히 작게 할 수 있다. 이러한 분자간 거리를 가지는 결정상태가 형성된 유기반도체층은 분자 상호의 전자상관이 지극히 커져, 캐리어의 호핑 확률이 크 고, 높은 전하수송 특성을 나타낸다고 하는 효과가 있다. 예컨대, 상술한 화학식 35의 스멕틱 액정성을 가지는 액정성 분자에서는, 분자간 거리의 평균치가 O.3~0.4 nm 인 경우에는 전하이동도가 10-3~10-2 cm2/V·s라고 하는 높은 전하수송 특성을 가진다.
액정배향수단
본 발명의 유기반도체 구조물에 있어서는, 상술한 유기반도체층이 액정배향층과 접하는 상태로 형성되고, 이러한 접촉형성에 의해 특정 방향으로 이방성 배향하여 되는 액정성 유기반도체 재료에 의해 형성되고 있다. 즉, 액정배향수단으로서 유기반도체층에 접하는 배향층을 설치하고, 이러한 배향층에 의해 액정성 유기반도체 재료를 이방성 배향시킨다. 이와 같이, 액정배향수단을 이용하여 액정성 유기반도체 재료를 배향시키는 것에 의해, 액정상태로부터 냉각해 결정상으로 전이시켰을 경우에도 분자배향을 유지시킨 채로 결정화할 수 있다. 또 이렇게 하여 형성된 결정은 하나 하나의 결정 도메인이 크기 때문에, 전하이동도도 커진다고 하는 효과가 있다.
배향수단으로서는 액정성 유기반도체 재료를 형성하는 면(피형성면. 예컨대, 후술하는 게이트 절연층의 표면 등.)에 액정배향층을 형성하거나, 러빙처리등의 배향처리를 실시하거나 또는, 배향처리를 실시한 층과 접촉시키거나 하는 수단에 의해 행할 수 있다. 이러한 배향수단에 의해, 액정성 유기반도체 재료의 액정성 분자를 특정 방면 또는 방향으로 배향하는 것과 같이 형성할 수 있으므로, 배향하는 방 면 또는 방향에 따라 특유의 기능성이나 전기특성을 발현시킬 수 있다.
이러한 배향수단에 의해, 액정성 유기반도체 재료가 폴리이미드계 재료로부터 되는 액정배향층상에 적층되어 배향하고 있는 것, 미소한 요철을 표면에 가지는 경화성 수지로부터 되는 액정배향층상에 적층되어 배향하고 있는 것, 또는 미소한 요철을 표면에 가진 경화성 수지로부터 되는 기판상에 형성되고 있는 것의 어느 쪽이든지 바람직하다.
액정배향층으로서는 각종의 액정배향층을 적용할 수 있지만, 본 발명의 유기반도체 구조물에 대해서는 폴리이미드계 재료를 도포한 후 러빙 처리를 한 것, 미소한 요철을 가진 경화성 수지로부터 되는 것, 또는 미소한 요철을 가진 경화성 수지로부터 되어 액정배향층과 기판이 일체로 되고 있는 것의 어느 쪽이든지 바람직하다. 또, 전기장, 자장 등의 외양에 의해 액정성 분자를 배향시키는 것도 가능하다.
특히, 액정배향층으로서는 폴리이미드 수지를 도포한 후 러빙 처리를 실시한 것이 대표적인 것으로 들어 진다. 재료로서는, 그 밖에도 아크릴, 폴리클로로피렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리불소화 비닐리덴, 시아노에틸플르란(cyanoethyl pullulan), 폴리메틸 메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리술폰, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드 등의 수지 재료를 들 수 있다. 또한, 이러한 재료는 그 종류에 의해 액정에 대해 수직배향능을 가지는 것과 수평배향능을 가지는 것으로 분류할 수 있다. 도포의 구체적인 방법으로는, 스핀 코팅(spin coating)법, 캐스팅(casting)법, 인상법 (pull-up) 등을 들 수 있다. 이러한 액정배향층은 기판과 유기반도체층 사이, 또는 유기반도체층 상의 오버코트(overcoat)층에 설치할 수 있다.
미소한 요철을 가진 경화성 수지로부터 되는 것으로서는, 예컨대 경화성 수지로부터 되는 층을 형성하고, 그 층의 표면을 러빙처리함으로써 요철을 형성하거나, 미경화 상태의 경화성 수지의 표면에 미소 요철을 부형(賦形)할 수 있는 부형부재를 누르고, 그 후 수지층을 경화시키는 것에 의해 형성할 수가 있다. 이렇게 하여 얻어진 경화성 수지의 표면에는 미세한 요철이 형성되어 액정성 유기반도체 재료의 액정성분자를 그 방향으로 늘어놓을 수 있다. 경화성 수지로서는 아크릴계 자외선 경화성 수지, 불소계 자외선 경화성 수지 등을 들 수 있다. 이 때, 미소한 요철을 가진 경화성 수지로부터 되는 액정배향층이 기판과 일체의 모양으로 되고 있는 것이 특히 바람직하다.
미소한 요철은 방향이 갖추어진 미소한 홈으로부터 되는 것이다. 이러한 요철부분에서의 홈의 깊이는 O.01~1.0 μm, 바람직하게는 O.03~0.3 μm 정도, 폭은 O.05~1.0 μm 정도, 또한 인접하는 홈의 피치는 0.1~2.0μm 정도이다. 홈의 깊이가 O.01 μm 미만에서는 액정 분자를 올바르게 배향할 수 없게 되고, 또 1.0 μm를 넘으면 홈의 가장자리에서 액정의 배향이 흐트러지는 것이 있다. 또, 홈의 폭이 O.0 5 μm 미만에서는 홈의 제작이 곤란해지고, 폭이 1.0 μm를 넘으면 홈의 중앙에서의 배향력이 저하하는 일이 있다. 더욱이, 홈의 형성 피치가 O.1 μm 미만에서는 홈의 제작이 곤란해지고, 또 2.0 μm를 넘으면 액정의 배향 혼란을 일으키기 쉽다.
본 발명의 유기반도체 구조물에 대해서는, 액정배향층의 제1태양으로서 기 판, 액정배향층, 유기반도체층을 순차적으로 적층한 것을 들 수 있고, 액정배향층의 제2태양으로서 기판, 유기반도체층, 액정배향층을 순차적으로 적층한 것을 들 수가 있으며, 액정배향층의 제3태양으로서 기판, 액정배향층, 유기반도체층, 액정배향층을 순차적으로 적층한 것을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는, 이와 같이 유기반도체층이 배향처리를 실시한 층과 접하는 형태로 되도록 구성됨으로써, 액정성 유기반도체 재료를 구성하는 액정성 분자에 높은 배향성을 부여할 수 있다.
유기반도체 구조물
상술한 구성으로부터 되는 유기반도체 구조물에 대해, 도 1 및 도 2 를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 페닐 나프탈렌 골격을 가지는 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 배향처리를 하지 않은 기판상에 형성하여 얻어지는 유기반도체층의 광도전성을 측정한 것이다. 또한, 도 1의 (A)는 액정상(90℃, SmB상)에서의 광도전성의 측정 결과이며, 도 1의 (B)는 결정상(65℃)에서의 광도전성의 측정 결과이다. 배향처리를 하지 않은 경우에는, 결정상에서의 결정입계(구조결함)의 영향에 의해 거의 광도전성을 얻지 못하고 있다.
도 2는 페닐 나프탈렌 골격을 가지는 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 기판상에 형성하고, 유기반도체 재료를 액정 상태로 한 후에 서서히 냉각하여 배향처리를 실시해 얻어진 유기반도체층의 광도전성을 측정한 것이다. 배향처리를 한 경우에는 결정 상태에서도 높은 광도전성이 얻어졌다. 더욱이, 스멕틱층 보다 큰 광전류가 관측되고 있다. 또한, 도 2에서 ISO는 등방상, SmA는 스멕틱 A상, SmB는 스멕틱 B상, K는 결정상이다.
이러한 현상에 대해서는 다음과 같이 추측된다. 즉, 봉 형태(로드 형태)의 액정성 유기반도체 재료의 전하수송 특성은 스멕틱 액정 상태의 그레인(grain) 구조에 영향을 받지 않는 것이 알려져 있지만, 배향처리를 하지 않고 결정화시키면, 반드시 그레인 구조가 미결정으로 변화함으로써 결정간의 결함이 발생하고, 전하의 이동을 방해하기 때문이라고 생각된다. 이에 대해 배향처리층(액정배향층과 같다.)에 접촉하고 있는, 예컨대 스멕틱 액정 상태의 유기반도체층은 근접한 장소 이외에도 배향처리층에 기인하는 원거리에 걸친 구조질서성을 가지고, 액정 상태로부터 결정 상태로 변화할 경우에도 그 원거리 질서성을 유지해 결정화하기 때문에, 작은 다결정의 집합체로 되는 것은 없다고 생각된다. 그 때문에 결정에 있어서도 높은 이동도를 나타내고, 스멕틱 액정 상태보다 높은 이동도를 나타내는 온도 영역도 있는 것을 알 수 있다.
액정성을 가지는 로드 형태의 유기반도체 재료의 결정상은 높은 전하이동도를 가지고, 이것을 이용한 유기반도체 구조물은 높은 성능을 가진다. 이러한 유기반도체 구조물을 가지는 유기반도체 장치로서, 예컨대 트랜지스터, 유기 EL, 태양전지, 센서 등은, 지금까지는 없는 높은 성능을 나타낼 수 있다. 특히, 유기 EL 소자에 이용한 경우에는, 분자 배향에 유래하는 높은 편광 발광을 나타낼 수 있다.
또한, 액정성을 가지는 로드 모양의 유기반도체 재료는 그 자체로도 전계 발광을 나타내지만, 발광 중심이 될 수 있는 유기물에 측쇄를 도입하여 모재(母材)인 액정성 유기반도체에 첨가함으로써, 유기반도체의 전하이동 경로와 발광 중심의 유 기물의 위치 관계를 제어할 수가 있어 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 유기반도체 재료를 이용한 유기 EL의 구성으로서는, 예컨대,
(i) 기판 / 전극 / 액정배향층 / 액정성 유기반도체층 / 전극,
(ii) 기판 / 전극 / 액정성 유기반도체층 / 액정배향층 / 전극 / 기판,
(iii) 기판 / 액정배향층 / 전극 / 액정성 유기반도체층 / 전극,
(iv) 기판 / 전극 / 액정배향층 / 액정성 유기반도체층 / 액정배향층 / 전극 / 기판,
또는,
(v) 기판 / 전극 / 액정배향층 / 전극 / 액정배향층 / 기판,
으로 할 수 있다.
2. 유기반도체 장치
본 발명의 유기반도체 장치(101)는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 적어도 기판(11), 게이트 전극(12), 게이트 절연층(13), 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층(14), 드레인 전극(15) 및, 소스 전극(16)으로 구성된다. 이러한 유기반도체 장치(101)는, 유기반도체층(14)이 상술한 본 발명의 유기반도체 구조물을 구성하는 유기반도체 재료로 형성되고 있다.
구성의 일예로서, 기판(11) 상에 게이트 전극(12), 게이트 절연층(13), 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층(14), 드레인 전극(15)과 소스 전극(16), 보호막(17)의 순서로 구성되는 역스태거 구조(inversely staggered structure), 또는 기판(11) 상에 게이트 전극(12), 게이트 절연층(13), 드레인 전 극(15)과 소스 전극(16), 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층 (14), 보호막(도시되지 않음.)의 순서에 구성되는 코플래너(coplanar) 구조를 들 수 있다. 이러한 구성으로부터 되는 유기반도체 장치(101)는 게이트 전극(12)에 인가되는 전압의 극성에 따라 축적 상태 또는 공핍 상태의 어느 쪽으로 동작한다. 이하, 유기반도체 장치의 구성 부재에 대해 상세하게 설명한다.
기판
기판(11)은 절연성의 재료이면 넓은 범위의 재료로부터 선택할 수 있다. 예컨대, 유리, 알루미나 소결체 등의 무기재료, 폴리이미드막, 폴리에스텔막, 폴리에틸렌막, 폴리페닐렌 술피드(polyphenylene sulfide)막, 폴리파락실렌(polyparaxylene)막 등의 각종의 절연성 재료를 들 수 있다. 특히, 고분자 화합물로부터 되는 막을 이용하면, 경량으로 신축성 있는 유기반도체 장치를 제작할 수 있으므로 지극히 유용하다. 또한, 본 발명에 적용되는 기판(11)의 두께는 25 μm~1.5 mm 정도이다.
게이트 전극
게이트 전극(12)은, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene) 등의 유기 재료로부터 되는 전극 또는 도전성 잉크를 도포해 형성한 전극인 것이 바람직하다. 이들 전극은, 유기 재료나 도전성 잉크를 도포해 형성할 수 있으므로, 전극 형성 프로세스가 지극히 간편해진다고 하는 이점이 있다. 도포법의 구체적인 수법으로서는, 스핀코팅법, 캐스팅법, 인상법 등을 들 수 있다.
또한, 전극으로서 금속막을 형성하는 경우에는, 기존의 진공 성막법을 이용 할 수 있고, 구체적으로는 마스크 성막법 또는 포트리소그래피법을 이용할 수 있다. 이 경우에는, 금, 백금, 크롬, 백금, 알루미늄, 인듐, 몰리브덴, 니켈 등의 금속, 이들 금속을 이용한 합금, 폴리 실리콘, 비정형 실리콘, 주석 산화물, 산화 인듐, 인듐·주석산화물(ITO) 등의 무기 재료를 전극 형성용의 재료로서 들 수 있다. 또, 이러한 재료를 2종 이상 병용해도 된다.
게이트 전극의 막두께는, 그 재질의 도전율에 의하지만, 50~1000 nm 정도인 것이 바람직하다. 게이트 전극의 두께의 하한은, 전극 재료의 도전율 및 기초 기판과의 밀착 강도에 따라 다르다. 게이트 전극의 두께의 상한은, 후술하는 게이트 절연층 및 소스·드레인 전극쌍을 설치한 때, 기초 기판과 게이트 전극의 단차 부분에서의 게이트 절연층에 의한 절연 피복이 충분하고, 또한 그 위에 형성하는 전극 패턴에 단선을 생기게 하지 않는 것이 필요하다. 특히, 가동성이 있는 기판을 사용한 경우에는, 응력의 밸런스를 고려할 필요가 있다.
게이트 절연층
게이트 절연층(13)은, 상기의 게이트 전극(12)과 같이 유기 재료를 도포해 형성한 것이 바람직하고, 사용되는 유기 재료로서는 포리클로로피렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 포리옥시메티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리불소화 비닐리덴, 시아노에틸 플르란, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리술폰, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드 등을 들 수가 있다. 도포법의 구체적인 방법으로서는, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 인상법 등을 들 수 있다.
또한, CVD 법등의 기존 패턴 프로세스를 이용해 형성해도 되고, 그 경우에는 Si02, SiNx, A1203 등의 무기 재료가 바람직하게 사용된다. 또, 이러한 재료를 2 종 류 이상 병용해도 된다.
유기반도체 장치의 이동도는 전기장 강도에 의존하므로, 게이트 절연층의 막두께는 50~300 nm 정도인 것이 바람직하다. 이 때의 절연 내압은 2 MV/cm 이상인 것이 바람직하다.
드레인 전극 및 소스 전극
드레인 전극(15) 및 소스 전극(16)은 일함수가 큰 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유로는, 후술하는 액정성 유기반도체 재료는 전하를 수송하는 캐리어가 홀(hole)이므로, 유기반도체층(14)과 오믹접촉 하고 있는 것이 필요하기 때문이다. 여기서 말하는 일 함수란 고체중의 전자를 외부로 꺼내는데 필요한 전위차이며, 진공 준위와 페르미 준위의 에너지 차이를 전하량으로 나눈 값으로 정의된다. 바람직한 일 함수로서는 4.6~5.2 eV 정도이며, 구체적으로는, 금, 백금, 투명 도전막(인듐·주석 산화물, 인듐·아연 산화물 등) 등을 들 수 있다. 투명 도전막은, 스퍼터링법, 전자빔(EB) 증착법으로 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 적용되는 드레인 전극(15) 및 소스 전극(16)의 두께는 50~100 nm 정도이다.
유기반도체층
유기반도체층(14)은 배향한 액정성 유기반도체 재료에 의해 형성된 층이고, 예컨대, 상술한 액정성 유기반도체 재료에 상술한 배향처리를 가한 후, 배향한 액 정성 유기반도체 재료를 결정상태로 함으로써 형성된다. 구체적인 유기반도체 재료는 이미 설명했던 대로이다.
유기반도체 재료의 배향처리나 액정배향층 등에 대해서도 상술한 대로이다.즉, 본 발명에서는 액정성 유기반도체 재료를 이용하므로, 그 액정성 분자는 상술한 배향처리에 의해 일정한 방면 또는 방향으로 배향된다. 배향처리되어 결정상으로 된 유기반도체층(14)은 종래 알려져 있는 유기반도체층에 비해서도 크랙의 발생등이 없고, 그러한 크랙에 근거하는 전하수송 속도의 저하 등의 폐해가 생기지 않는다고 하는 뛰어난 효과를 가지고 있다.
액정성분자의 배향 모양으로서는, (i) 도 3 에 나타낸 바와 같이, 게이트 절연층(13) 위에 형성된 드레인 전극(15)과 소스 전극(16)의 막두께 방향에 직교 하고, 또한 해당 드레인 전극(15)과 소스 전극(16) 사이에 횡렬 하듯이 배향하고 있는 태양, 또는 (ii) 도 4 에 나타낸 바와 같이, 게이트 절연층(13) 위에 형성된 드레인 전극(15)과 소스 전극(16)의 막두께 방향에 평행하게 배향하고 있는 태양 등을 들 수 있다.
도 3 및 도 4 에 나타낸 태양의 유기반도체층(14)에서, 인접하는 봉 형태의 액정성 분자는, 상술한 바와 같이, 그 분자간 거리가 O.3~0.4 nm 정도로 되도록 배열하고 있으므로, 예컨대 스멕틱 액정계에서의 SmA 상의 경우는, 분자간 거리가 작은 Sm층의 면안쪽 방향과 분자간 거리가 3 nm 이상으로 큰 Sm층에 수직인 면간 방향으로는 전하수송 특성에 큰 이방성이 나타난다. 이러한 전하수송 특성에 대한 이방성은 액정성 유기반도체 재료의 자기 조직화에 의해 자발적으로 분자성 배향이 실현되어, 결정과 같은 배향성을 가지고 형성되는 것에 기초한 것이다.
이와 같이 형성되는 유기반도체층은 결함이 없는 균일한 대면적의 유기반도체층을 형성할 수 있다고 하는 특징적인 효과가 있다. 또, 유기반도체층(14)이 이루는 전자 수송속도로서는 10-2 cm2/V·s 이상 또는 정공 수송속도가 10-2 cm2/V·s 이상인 것이 보다 바람직하고, 그러한 특성치가 되도록 액정성 유기반도체 재료나 배향처리 등을 수시로 검토해 유기반도체층을 형성할 수 있다. 유기반도체층(14)이 이러한 전하 수송 속도를 가짐으로써, 예컨대 유기 박막트랜지스터의 구동전압의 저감에 기여하거나, 응답속도의 향상에 기여할 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 액정성 유기반도체 재료를 형성하는 피형성면이 게이트 절연층 또는 기판인 경우에는, 그 게이트 절연층 또는 기판을 러빙 처리하는 것으로써, 배향처리막과, 게이트 절연층 또는 기판을 일체의 것으로 할 수 있다.
배향 제어층의 막두께는 드레인 전극(15) 및 소스 전극(16)과, 유기반도체층(14)과의 오믹 접촉을 방해하지 않는 범위(O.5~10 nm)인 것이 바람직하다.
층간 절연층
유기반도체 장치(101)에는 층간 절연층을 설치하는 것이 바람직하다. 층간 절연층은 게이트 절연층(13) 상에 드레인 전극(15) 및 소스 전극(16)을 형성할 때, 게이트 전극(12) 표면의 오염을 방지하는 것을 목적으로 하여 형성된다. 따라서, 층간 절연층은 드레인 전극(15) 및 소스 전극(16)을 형성하기 전에 게이트 절연층(13) 상에 형성된다. 그리고, 소스 전극(15) 및 드레인 전극(16)이 형성된 후에는 채널 영역 윗쪽에 위치하는 부분을 완전하게 제거 또는 일부를 제거하도록 가공된다. 제거되는 층간 절연층 영역은 게이트 전극(12)의 사이즈와 동등한 것이 바람직하다.
층간 절연층을 구성하는 재료로서는, SiO, SiNx, Al2O3 등의 무기 재료나, 폴리클로로피렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리옥시메티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리불소화 비닐리덴, 시아노에틸플르란, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등의 유기 재료를 들 수 있다.
유기반도체 장치
본 발명의 유기반도체 장치에 있어서는, 그 구성으로서,
(i) 기판 / 게이트 전극 / 게이트 절연층(액정배향층을 겸한다.)/ 소스·
드레인 전극 / 액정성 유기반도체층(/ 보호층),
(ii) 기판 / 게이트 전극 / 게이트 절연층 / 소스·드레인 전극 / 액정배향층 / 액정성 유기반도체층 (/ 보호층),
(iii) 기판 / 게이트 전극 / 게이트 절연층 (액정배향층을 겸한다.)/ 액정성 유기반도체층 / 소스·드레인 전극 /(보호층),
(iv) 기판 / 게이트 전극 / 게이트 절연층 (액정배향층을 겸한다.)/ 액정성 유기반도체층 / 소스·드레인 전극이 패터닝된 기판 (보호층을 겸한다.),
(v) 기판 / 소스·드레인 전극 / 액정성 유기반도체층 / 게이트 절연층 (액정배향층을 겸한다.)/ 게이트 전극 / 기판 (보호층을 겸한다.), 또는
(vi) 기판 (배향층을 겸한다.) / 소스·드레인 전극 / 액정성 유기반도체층 / 게이트 절연층 / 게이트 전극 / 기판 (보호층을 겸한다.)
로 할 수도 있다.
이러한 유기반도체 장치는, 셀 구조를 형성한 후 모세관 현상을 이용해 셀 내에 액정을 주입하고, 서서히 냉각하여 그 액정성 유기반도체 재료를 결정화시키는 것이 제법상 용이하지만, 유기반도체 재료를 증착 또는 도포에 의해 형성한 것이어도 된다.
(실시예)
이하에, 실시예를 들어 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
유기반도체 장치의 구성을, 기판 / 게이트 전극 / 게이트 절연층(액정배향층을 겸한다.)/ 소스·드레인 전극 / 액정성 유기반도체층 (/ 보호층 )으로서 형성한다. 이러한 실시예에서는, 유리 기판상에 액정성 유기반도체 재료를 제막하고, 그 후에 액정상까지 승온하여 액정 상태로 한 후, 서서히 냉각 해 결정상으로 했다.
기판
중성 세제, 순수한 물, 아세톤, IPA를 순차적으로 이용해 초음파 세정한 유리 기판(두께 1. 1 mm, 코닝 1737)을 이용했다.
게이트 전극
게이트 전극은, 기판상에 Au(두께 300 nm)의 단책(短冊) 모양 패턴(전극폭100 μm, 전극사이 5 mm)를 메탈 마스크를 매개로 저항가열 증착해 형성했다. 또한 같은 전극 패턴으로서는, ITO 전극을 웨트 프로세스(wet process)로 패터닝해도 형 성할 수 있다.
게이트 절연층 및 그 배향처리
(a) 액정성 유기반도체 재료의 구성분자를 기판에 수평으로 배향시켰을 경우(도 3을 참조.);
게이트 절연층으로서 감광성 폴리이미드(토오레 : UR-3140을 10g 취해 그것을 n 메틸 피롤리돈 25 g로 희석한 것.)를 스핀 도포하고, 100 ℃에서 건조 후 노광현상하는 것으로써 게이트 전극단자를 노출시켰다. 그 후, 최고 온도 350 ℃로 소성한 후, 막두께 300 nm의 게이트 절연층을 형성했다.
이렇게 하여 형성한 폴리이미드막의 표면을 러빙(48 mm의 롤러에 휘감은 폴리에스텔을 러빙포로 이용하고, l200 rpm, 기판 이동속도 600 mm/min)하여 배향처리했다. 러빙 방향은 채널 길이방향(전하수송 방향)에 대해 평행으로 되는 방향, 수직으로 되는 방향으로 각각 행했다.
본 실시예에 있어서, 이러한 배향처리에 대해 본 실시예에서 이용한 액정성 유기반도체 재료는 수평 배향하므로, 액정배향 방향에 의한 전하수송의 이방성(분자 장축방향, 단축방향의 전하수송 특성의 차이)이 TFT 의 특성에 미치는 효과에 대해 비교를 행했다.
(b) 액정성 유기반도체 재료의 구성분자를 기판에 수직으로 배향시켰을 경우 (도 4 를 참조.);
RF 스퍼터법으로 상기 게이트 전극을 배치한 기판상에 Si02 막 lOO nm를 형 성(출력 lOOW X 30분)했다. 그 기판상에서 본 실시예에서 이용한 액정성 유기반도체 재료는 수직 배향하므로, TFT 를 구성했을 때의 전하는 분자 장축으로 수직한 방향으로 수송되는 것이 지배적으로 된다. 이 경우에 대해서는, 상기의 수평 배향에서 채널 길이방향에 대해 수직으로 되는 방향으로 러빙을 행한 경우와 동일한 전하수송으로 되지만, 전하 주입에 대한 액정 측쇄구조가 미치는 영향과 TFT 의 특성에 대한 효과에 관해 지식을 얻었다.
소스·드레인 전극
소스·드레인 전극패드(채널길이 50 μm, 채널폭 4 mm)로서 Au를 저항 가열 증착하여 메탈 마스크를 이용해 형성했다(전극 두께 lOO nm). 또한, 소스·드레인 전극 패드로부터의 인출 전극선으로 Al를 이용했다.
액정성 유기반도체층
액정성 유기반도체 재료로서 화학식 37로 나타낸 6-TTP-l2를 사용한 액정성 유기반도체 재료를, 메탈 마스크를 이용해 4 mm X lOO μm의 직사각형 패턴이 상기에서 형성한 소스·드레인간에 채널이 형성되는 배치로 저항가열증착하여 형성했다. 두께 50 nm의 유기반도체층을 얻은 후에, 이것을 600 ℃ 까지 가열하고, 액정상으로 전이시켰다. 그 후, O.1 ℃/min의 속도로 냉각하여 액정상의 배향 상태에서 유래하는 양호한 배향 상태를 유지한 결정상의 기능막을 얻었다.
특성 평가
(a) 액정성 유기반도체 재료의 구성분자를 기판에 수평으로 배향시켰을 경우 (도 3을 참조.), 즉 게이트 절연층에 막두께 300 nm로 형성한 폴리이미드를 이용하 고, 채널길이 50 μm, 채널폭 4 mm가 되도록 소스 전극, 드레인 전극을 형성하고, 화합물 37로 나타낸 6-TTP-12를 유기반도체층으로서 이용한 유기반도체 소자의 경우;
이러한 유기반도체 소자에 대해, 작성 직후의 미세다결정 상태의 소자(비교예 1) 및, 60 ℃ 까지 온도상승에 의해 액정상으로 상전이 시킨 후에 O.1 ℃/min 의 율로 서서히 냉각해 결정상으로 한 소자(실시예 1)를 각각 제작했다. 그리고, 각각의 소자에 대해, 소스-드레인간 전압 Vds:O ~ -30 V, 게이트 전압 Vg : 0 ~ - 30 V의 범위에서 전압을 인가하고, 소스-드레인간의 전류 Ids가 게이트 전압 Vg의 인가에 의해 변화하는 거동을 측정하여 평가했다.
비교예 1의 소자는 액정상을 경유하고 있지 않다. 해당 소자에서, 상기 측정전압범위에 대해, 게이트 전압에 의존하는 드레인 전류의 현저한 변화는 관측되지 않았다.
이에 대해, 실시예 1의 소자는 액정상을 경유해 결정상으로 된 소자이며, 상기 측정 범위내에서 일정한 Vds 조건하에서는 게이트 전압의 절대치를 크게 하는 것에 따라 드레인 전류가 증대하고, 게이트 전압을 일정하게 유지한 조건하에서는 소스-드레인간의 인가 전압의 절대치를 증가시키는 것에 따라 드레인 전류가 증대하고, 더욱이 소스-드레인간 인가 전압의 절대치를 증가시키면 이른바 유기 트랜지스터에서의 드레인 전류가 포화영역에 이르렀다.
이러한 경향은, 소스 전극·드레인 전극을 형성하기 전의 게이트 절연막 표면을「채널폭의 방향」(채널길이 방향에 대해 수직으로 되는 방향)으로 러빙한 소 자에 대해 특히 현저하게 나타나고, 그 경우에서 유기반도체층의 전하이동도는 드레인 전류의 포화 영역에서의 Vg, Vds 및 ②의 소자의 구조에 기초해 2 X 10-3 cm2/V·s의 수치를 얻을 수 있었다.
또한 앞에서 본 유기반도체 재료(화학식 37로 나타낸 6-TTP-12)의 전하이동도를 대향전극 기판대(샌드위치형)의 시료 구성으로 해 TOF 법에 의해 측정한 경우, 그 상계열에 대응하는 전하이동도는 다음과 같았다. 결정상(측정 불가능) / 56 ℃ / SmF 상( 5 X 10-3 cm2/V·s) / 88 ℃ / 등방상 (~10-5 cm2/V·s)
상술한 결과보다 종래의 방법에 상당하는 비교예 1의 소자는 결정상이어도 고속의 전하수송 현상 및 양호한 트랜지스터 특성을 얻을 수 없었다. 이에 대해, 본 발명에 의한 실시예의 소자는 양호한 전하이동도를 가짐과 동시에, 종래의 고이동도를 나타내는 유기 트랜지스터와 비교해 지극히 간편한 방법으로 실현될 수 있었다.
한편, 소스 전극·드레인 전극을 형성하기 전의 게이트 절연막표면을 「채널길이의 방향」(채널 길이방향에 대해 평행으로 되는 방향)으로 러빙한 소자에 대해서는, 그 유기반도체층의 전하이동도는 드레인 전류 포화 영역에서의 Vg, Vds 및, 실시예 1의 소자의 구조에 근거해 5 X 10-5 cm2/V·s 이하의 수치를 얻을 수 있었다. 이 값은 상술한 「채널폭의 방향」으로 러빙한 소자에 비해 작은 값을 나타내고 있다. 그 이유로는, 사용한 액정성 유기반도체 재료의 전하수송과 관계되는 호 핑 사이트(hopping site)가 재료 분자내 골격 구조에서의 공역계(conjugated system)의 겹쳐진 모양인 것에 대해, 이 실시예에서 이용한 터미널 그룹으로서의 알킬 체인(alkyl chain)은 도전 경로로서의 골격 구조의 분자 배열간에서 절연층으로서 작용하고 있기 때문에, 동일 재료로 유기반도체의 분자 배열 방향에 따른 도전 특성의 이방성이 실현되었다고 생각된다.
(b) 액정성 유기반도체 재료의 구성분자를 기판에 수직으로 배향시킨 경우(도 4를 참조.), 즉 게이트 절연층에 막두께 100 nm로 형성한 Si02를 이용해 채널길이 50 μm, 채널폭 4 mm로 되도록 소스 전극, 드레인 전극을 형성하고, 화합물 37로 나타낸 6-TTP-12를 유기반도체층으로서 이용한 유기반도체 소자의 경우;
이러한 유기반도체 소자에 대해, 작성 직후의 미세다결정 상태의 소자(비교예 2), 60 ℃ 까지의 온도상승에 의해 액정상으로 상전이 시킨 후에 O.1 ℃/min의 율로 서서히 냉각해 결정상으로 한 소자(실시예 2)를 각각 제작했다. 그리고, 각각의 소자에 대해, 소스-드레인간 전압 Vds : O ~ -30 V, 게이트 전압 Vg : O ~ -30V의 범위에서 전압을 인가하고, 소스-드레인간 전류 Ids가 게이트 전압 Vg의 인가에 의해 변화하는 거동을 측정하여 평가했다.
이러한 (b)의 경우에 있어서도, 상술한 (a)의 경우와 동일하게 액정상을 경유하고 있지 않는 비교예 2의 소자에서는, 상기 측정전압 범위에서 게이트 전압에 의존하는 드레인 전류의 현저한 변화는 관측되지 않았다.
이것 대해, 실시예 2의 소자는 액정상을 경유해 결정상으로 된 소자이고, 상 술한 (a)의 경우와 동일하게 트랜지스터 특성이 발현하며, 유기반도체층의 전하이동도로서 2 ~ - 4 X 10-4 cm2/V·s의 수치를 얻을 수 있어, 본 발명에 의해 용이하게 유기 트랜지스터가 실현되는 것으로 드러났다.

Claims (20)

  1. 적어도 일부에 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 가지는 유기반도체 구조물에 있어서,
    상기 액정성 유기반도체 재료가, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 유기화합물로부터 되고, 열분해 온도 이하의 온도에서 적어도 1 종류의 액정상태를 가지는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  2. 적어도 일부에 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 가지는 유기반도체 구조물에 있어서,
    상기 액정성 유기반도체 재료가, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 유기화합물로부터 되고, 열분해 온도 이하의 온도에서 적어 도 스메틱 액정상 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  3. 적어도 일부에 배향한 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 유기반도체층을 가지는 유기반도체 구조물에 있어서,
    상기 액정성 유기반도체 재료가, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 유기화합물로부터 되고, 양 말단에 액정성을 발현하는 터미널 그룹을 가지는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 반도체층이, 액정 상태로 되는 온도로 유지된 후에 냉각됨으로써 적어도 일부가 배향결정화한 상기 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기반도체층이 액정배향층과 접하는 상태로 형성되고, 이 접촉 형성에 의해 상기 액정성 유기반도체 재료가 특정 방향으로 이방성 배향하여 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 액정배향층이 폴리이미드계 재료로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 액정배향층이 미소 요철을 표면에 가지는 경화성수지로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  8. 제5항에 있어서, 상기 액정배향층이 기재(基材)와, 미소 요철을 표면에 가지는 경화성 수지로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기반도체 구조물을 제조하는 방법에 있어서,
    액정성 유기반도체 재료의 액정 발현온도를 경유 또는 유지함으로써, 일단 상기 액정성 유기반도체 재료를 액정 상태로 하는 공정과,
    액정 상태의 상기 액정성 유기반도체 재료를 냉각함으로써, 상기 액정성 유기반도체 재료를 배향결정화하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물의 제조방법.
  10. 기판, 게이트 전극, 게이트 절연층, 유기반도체층, 드레인 전극 및, 소스 전극을 포함하여 되는 유기반도체 장치에 있어서,
    상기 유기반도체층이, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 액정성 유기반도체 재료를 구성하는 유기액정성 분자가, 상기 게이트 절연층 위에 형성된 드레인 전극 및 소스 전극의 막두께 방향과 직교하는 방향으로, 또한 해당 드레인 전극과 소스 전극 사이에 횡렬하는 방향으로 배향하고 있는 것을 특징으로 하는 유기반도체 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 액정성 유기 반도체 재료를 구성하는 유기액정성 분자가, 상기 게이트 절연층 위에 형성된 드레인 전극과 소스 전극의 막두께 방향으로 평행하게 배향하고 있는 것을 특징으로 하는 유기반도체 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정성 유기반도체 재료가, 열분해 온도 이하의 소정 온도에서 스멕틱 액정성을 가지고, 또한 전하이동도가 10-5 cm2/V·s 이상, 또는 정공수송이동도가 10-5 cm2/V·s 이상인 것을 특징으로 하는 유기반도체 장치.
  14. 유기반도체층과 액정배향층을 포함하여 되는 유기반도체 구조물에 있어서,
    상기 유기반도체층이 열분해 온도 이하의 소정 온도에서 적어도 1 종류의 액정상태를 가지는 액정성 유기반도체 재료로부터 되고, 또한 상기 액정배향층과 접해 형성되어 되고, 상기 액정성 유기반도체 재료의 적어도 일부가 배향결정화하고 있는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 액정성 유기반도체 재료가, L 개의 6π 전자계환, M 개의 8π 전자계환, N 개의 10π 전자계환, 0 개의 12π 전자계환, P 개의 14π 전자계환, Q 개의 16π 전자계환, R 개의 18π 전자계환, S 개의 20π 전자계환, T 개의 22π 전자계환, U 개의 24π 전자계환, V 개의 26π 전자계환(다만 L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V는 각각 0~6의 정수를 나타내고, L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V=1~6으로 한다)을 포함한 코어를 가지는 유기화합물로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 유기반도체층이, 액정상태로 되는 온도로 유지된 후에 냉각됨으로써 적어도 일부가 배향결정화한 상기 액정성 유기반도체 재료로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 액정배향층이 폴리이미드계 재료로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  18. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 액정배향층이 미소 요철을 표면에 가지는 경화성수지로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  19. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 액정배향층이 기재와, 미소 요철을 표면에 가지는 경화성수지로부터 되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물.
  20. 제14항 또는 제15항에 기재된 유기반도체 구조물이 유기 트랜지스터, 유기 EL, 유기 전자소자, 또는 유기 태양전지로서 사용되는 것을 특징으로 하는 유기반도체 구조물의 사용방법.
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