KR101462526B1 - Organic semiconductor meterial, field-effect transistor, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

하기식 (1)과 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물이 적어도 1종류의 유기 용매에 용해 및/또는 분산되어 이루어지는 유기 반도체 재료:

Figure 112012063592158-pct00004

(식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 무치환 또는 할로겐 치환 C1-C36 지방족 탄화수소기를 나타냄).An organic semiconductor material comprising an electron-accepting compound having the following formula (1) and a cyano group dissolved and / or dispersed in at least one organic solvent:
Figure 112012063592158-pct00004

(In the formula (1), R < 1 > And R 2 each independently represent an unsubstituted or halogen-substituted C 1 -C 36 aliphatic hydrocarbon group.

Description

유기 반도체 재료 및 전계 효과 트랜지스터 그리고 그의 제조 방법 {ORGANIC SEMICONDUCTOR METERIAL, FIELD-EFFECT TRANSISTOR, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}FIELD-EFFECT TRANSISTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an organic semiconductor material,

본 발명은, 유기 박막 반도체 재료를 도포 또는 인쇄하고, 건조하여 얻어지는 유기 박막을 포함하는 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법, 그리고 그들에 이용하는 유기 반도체 재료에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 유기 복소환식 화합물과 특정의 첨가물로 이루어지는 반도체 재료로부터 얻어진 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field effect transistor including an organic thin film obtained by applying or printing an organic thin film semiconductor material, and drying the organic thin film semiconductor material, a method of manufacturing the same, and an organic semiconductor material used in the field effect transistor. More particularly, the present invention relates to a field effect transistor obtained from a semiconductor material comprising an organic heterocyclic compound and a specific additive, and a method for producing the same.

전계 효과 트랜지스터는, 일반적으로, 기판 상의 반도체 재료에 소스 전극, 드레인 전극 및, 이들 전극과 절연체층을 개재하여 게이트 전극 등을 형성한 구조로 이루어진다. 현재, 전계 효과 트랜지스터에는, 실리콘을 중심으로 하는 무기계의 반도체 재료가 사용되고 있고, 특히 어모퍼스 실리콘을 이용하여, 유리 등의 기판 상에 작성된 박막 트랜지스터는 디스플레이 등에 이용되고 있으며, 논리 회로 소자로서 집적 회로에도 사용되는 것 외에, 스위칭 소자 등에도 폭넓게 이용되고 있다. 최근, 반도체 재료에 산화물 반도체를 이용한 검토가 활발히 행해지고 있지만, 이러한 무기계의 반도체 재료를 이용한 경우는, 전계 효과 트랜지스터의 제조시에 고온이나 진공에서 처리할 필요가 있고, 이용하는 기판으로서는 내열성이 떨어지는 필름이나 플라스틱 등을 이용할 수 없으며, 또한 고액의 설비 투자나, 제조에 많은 에너지를 필요로 하기 때문에, 비용이 매우 높아져, 그 응용 범위가 매우 제한되고 있다. The field effect transistor generally has a structure in which a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, and the like are formed through a semiconductor material on a substrate with an insulating layer interposed therebetween. At present, an inorganic semiconductor material centering on silicon is used for a field effect transistor. In particular, a thin film transistor formed on a substrate such as a glass substrate by using amorphous silicon is used for a display and the like. In addition to being used, it is widely used in switching devices and the like. In recent years, studies using an oxide semiconductor as a semiconductor material have been actively conducted. However, when such an inorganic semiconductor material is used, it is necessary to treat at a high temperature or a vacuum at the time of manufacturing a field effect transistor. As a substrate to be used, Plastic, and the like can not be used. Moreover, since a large amount of equipment investment and a large amount of energy are required for manufacturing, the cost is extremely high and the application range thereof is very limited.

한편, 전계 효과 트랜지스터의 제조시에 고온 처리를 필요로 하지 않는 유기 반도체 재료를 이용한 전계 효과 트랜지스터의 개발도 활발히 행해지고 있다. 유기 반도체 재료에도 적용할 수 있으면, 저온 프로세스로 전계 효과 트랜지스터의 제조가 가능해져, 사용 가능한 기판 재료의 범위가 확대된다. 그 결과, 보다 플렉시블하고, 그리고 경량이며, 부서지기 어려운 전계 효과 트랜지스터의 제작이 가능해진다. 또한, 전계 효과 트랜지스터의 제작 공정에 있어서, 유기 반도체 재료를 함유하는 용액을 도포하거나, 잉크젯 등에 의한 인쇄 방법에 의해, 대(大)면적의 전계 효과 트랜지스터를 저비용으로 제조하는 것도 가능하다. On the other hand, a field effect transistor using an organic semiconductor material which does not require a high-temperature treatment at the time of manufacturing a field effect transistor is actively developed. If it can be applied to an organic semiconductor material, the field effect transistor can be manufactured by a low-temperature process, and the range of the usable substrate material is expanded. As a result, it becomes possible to manufacture a field effect transistor which is more flexible, light in weight, and hard to break. In addition, it is also possible to manufacture a large-area field effect transistor at a low cost by applying a solution containing an organic semiconductor material or by a printing method using an ink jet or the like in a manufacturing process of the field effect transistor.

그러나, 종래는, 반도체 재료에 이용된 많은 유기 반도체 재료가 유기 용매에 난용(難溶)이기 때문에, 도포나 인쇄 등의 염가의 수법을 이용할 수 없어, 비교적 비용이 높은 진공 증착법 등으로 반도체의 기판 상에 박막을 형성시킬 필요가 있었다. 현재, 유기 용매에 용해하고, 도포법으로 제막(製膜), 전계 효과 트랜지스터를 작성하여, 비교적 높은 캐리어 이동도를 갖는 디바이스가 얻어지게 되어 왔지만, 도포 또는 인쇄 프로세스를 이용하여, 이동도가 높고 그리고 내구성이 우수한 유기 반도체를 이용한 전계 효과 트랜지스터는 실용화되지 않아, 각 트랜지스터 적성을 향상시키기 위한 개발이 활발히 행해지고 있다. However, conventionally, since many organic semiconductor materials used for a semiconductor material are hardly soluble in an organic solvent, inexpensive techniques such as coating and printing can not be used, and a semiconductor substrate of a relatively high cost, It is necessary to form a thin film on the substrate. At present, a device having a relatively high carrier mobility has been obtained by dissolving in an organic solvent, forming a film (film forming) and a field effect transistor by a coating method, but a device having a high mobility A field-effect transistor using an organic semiconductor excellent in durability has not been put to practical use, and development has been actively conducted to improve the suitability of each transistor.

실리콘 등의 무기계 재료를 이용한 반도체 소자는, 일반적으로, 막 중의 캐리어 밀도의 증감을 목적으로 유기 반도체층에 산소, 수소 등의 산화성 혹은 환원성의 기체, 또는 산화성 혹은 환원성의 액체 등으로 처리되어, 산화 또는 환원에 의한 특성 변화를 유도할 필요가 있다. 이는, 미량의 원소, 원자단, 분자, 고분자를 반도체층에 가함으로써, 반도체층 중의 캐리어 밀도가 증감하여, 반도체 특성인 전기 전도도, 캐리어 극성(p형-n형 변환), 페르미 준위 등을 변화시키는 수법이며, 예를 들면, 산소 및 수소 등의 가스를 접촉시키거나, 산이나 루이스산 등을 포함하는 용액에 침지하거나, 요오드 등의 할로겐 원자, 또는 나트륨, 칼륨 등의 금속 원자 등을 전기 화학적으로 처리하는 무기 화합물에 의한 처리 방법, 나아가서는 전자 수용성 혹은 전자 공여성의 유기 화합물로 미리 처리하는 방법 등이 알려져 있다. 이들 처리는, 반도체층의 제작 전후의 반도체층 형성 이외의 공정에서 행해지거나, 진공 증착법에 의해 공증착하거나, 반도체층 제작시의 분위기 중에 혼합하거나, 이온을 진공 중에서 가속하여 반도체층에 충돌시키는 등의 수법이 일반적으로 이용된다. A semiconductor device using an inorganic material such as silicon is generally treated with an oxidizing or reducing gas such as oxygen or hydrogen or an oxidizing or reducing liquid or the like to the organic semiconductor layer for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the film, It is necessary to induce the characteristic change by reduction. This is because the carrier density in the semiconductor layer is increased or decreased by adding a small amount of elements, atoms, molecules, and polymers to the semiconductor layer to change electrical conductivity, carrier polarity (p type-n type conversion), Fermi level, For example, by bringing a gas such as oxygen and hydrogen into contact with each other, by immersing it in a solution containing an acid or a Lewis acid, or by adding a halogen atom such as iodine or a metal atom such as sodium or potassium electrochemically A method of treating with an inorganic compound to be treated, and a method of preliminarily treating with an organic compound of an electron-accepting or electron-donating agent are known. These treatments may be performed in a process other than the semiconductor layer formation before or after the semiconductor layer is formed, co-evaporation may be carried out by vacuum evaporation, mixing in an atmosphere during semiconductor layer production, or acceleration of ions in vacuum to collide with the semiconductor layer Is generally used.

특허문헌 1에는 벤조셀레노[3,2-b][1]벤조셀레노펜 및 벤조티에노[3,2-b][1]벤조티오펜의 알킬 유도체를 이용한 전계 효과 트랜지스터가 개시되어 있다. Patent Document 1 discloses a field effect transistor using an alkyl derivative of benzoseleno [3,2-b] [1] benzocelenophene and benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene.

특허문헌 2에는 벤조티에노[3,2-b][1]벤조티오펜의 알킬 유도체와 특정의 용해도 파라미터를 갖는 고분자 화합물의 혼합액을 이용한 전계 효과 트랜지스터가 개시되어 있다. Patent Document 2 discloses a field effect transistor using a mixed solution of an alkyl derivative of benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene and a polymer compound having a specific solubility parameter.

특허문헌 3에는 벤조티에노[3,2-b][1]벤조티오펜의 알킬 유도체와 고분자 재료를 포함하는 재료를 이용한 전계 효과 트랜지스터가 개시되어 있다. Patent Document 3 discloses a field-effect transistor using a material including an alkyl derivative of benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene and a polymer material.

특허문헌 4에는 펜타센 박막에 요오드나 금속을 접촉시킴으로써 전류값을 증폭시키는 기술이 개시되어 있다. Patent Document 4 discloses a technique of amplifying a current value by contacting iodine or a metal with a pentacene thin film.

특허문헌 5에는 폴리아센 화합물과 과잉의 요오드나 부틸리튬을 혼합한 용액을 도포 건조시킨 박막을 이용함으로써 전기 전도도를 개선시키는 기술이 개시되어 있다. Patent Document 5 discloses a technique of improving electrical conductivity by using a thin film formed by applying and drying a solution of a polyacene compound and excess iodine or butyllithium.

특허문헌 6에는 전자 수용성 또는 전자 공여성의 화합물을 미리 도포한 후에, 고분자 반도체를 적층함으로써 문턱 전압(threshold voltage)을 변화시키는 기술이 개시되어 있다.Patent Document 6 discloses a technique of previously changing a threshold voltage by laminating a polymer semiconductor after an electron-accepting or electron-donating compound is applied in advance.

비특허문헌 1에는, 벤조티에노[3,2-b][1]벤조티오펜의 알킬 유도체를 이용한 전계 효과 트랜지스터가 개시되어 있다. Non-Patent Document 1 discloses a field effect transistor using an alkyl derivative of benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene.

비특허문헌 2에는, 벤조티에노[3,2-b][1]벤조티오펜의 알킬 유도체를 이용하여, 표면 선택 석출법에 의해 작성한 전계 효과 트랜지스터가 개시되어 있다. Non-Patent Document 2 discloses a field effect transistor formed by surface selective precipitation using an alkyl derivative of benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene.

국제공개 제2008/047896호 국제 공개 팸플릿International Publication No. 2008/047896 International publication pamphlet 일본공개특허공보 2009-267372호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2009-267372 일본공개특허공보 2009-283786호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-283786 일본공개특허공보 평5-55568호Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-55568 일본특허 제4219807호 공보Japanese Patent No. 4219807 일본공개특허공보 2009-266865호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2009-266865

J.Am.Chem.Soc. 2007, 129, 15732. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15732. Applied Physics Letters, 94, 93307(2009). Applied Physics Letters, 94, 93307 (2009).

본 발명은 높은 캐리어 이동도를 유지하면서, 문턱 전압의 저감 등의 반도체 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 적은 공정으로 균일성이 높은 박막 형성이 가능한 인쇄 적성을 구비한 우수한 전계 효과 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an excellent field effect transistor having a printability capable of forming a thin film having a high uniformity by a small process while improving semiconductor characteristics such as reduction in threshold voltage while maintaining high carrier mobility .

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 반도체 재료로서 특정의 유기 복소환식 화합물 및 특정의 치환기를 갖는 전자 수용성 재료를 유기 용매 중에 혼합한 유기 반도체 재료를 이용한 전계 효과 트랜지스터를 형성한 경우에, 높은 캐리어 이동도를 유지하면서, 문턱 전압의 저감 등의 반도체 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 적은 공정으로 균일성이 높은 박막 형성이 가능한 인쇄 적성을 구비한 실용적인 전계 효과 트랜지스터를 제공할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다. Means for Solving the Problems As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have found that a field effect transistor using an organic semiconductor material obtained by mixing a specific organic heterocyclic compound and an electron-accepting material having a specific substituent in an organic solvent as a semiconductor material is formed There is provided a practical field effect transistor having a printability capable of forming a thin film having high uniformity by a small process as well as improving semiconductor characteristics such as reduction in threshold voltage while maintaining a high carrier mobility The present invention has been completed.

즉, 본 발명은,That is,

(1) 하기식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물을, 적어도 1종류의 유기 용매에 용해 및/또는 분산되어 이루어지는 유기 반도체 재료:(1) An organic semiconductor material comprising an electron-accepting compound having a cyano group and a compound represented by the following formula (1) dissolved and / or dispersed in at least one organic solvent:

Figure 112012063592158-pct00001
Figure 112012063592158-pct00001

(식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 무치환 또는 할로겐 치환 C1-C36 지방족 탄화수소기를 나타냄)(In the formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an unsubstituted or halogen-substituted C 1 -C 36 aliphatic hydrocarbon group)

에 관한 것이다..

상기식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물이 적어도 1종류의 유기 용매에 용해 및/또는 분산되어 이루어지는 유기 반도체 재료를 이용하여, 전계 효과 트랜지스터를 형성한 경우에, 높은 캐리어 이동도를 유지하면서, 문턱 전압의 저감 등의 반도체 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 적은 공정으로 균일성이 높은 박막 형성이 가능한 우수한 인쇄 적성을 구비한 실용적인 전계 효과 트랜지스터를 제공할 수 있다. When a field effect transistor is formed using an organic semiconductor material in which the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group are dissolved and / or dispersed in at least one organic solvent, a high carrier shift It is possible to provide a practical field effect transistor having excellent printability capable of forming a thin film having a high uniformity in a small number of steps as well as improving semiconductor characteristics such as reduction in threshold voltage while maintaining the degree of uniformity.

도 1의 A∼D는 본 발명의 전계 효과 트랜지스터의 구조의 일례를 나타내는 개략도이다. 1A to 1D are schematic views showing an example of the structure of a field effect transistor of the present invention.

(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for carrying out the invention)

본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명은 특정의 유기 복소환식 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물이 적어도 1종류의 유기 용매에 용해 및/또는 분산되어 이루어지는 유기 반도체 재료 그리고 그들을 이용한 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention will be described in detail. The present invention relates to an organic semiconductor material in which an electron-accepting compound having a specific organic heterocyclic compound and a cyano group is dissolved and / or dispersed in at least one organic solvent, and a field effect transistor using the same and a method for manufacturing the same.

먼저, 상기식 (1)로 나타나는 화합물에 대해서 설명한다. 상기식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 무치환 또는 할로겐 치환 C1-C36 지방족 탄화수소기를 나타낸다. 지방족 탄화수소기는, 포화 또는 불포화의 직쇄, 분기쇄 또는 환상의 지방족 탄화수소기이고, 바람직하게는 직쇄 또는 분기쇄의 지방족 탄화수소기이며, 더욱 바람직하게는 직쇄의 지방족 탄화수소기이다. 탄소수는 통상 C1-C36이고, 바람직하게는 C2-C24, 보다 바람직하게는 C4-C20, 더욱 바람직하게는 C6-C12이다. First, the compound represented by the above formula (1) will be described. In the above formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an unsubstituted or halogen-substituted C 1 -C 36 aliphatic hydrocarbon group. The aliphatic hydrocarbon group is a saturated or unsaturated straight chain, branched chain or cyclic aliphatic hydrocarbon group, preferably a straight chain or branched chain aliphatic hydrocarbon group, more preferably a straight chain aliphatic hydrocarbon group. The carbon number is usually C1-C36, preferably C2-C24, more preferably C4-C20, and still more preferably C6-C12.

직쇄 또는 분기쇄의 포화 지방족 탄화수소기의 구체예로서는, 메틸, 에틸, 프로필, iso-프로필, n-부틸, iso-부틸, t-부틸, n-펜틸, iso-펜틸, t-펜틸, sec-펜틸, n-헥실, iso-헥실, n-헵틸, sec-헵틸, n-옥틸, n-노닐, sec-노닐, n-데실, n-운데실, n-도데실, n-트리데실, n-테트라데실, n-펜타데실, n-헥사데실, n-헵타데실, n-옥타데실, n-노나데실, n-에이코실, 도코실, n-펜타코실, n-옥타코실, 5-(n-펜틸)데실, 헨에이코실, 트리코실, 테트라코실, 헥사코실, 헵타코실, 노나코실, n-트리아콘틸, 도트리아콘틸(dotriacontyl), 헥사트리아콘틸 등을 들 수 있다. 또한, 환상의 포화 지방족 탄화수소기의 구체예로서는, 사이클로헥실, 사이클로펜틸, 아다만틸, 노르보닐 등을 들 수 있다. 직쇄 또는 분기쇄의 불포화 지방족 탄화수소기의 구체예로서는 비닐, 알릴, 에이코사디에닐, 11,14-에이코사디에닐, 게라닐(트랜스-3,7-디메틸-2,6-옥타디엔-1-일), 파르네실(트랜스,트랜스-3,7,11-트리메틸-2,6,10-도데카트리엔-1-일), 4-펜테닐, 1-프로피닐, 1-헥시닐, 1-옥티닐, 1-데시닐, 1-운데시닐, 1-도데시닐, 1-테트라데시닐, 1-헥사데시닐, 1-노나데시닐 등을 들 수 있다. Specific examples of the linear or branched saturated aliphatic hydrocarbon group include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, t-butyl, n-pentyl, isopentyl, octyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-heptyl, n-hexyl, N-hexadecyl, n-heptadecyl, n-octadecyl, n-nonadecyl, n-eicosyl, docosyl, n-pentacosyl, n-octacosyl, 5- Heptacosyl, nonacosyl, n-triacontyl, dotriacontyl, hexatriacontyl, and the like can be given. Specific examples of the cyclic saturated aliphatic hydrocarbon group include cyclohexyl, cyclopentyl, adamantyl, and norbornyl. Specific examples of the linear or branched unsaturated aliphatic hydrocarbon group include vinyl, allyl, eicosadienyl, 11,14-eicosadienyl, geranyl (trans-3,7-dimethyl-2,6-octadiene- 1-yl), 4-pentenyl, 1-propynyl, 1-hexynyl, 1- Octynyl, 1-decynyl, 1-undecenyl, 1-dodecenyl, 1-tetradecynyl, 1-hexadecynyl, 1-nonadecynyl and the like.

직쇄, 분기쇄 및 환상의 지방족 탄화수소기 중, 직쇄 또는 분기쇄의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 직쇄의 지방족 탄화수소기가 특히 바람직하다. Among straight-chain, branched-chain and cyclic aliphatic hydrocarbon groups, straight-chain or branched-chain aliphatic hydrocarbon groups are preferable, and straight-chain aliphatic hydrocarbon groups are particularly preferable.

포화 또는 불포화의 지방족 탄화수소기란, 포화의 알킬기, 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 알케닐기 및 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 알키닐기를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 알킬기 또는 알키닐기이며, 더욱 바람직하게는 알킬기이다. 지방족 탄화수소 잔기로서는, 이들 포화 또는 불포화의 지방족 탄화수소기를 조합한 것으로, 즉 지방족 탄화수소기 중의 부위에 탄소-탄소 이중 결합, 탄소-탄소 삼중 결합을 동시에 포함하는 경우도 모두 포함된다. The saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group includes a saturated alkyl group, an alkenyl group having a carbon-carbon double bond, and an alkynyl group having a carbon-carbon triple bond, more preferably an alkyl group or an alkynyl group, Is an alkyl group. Examples of the aliphatic hydrocarbon residue include a combination of these saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon groups, that is, the case where both the carbon-carbon double bond and the carbon-carbon triple bond are contained in the aliphatic hydrocarbon group at the same time.

할로겐 치환 지방족 탄화수소기란, 임의의 종류의 할로겐 원자가 상기의 지방족 탄화수소기의 임의의 위치에 임의의 수로 치환되어 있는 것을 의미한다. 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자를 들 수 있고, 바람직하게는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 보다 바람직하게는 불소 원자 및 브롬 원자를 들 수 있다. 할로겐 치환 지방족 탄화수소기의 구체예로서는, 클로로메틸, 브로모메틸, 트리플루오로메틸, 펜타플루오로에틸, n-퍼플루오로프로필, n-퍼플루오로부틸, n-퍼플루오로펜틸, n-퍼플루오로옥틸, n-퍼플루오로데실, n-(도데카플루오로)-6-요오도헥실, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 등을 들 수 있다. The halogen-substituted aliphatic hydrocarbon group means that any kind of halogen atom is substituted at any position of the aliphatic hydrocarbon group by an arbitrary number. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, preferably a fluorine atom, a chlorine atom and a bromine atom, more preferably a fluorine atom and a bromine atom. Specific examples of the halogen-substituted aliphatic hydrocarbon group include chloromethyl, bromomethyl, trifluoromethyl, pentafluoroethyl, n-perfluoropropyl, n-perfluorobutyl, n-perfluoropentyl, n- N-pentyldecyl, n-hexyldecyl, n-hexyldecyl, n-hexyldecyl, Fluoropropyl, and the like.

상기식 (1)로 나타나는 화합물은, 예를 들면 특허문헌 1 및, 비특허문헌 1에 기재된 공지의 방법에 의해 합성할 수 있다. The compound represented by the above formula (1) can be synthesized by a known method described in, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1.

상기식 (1)로 나타나는 화합물의 정제 방법은, 특별히 한정되지 않고, 재결정, 칼럼 크로마토그래피 및, 진공 승화 정제 등의 공지의 방법을 채용할 수 있다. 또한 필요에 따라서 이들 방법을 조합하여 이용해도 좋다. The method of purifying the compound represented by the formula (1) is not particularly limited, and known methods such as recrystallization, column chromatography and vacuum sublimation purification can be employed. If necessary, these methods may be used in combination.

하기표 1에 상기식 (1)로 나타나는 화합물의 구체예를 나타낸다. Table 1 below shows specific examples of the compound represented by the formula (1).

Figure 112012063592158-pct00002
Figure 112012063592158-pct00002

시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물은, 유기 반도체 재료에 도핑하는 첨가물이며, 특별히 한정되지 않지만, 테트라시아노퀴노디메탄(이후 TCNQ로 약기) 또는 그의 유도체를 들 수 있고, 구체적으로는 TCNQ, 2,3,5,6-테트라플루오로테트라시아노-1,4-벤조퀴노디메탄(이후 F4-TCNQ로 약기), 트리플루오로메틸테트라시아노퀴노디메탄(CF3TCNQ), 2,5-디플루오로테트라시아노퀴노디메탄(F2TCNQ), 플루오로테트라시아노퀴노디메탄(FTCNQ), 테트라시아노에틸렌(TCNE), 11,11,12,12-테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄(TNAP)이나 일본공개특허공보 2008-530773호에 기재된 시아노기를 갖는 퀴노디메탄류가 적합하게 이용된다. 그 중에서도 TCNQ 또는 F4-TCNQ가 특히 바람직하다. The electron-accepting compound having a cyano group is an additive to be doped into an organic semiconductor material and is not particularly limited, but tetracyanoquinodimethane (abbreviated as TCNQ hereinafter) or a derivative thereof can be exemplified. Specifically, TCNQ, 2, 3,5,6-tetrafluorotetracyano-1,4-benzoquinodimethane (hereinafter abbreviated as F4-TCNQ), trifluoromethyl tetracyanoquinodimethane (CF3TCNQ), 2,5-difluoro (FTCNQ), fluorotetracyanoquinodimethane (FTCNQ), tetracyanoethylene (TCNE), 11,11,12,12-tetracyanoantho-2,6-quinodi Methane (TNAP) or quinodimethanes having a cyano group described in JP-A-2008-530773 are suitably used. Of these, TCNQ or F4-TCNQ are particularly preferred.

본 발명의 유기 반도체 재료는, 적어도 상기식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물을 유기 용매에 용해 또는 분산되어 이루어지는 것이지만, 상기식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물을 1종류씩 함유해도, 상기식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물의 한쪽 또는 양쪽 모두의 수 종류의 유도체를 혼합하여 이용해도 좋다. 상기식 (1)로 나타나는 화합물과 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물을 포함하는 유기 반도체 재료 중에 있어서, 상기식 (1)로 나타나는 화합물에 대한 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물의 함유율은 통상 0.1∼40질량%의 범위이지만, 0.1∼20질량%인 것이 바람직하고, 0.1∼10질량%인 것이 보다 바람직하다. 함유율이 40질량%를 초과하면 OFF 전류의 증가에 의해 특성값이 저하해 버린다. TCNQ 또는 F4-TCNQ를 이용하는 경우, 함유율은 10질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. The organic semiconductor material of the present invention is obtained by dissolving or dispersing at least an electron-accepting compound having a cyano group and a compound represented by the formula (1) in an organic solvent. However, the compound represented by the formula (1) Several kinds of derivatives of one or both of the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group may be mixed and used even if the compound contains one kind of the water-soluble compound. In the organic semiconductor material comprising an electron-accepting compound having a cyano group and a compound represented by the formula (1), the content of the electron-accepting compound having a cyano group to the compound represented by the formula (1) is usually 0.1 to 40 mass %, Preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.1 to 10% by mass. When the content ratio exceeds 40 mass%, the characteristic value decreases due to the increase of the OFF current. When TCNQ or F4-TCNQ is used, the content is particularly preferably 10% by mass or less.

본 발명의 유기 반도체 재료에는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한, 전계 효과 트랜지스터의 특성의 개선이나 기타 특성을 부여하기 위해 필요에 따라서 기타 유기 반도체 재료나 각종 첨가제를 혼합해도 좋다. 이들 첨가제로서는, 점도 조정제, 표면 장력 조정제, 레벨링제, 침투제, 레올로지 조정제, 배향제, 분산제 등을 들 수 있다. The organic semiconductor material of the present invention may be mixed with other organic semiconductor materials and various additives as necessary in order to improve the properties of the field effect transistor and impart other properties thereto, so long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of the additives include viscosity modifiers, surface tension modifiers, leveling agents, penetrants, rheology modifiers, aligning agents, and dispersants.

이들 첨가제의 함유율은, 본 발명의 유기 반도체 재료의 총량에 대하여 0∼30질량%이며, 0∼20질량%가 바람직하고, 0∼10질량%가 보다 바람직하다. The content of these additives is 0 to 30 mass%, preferably 0 to 20 mass%, more preferably 0 to 10 mass%, based on the total amount of the organic semiconductor material of the present invention.

본 발명의 유기 반도체 재료는, 식 (1)로 나타나는 화합물 및 전자 수용성 화합물을 용매에 용해 또는 분산되어 유기 반도체 재료의 도포 인쇄 프로세스 적응성을 향상시킨 것이다. 사용할 수 있는 용매로서는 화합물을 기판 상에 성막할 수 있으면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 유기 용매가 바람직하고, 단일의 유기 용매로도, 복수의 유기 용매를 혼합하여 사용할 수도 있다. 구체적으로는 클로로포름, 염화 메틸렌, 디클로로에탄 등의 할로겐 탄화수소계 용매; 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올 등의 알코올계 용매; 옥타플루오로펜탄올, 펜타플루오로프로판올 등의 불화 알코올계 용매; 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 벤조산 에틸, 탄산 디에틸 등의 에스테르계 용매; 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 클로로벤젠, 메시틸렌, 에틸벤젠, 디에틸벤젠, 트리에틸벤젠, 디클로로벤젠, 클로로나프탈렌, 테트라하이드로나프탈렌, 데칼린, 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 사이클로펜탄온, 사이클로헥사논 등의 케톤계 용매; 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 아미드계 용매; 테트라하이드로푸란, 디이소부틸에테르 등의 에테르계 용매; 헥산, 사이클로헥산, 옥탄, 데칸, 테트라인 등의 탄화수소계 용매; 아세토니트릴, 프로피오노니트릴, 부티로니트릴, 벤조니트릴 등의 니트릴계 용매 등을 이용할 수 있고, 이들은 단독으로도, 혼합하여 사용할 수도 있다. 식 (1)로 나타나는 화합물 및 전자 수용성 화합물의 농도는, 용매의 종류나, 제작하는 반도체층의 막두께에 따라 상이하지만, 혼합액 중의 용매에 대하여 총량으로 0.001∼50질량%이며, 0.01∼20질량%인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 반도체 재료는 상기의 유기 용매에 용해 또는 분산되어 있으면 좋지만, 보다 균일한 박막을 형성하는데에 있어서는, 균일한 용액으로서 용해되어 있는 쪽이 바람직하다. The organic semiconductor material of the present invention is one in which the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound are dissolved or dispersed in a solvent to improve the applicability of the organic semiconductor material to the printing process. The solvent which can be used is not particularly limited as long as the compound can be formed on a substrate, but an organic solvent is preferable, and a single organic solvent or a mixture of plural organic solvents may be used. Specific examples thereof include halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, methylene chloride and dichloroethane; Alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and butanol; Fluorinated alcohol solvents such as octafluoropentanol and pentafluoropropanol; Ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl benzoate and diethyl carbonate; Aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, benzene, chlorobenzene, mesitylene, ethylbenzene, diethylbenzene, triethylbenzene, dichlorobenzene, chloronaphthalene, tetrahydronaphthalene, decalin and cyclohexylbenzene; Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, and cyclohexanone; Amide solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; Ether solvents such as tetrahydrofuran and diisobutyl ether; Hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane, octane, decane and tetraene; And nitrile solvents such as acetonitrile, propiononitrile, butyronitrile, and benzonitrile. These solvents may be used alone or in combination. The concentration of the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound varies depending on the kind of the solvent and the film thickness of the semiconductor layer to be produced, but is 0.001 to 50 mass%, preferably 0.01 to 20 mass% %. The semiconductor material of the present invention may be dissolved or dispersed in the above-mentioned organic solvent, but in forming a more uniform thin film, it is preferable that the semiconductor material is dissolved as a homogeneous solution.

본 발명의 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor, 이하 FET로 약기하는 경우가 있음)는, 반도체층에 접하여 소스 전극 및 드레인 전극의 2개의 전극이 있고, 그 2개의 전극 간에 흐르는 전류를, 게이트 절연체층을 개재하여 게이트 전극으로 불리는 다른 하나의 전극에 인가하는 전압으로 제어하는 것이다. 전계 효과 트랜지스터는 상기 유기 박막을 포함하고 있다. A field effect transistor (hereinafter abbreviated as FET) of the present invention has two electrodes, that is, a source electrode and a drain electrode, in contact with the semiconductor layer, and current flowing between the two electrodes is applied to the gate insulator layer To a voltage to be applied to the other electrode called a gate electrode. The field effect transistor includes the organic thin film.

도 1에 본 발명의 전계 효과 트랜지스터의 몇 가지의 태양을 나타내지만, 각 층이나 전극의 배치는, 소자의 용도에 의해 적절히 선택할 수 있다. 또한, 도 1에 있어서 동일한 명칭에는 동일한 번호를 붙이는 것으로 한다. Fig. 1 shows several aspects of the field effect transistor of the present invention, but the arrangement of each layer and the electrode can be appropriately selected depending on the application of the device. In FIG. 1, the same names are assigned to the same names.

다음으로 도 1에 나타내는 본 발명의 전계 효과 트랜지스터의 각 구성 요소에 대해서 설명하지만, 이에 한정되지 않는다. Next, each constituent element of the field-effect transistor of the present invention shown in Fig. 1 will be described, but is not limited thereto.

기판(1)은, 그 위에 형성되는 각 층이 박리되는 일 없이 보존유지할 수 있는 것이 필요하다. 예를 들면, 수지판, 수지 필름, 종이, 유리, 석영, 세라믹 등의 절연성 재료; 금속 또는 합금 등의 도전성 기판 상에 절연층을 코팅한 형성물; 수지와 무기 재료 등과의 각종 조합으로 이루어지는 재료 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 일반적으로 사용되는 수지 필름으로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 셀룰로오스트리아세테이트, 폴리에테르이미드 등을 들 수 있다. 수지 필름 또는 종이를 이용하면, 반도체 소자에 가요성을 갖게할 수 있어, 플렉시블하고 경량이 되어, 실용성이 향상된다. 기판의 두께는, 통상 1㎛∼10㎜이며, 바람직하게는 5㎛∼3㎜이다. It is necessary that the substrate 1 can be stored and maintained without peeling off each layer formed thereon. For example, insulating materials such as resin plates, resin films, paper, glass, quartz, and ceramics; A formation in which an insulating layer is coated on a conductive substrate such as a metal or an alloy; A material composed of various combinations of resins and inorganic materials, and the like can be used. Among them, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polyamide, polyimide, polycarbonate, cellulose triacetate, polyetherimide and the like can be given as examples of commonly used resin films. When a resin film or paper is used, flexibility can be imparted to the semiconductor element, resulting in a flexible and lightweight, and practicality is improved. The thickness of the substrate is usually 1 m to 10 mm, preferably 5 m to 3 mm.

소스 전극(2), 드레인 전극(3), 게이트 전극(6)에는 도전성을 갖는 재료가 이용된다. 예를 들면, 백금, 금, 은, 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 탄탈, 니켈, 코발트, 구리, 철, 연, 주석, 티탄, 인듐, 팔라듐, 몰리브덴, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 리튬, 칼륨, 나트륨 등의 금속 및 그들을 포함하는 합금; InO2, ZnO2, SnO2, ITO 등의 도전성 산화물; 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜(PEDOTㆍPSS 등), 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌비닐렌, 폴리디아세틸렌 등의 도전성 고분자 화합물; BED-TTF 등의 유기 전하 이동 착체; 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소 등의 반도체; 카본 블랙, 풀러렌(fullerene), 카본나노튜브, 그래파이트 등의 탄소 재료 등을 사용할 수 있다. 또한, 도전성 고분자 화합물이나 반도체에는 도핑을 행해도 좋고, 도펀트로서는, 예를 들면, 염산, 황산, 술폰산 등의 산; PF5, AsF5, FeCl3 등의 루이스산; 요오드 등의 할로겐 원자, 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 금속 원자 등이 이용된다. 전극의 접촉 저항을 저하시키기 위해 산화 몰리브덴을 도핑하는 방법이나 금속에 티올 등의 처리를해도 좋다. 또한, 상기 재료에 카본 블랙이나 금, 백금, 은, 구리 등의 금속 입자를 분산한 도전성의 복합재료도 이용된다. 각 전극(2, 3, 6)에는 배선이 연결되지만, 배선도 전극과 거의 동일한 재료로 제작된다. 소스 전극(2), 드레인 전극(3), 게이트 전극(6)의 막두께는, 재료에 따라 상이하지만, 통상 0.1㎚∼100㎛이고, 바람직하게는 0.5㎚∼10㎛이며, 보다 바람직하게는 1㎚∼5㎛이다. Materials having conductivity are used for the source electrode 2, the drain electrode 3, and the gate electrode 6. For example, a metal such as platinum, gold, silver, aluminum, chromium, tungsten, tantalum, nickel, cobalt, copper, iron, lead, tin, titanium, indium, palladium, molybdenum, magnesium, calcium, barium, Of metals and alloys comprising them; Conductive oxides such as InO 2 , ZnO 2 , SnO 2 and ITO; Conductive polymer compounds such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene (PEDOT 占 P ss), polyacetylene, polyparaphenylene vinylene, and polydiacetylene; Organic charge transfer complexes such as BED-TTF; Semiconductors such as silicon, germanium, and gallium arsenide; Carbon materials such as carbon black, fullerene, carbon nanotubes and graphite can be used. The conductive polymer compound or the semiconductor may be doped. As the dopant, for example, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, or sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ; Halogen atoms such as iodine, and metal atoms such as lithium, sodium, and potassium. In order to lower the contact resistance of the electrode, molybdenum oxide may be doped or metal may be treated with thiol. A conductive composite material in which metal particles such as carbon black, gold, platinum, silver and copper are dispersed in the above material is also used. Wiring is connected to each of the electrodes 2, 3 and 6, but the wiring is made of almost the same material as the electrodes. The film thickness of the source electrode 2, the drain electrode 3 and the gate electrode 6 varies depending on the material, but is usually 0.1 nm to 100 m, preferably 0.5 nm to 10 m, 1 nm to 5 탆.

게이트 절연체층(5)은 절연성을 갖는 재료이며, 예를 들면, 폴리파라자일렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리비닐페놀, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리비닐알코올, 폴리아세트산 비닐, 폴리우레탄, 폴리술폰, 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 폴리머 및 이들을 조합한 공중합체; 이산화 규소, 산화 알류미늄, 산화 티탄, 산화 탄탈 등의 산화물; SrTiO3, BaTiO3 등의 강(强)유전성 산화물; 질화 규소, 질화 알루미늄 등의 질화물; 황화물; 불화물 등의 유전체, 혹은 이들 유전체의 입자를 분산시킨 폴리머 등을 사용할 수 있다. 게이트 절연체층(5)의 막두께는, 재료에 따라 상이하지만, 통상 0.1㎚∼100㎛, 바람직하게는 0.5㎚∼50㎛, 보다 바람직하게는 5㎚∼10㎛이다. The gate insulator layer 5 is a material having an insulating property and may be a material such as polyparaxylene, polyacrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl phenol, polyamide, polyimide, polycarbonate, Polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, epoxy resin, and phenol resin, and copolymers thereof; Oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, and tantalum oxide; SrTiO 3, BaTiO 3 A strong dielectric oxide such as; Nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride; sulfide; A fluoride or other dielectric material, or a polymer in which particles of these dielectric materials are dispersed. The film thickness of the gate insulator layer 5 varies depending on the material, but is usually 0.1 nm to 100 탆, preferably 0.5 nm to 50 탆, and more preferably 5 nm to 10 탆.

반도체층(4)에 포함되는 유기 반도체 재료는, 적어도 상기식 (1) 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물로 이루어지지만, 각각의 유도체를 수 종류씩 혼합하여 이용해도 좋고, 당해 반도체 재료를 총량에 대하여 50질량% 이상, 바람직하게는 80질량% 이상, 보다 바람직하게는 95질량% 이상 포함하는 것이 필요하다. 이때, 전계 효과 트랜지스터의 특성 개선이나 기타 특성을 부여하기 위해, 필요에 따라서 기타 유기 반도체 재료나 각종 첨가제를 혼합해도 좋다. 또한 반도체층(4)은 복수의 층으로 이루어져 있어도 좋다. 반도체층(4)의 막두께는, 필요한 기능을 잃지 않는 범위에서, 얇을수록 바람직하다. 전계 효과 트랜지스터에 있어서는, 소정 이상의 막두께가 있으면 반도체 소자의 특성은 막두께에 의존하지 않지만, 막두께가 두꺼워지면 누설 전류가 증가하는 경우가 많다. 반대로 너무 얇으면 전하가 통로(채널)를 형성할 수 없게 되기 때문에, 적절한 막두께는 필요하다. 반도체가 필요한 기능을 나타내기 위한 반도체층의 막두께는, 통상, 0.1㎚∼10㎛, 바람직하게는 0.5㎚∼5㎛, 보다 바람직하게는 1㎚∼3㎛이다. The organic semiconductor material contained in the semiconductor layer 4 is composed of at least the electron-accepting compound having the formula (1) and the cyano group. However, several kinds of the respective derivatives may be used in combination, By mass, preferably not less than 80% by mass, more preferably not less than 95% by mass. At this time, other organic semiconductor materials and various additives may be mixed as needed in order to improve characteristics of the field effect transistor and other characteristics. The semiconductor layer 4 may be composed of a plurality of layers. The film thickness of the semiconductor layer 4 is preferably as small as possible insofar as necessary functions are not lost. In a field effect transistor, if the thickness of the semiconductor element is greater than a predetermined thickness, the characteristics of the semiconductor element do not depend on the film thickness, but the leak current often increases as the film thickness increases. Conversely, if it is too thin, a charge can not form a channel (channel), so that a suitable film thickness is necessary. The film thickness of the semiconductor layer for exhibiting functions necessary for a semiconductor is usually 0.1 nm to 10 mu m, preferably 0.5 nm to 5 mu m, and more preferably 1 nm to 3 mu m.

보호층(7)의 재료로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴 수지, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리비닐알코올, 불소 수지, 폴리올레핀 등의 각종 수지로 이루어지는 막이나, 산화 규소, 산화 알류미늄, 질화 규소 등 , 무기 산화막이나 질화막 등의 유전체로 이루어지는 막이 바람직하게 이용되며, 특히, 산소 투과율이나 흡수율의 낮은 수지(폴리머)가 바람직하다. 또한, 유기 EL 디스플레이용으로 개발되고 있는 보호 재료도 사용이 가능하다. 보호층의 막두께는, 그 목적에 따라서 임의의 막두께를 채용할 수 있지만, 통상 100㎚∼1㎜이다. 보호층을 형성하면, 습도 등의 외기(外氣)의 영향을 작게 할 수 있고, 또한, 디바이스의 ON/OFF비를 올릴 수 있는 등, 전기적 특성 안정화의 이점도 있다. The material of the protective layer 7 is not particularly limited. Examples of the material for the protective layer 7 include an epoxy resin, an acrylic resin such as polymethyl methacrylate, and a resin such as polyurethane, polyimide, polyvinyl alcohol, fluororesin, Film, a film made of a dielectric such as an inorganic oxide film or a nitride film, such as silicon oxide, aluminum oxide or silicon nitride is preferably used, and a resin (polymer) having a low oxygen permeability and a low water absorption rate is particularly preferable. In addition, protective materials developed for organic EL displays can be used. The film thickness of the protective layer can be any film thickness depending on the purpose, but is usually 100 nm to 1 mm. When the protective layer is formed, the influence of the outside air such as humidity can be reduced, and the ON / OFF ratio of the device can be increased.

본 발명의 전계 효과 트랜지스터는, 기판 표면의 세정 처리로서 염산이나 황산, 아세트산 등에 의한 산 처리, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 칼슘, 암모니아 등에 의한 알칼리 처리, 오존 처리, 불소화 처리, 산소나 아르곤 등의 플라즈마 처리, 랭뮤어ㆍ블로젯막의 형성 처리, 그 외의 절연체나 반도체의 박막의 형성 처리, 기계적 처리, 코로나 방전 등의 전기적 처리 등을 행함으로써 우수한 인쇄 적정을 나타낼 수 있지만, 그 외에, 상기한 각 층의 사이나, 반도체 소자의 외면에 필요에 따라서 기타 층을 형성해도 좋다. 또한 반도체층이 적층되는 기판이나 절연체층 상 등에 미리 표면 처리를 행함으로써, 기판, 전극 등과 그 후에 성막되는 반도체층과의 계면 부분의 분자 배향이나 결정성의 제어, 전극 계면이나 절연체층 상의 트랩 부위의 저감에 의해 캐리어 이동도 등의 특성을 개량하거나, 기판 표면의 친수성/소수성의 밸런스를 조정함으로써, 그 위에 성막되는 막의 막질이나 기판으로의 도포성의 개량에 의해 디바이스의 균일성을 더욱 향상시키는 것이 가능하다. 이러한 기판 처리로서는, 예를 들면, 페닐에틸트리클로로실란 등에 의한 실란커플링 처리, 티올 처리나 섬유 등을 이용한 러빙 처리 등을 들 수 있다. The field effect transistor of the present invention can be used for cleaning the surface of a substrate by acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid or the like, alkali treatment with sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide or ammonia, ozone treatment, fluorination treatment, It is possible to exhibit excellent printability by performing plasma treatment, formation of a Langmuir-Blodgett film, formation of a thin film of another insulator or a semiconductor, electrical treatment such as mechanical treatment, corona discharge and the like. In addition, Other layers may be formed on the outer surface of the semiconductor element as required. In addition, by performing surface treatment in advance on a substrate or an insulator layer on which semiconductor layers are stacked, it is possible to control the molecular orientation and crystallinity of the interface portion between the substrate, the electrode and the semiconductor layer to be formed later, It is possible to further improve the uniformity of the device by improving the characteristics such as the carrier mobility by reducing or adjusting the hydrophilicity / hydrophobicity balance of the substrate surface by improving the film quality of the film to be formed thereon or the coating property to the substrate Do. Examples of the substrate treatment include a silane coupling treatment using phenylethyltrichlorosilane and the like, a rubbing treatment using a thiol treatment or a fiber, and the like.

본 발명에 있어서 각 층을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 진공 증착법, 스퍼터법, 도포법, 인쇄법, 졸겔법 등이 적절히 사용할 수 있지만, 생산성을 고려하면, 도포법이나 잉크젯 인쇄 등의 인쇄법이 바람직하다. As the method for forming each layer in the present invention, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method and the like can be used suitably. However, The law is preferable.

다음으로, 본 발명의 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법에 대해서, 도 1의 태양예에 기초하여 이하에 설명한다. Next, a method of manufacturing the field-effect transistor of the present invention will be described below based on the embodiment of Fig.

(기판 및 기판 처리)(Substrate and substrate processing)

본 발명의 전계 효과 트랜지스터는, 상기의 기판(1) 상에 필요한 전극이나 각종의 층을 형성함으로써 제작된다(도 1 참조). 이 기판 상에는 전술의 표면 처리 등을 행하는 것도 가능하다. 기판(1)의 두께는, 필요한 기능을 방해하지 않는 범위에서 얇은 쪽이 바람직하다. 재료에 따라서도 상이하지만, 통상 1㎛∼10㎜이며, 바람직하게는 5㎛∼3㎜이다. The field-effect transistor of the present invention is fabricated by forming necessary electrodes and various layers on the substrate 1 (see Fig. 1). The above-described surface treatment or the like can also be performed on the substrate. It is preferable that the thickness of the substrate 1 is thin within a range that does not hinder necessary functions. But it is usually 1 m to 10 mm, preferably 5 m to 3 mm.

(소스 전극 및 드레인 전극의 형성)(Formation of source electrode and drain electrode)

상기의 전극 재료 등을 이용하여 기판(1) 상에 소스 전극(2) 및 드레인 전극(3)을 형성한다. 소스 전극(2) 및 드레인 전극(3)의 재료는 동일해도, 상이해도 좋다. 전극을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 진공 증착법, 스퍼터법, 도포법, 열전사법, 인쇄법, 졸겔법 등을 들 수 있다. 성막시 또는 성막 후, 소망하는 형상이 되도록 필요에 따라서 패터닝을 행하는 것이 바람직하다. 패터닝의 방법으로서도 각종의 방법을 사용할 수 있지만, 예를 들면 포토 레지스트의 패터닝과 에칭을 조합한 포토리소그래피법 등을 들 수 있다. 또한, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 볼록판 인쇄 등의 인쇄법, 마이크로콘택트 프린팅법 등의 소프트리소그래피법 및, 이들 수법을 복수 조합한 수법을 이용하여, 패터닝하는 것도 가능하다. 소스 전극(2) 및 드레인 전극(3)의 막두께는, 재료에 따라서도 상이하지만, 통상 0.1㎚∼100㎛이고, 바람직하게는 0.5㎚∼10㎛이며, 보다 바람직하게는 1㎚∼5㎛이다. 소스 전극(2) 및 드레인 전극(3)의 막두께는 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. The source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed on the substrate 1 by using the electrode material or the like. The materials of the source electrode 2 and the drain electrode 3 may be the same or different. Examples of the method for forming the electrode include a vacuum evaporation method, a sputtering method, a coating method, a thermal transfer method, a printing method, a sol-gel method and the like. It is preferable to perform patterning as necessary so as to be in a desired shape at the time of film formation or after film formation. As the patterning method, various methods can be used. For example, a photolithography method in which patterning and etching of a photoresist are combined can be used. It is also possible to perform patterning by a printing method such as inkjet printing, screen printing, offset printing, and printing of a relief plate, a soft lithography method such as a micro contact printing method, or a combination of a plurality of these methods. Though the thicknesses of the source electrode 2 and the drain electrode 3 vary depending on the material, they are usually 0.1 nm to 100 탆, preferably 0.5 nm to 10 탆, and more preferably 1 nm to 5 탆 to be. The film thicknesses of the source electrode 2 and the drain electrode 3 may be the same or different.

(반도체층의 형성)(Formation of semiconductor layer)

반도체층은 상기에서 설명한 유기 반도체 재료를 이용하여 도포 인쇄 프로세스에 의해 성막된 유기 박막이다. 유기 박막을 유기 반도체 박막이라고 바꾸어 말할 수도 있다. 도포 인쇄 프로세스란, 용매 가용성을 갖는 유기 반도체 재료, 예를 들면 본 발명의 상기식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물을 미리 유기 용매에 용해 또는 분산되어, 얻어진 유기 반도체 재료의 용해액을 도포 또는 인쇄하고, 건조하여 우수한 반도체 특성을 갖는 반도체층을 용이하게 형성할 수 있는 반도체층의 제작 방법을 말한다. 도포 또는 인쇄에 의한 제조 방법, 즉 도포 인쇄 프로세스는 디바이스 제조시의 환경을 진공이나 고온 상태로 할 필요가 없고, 대면적의 전계 효과 트랜지스터를 저비용으로 제조할 수 있기 때문에 공업적으로도 유리하여, 각종 반도체층의 제작 방법 중에서도 특히 바람직하다. The semiconductor layer is an organic thin film formed by the application printing process using the organic semiconductor material described above. The organic thin film may be referred to as an organic semiconductor thin film. The application printing process is a process in which an organic semiconductor material having solvent solubility, for example, an electron-accepting compound having the formula (1) of the present invention and a cyano group is dissolved or dispersed in an organic solvent in advance, Refers to a method of manufacturing a semiconductor layer that can easily form a semiconductor layer having excellent semiconductor characteristics by applying or printing a solution, and drying the solution. The manufacturing method by application or printing, that is, the application printing process, is advantageous industrially because it is not necessary to set the environment for device manufacturing to a vacuum or a high temperature state, and a large area field effect transistor can be manufactured at low cost, And is particularly preferable among various semiconductor layer production methods.

구체적으로는, 상기식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물을 용매에 용해, 또는 분산함으로써 본 발명의 유기 반도체 재료를 조제한다. 식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물은 동시에 용해, 또는 분산화하거나, 개별적으로 용매에 용해 또는 분산한 후에 혼합하여 조제해도 좋다. 본 발명의 유기 반도체 재료 중에 있어서의 식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물의 농도(이들 화합물을 각각 복수 종류 사용한 경우는, 복수 종류의 화합물의 총 농도)는, 용매의 종류나, 제작하는 반도체층의 막두께에 따라 상이하지만, 용액 총량에 대하여 통상 0.001∼50질량%이고, 0.01∼20질량%인 것이 바람직하다. 반도체층의 성막성의 향상이나 전계 효과 트랜지스터 특성의 개선, 기타 특성을 부여하기 위해 첨가제나 타종의 반도체 재료를 혼합하는 것도 가능하다. Specifically, the organic semiconductor material of the present invention is prepared by dissolving or dispersing the compound represented by the above formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group in a solvent. The compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group may be dissolved or dispersed at the same time, or they may be mixed and dissolved after dissolving or dispersing in a solvent. In the organic semiconductor material of the present invention, the concentration of the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group (when plural kinds of these compounds are respectively used, the total concentration of the plural kinds of compounds) And the film thickness of the semiconductor layer to be produced, it is usually 0.001 to 50 mass%, preferably 0.01 to 20 mass%, based on the total amount of the solution. It is also possible to mix additives and other kinds of semiconductor materials in order to improve the film forming property of the semiconductor layer, improve the characteristics of the field effect transistor, and other characteristics.

유기 반도체 재료를 조제하려면, 상기식 (1)로 나타나는 화합물 및 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물을 용매에 용해, 또는 분산할 필요가 있지만, 경우에 따라 가열 용해 처리를 행해도 좋다. 또한 얻어진 유기 반도체 재료를 필터를 이용해 여과하여, 불순물 등을 제거해도 좋다. 이를 기판 상에 도포하면, 반도체층의 성막성의 향상을 볼 수 있어, 적합하게 사용할 수 있다. In order to prepare an organic semiconductor material, it is necessary to dissolve or disperse the compound represented by the formula (1) and the electron-accepting compound having a cyano group in a solvent, but it may be subjected to a heating and dissolving treatment as occasion demands. The obtained organic semiconductor material may be filtered using a filter to remove impurities and the like. When this is coated on a substrate, the film-forming property of the semiconductor layer can be improved, and thus it can be suitably used.

상기와 같이 조제한 유기 반도체 재료를, 기판(소스 전극 및 드레인 전극의 노출부)에 도포한다. 도포법으로서는, 캐스팅, 스핀 코팅, 딥 코팅, 블레이드 코팅, 와이어 바 코팅, 스프레이 코팅 등의 코팅법; 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 볼록판 인쇄, 그라비어 인쇄 등의 인쇄법; 마이크로콘택트 프린팅법 등의 소프트리소그래피법 등, 나아가서는 이들 수법을 복수 조합한 방법을 채용할 수 있다. 또한, 도포법에 유사한 방법으로서 수면 상에 상기의 유기 반도체 재료를 적하함으로써 제작한 반도체층의 단분자막을 기판에 옮겨 적층하는 랭뮤어ㆍ블로젯법, 액정이나 융액 상태의 재료를 2매의 기판으로 끼워 모관(毛管) 현상으로 기판 간에 도입하는 방법 등도 채용할 수 있다. 이들 방법에 의해 제작되는 반도체층의 막두께는, 기능을 손상시키지 않는 범위에서 얇은 쪽이 바람직하다. 막두께가 커지면 누설 전류가 증대하는 경우가 있다. 반도체층의 막두께는, 상기의 반도체층(4)과 동일하다. The organic semiconductor material prepared as described above is applied to the substrate (the exposed portion of the source electrode and the drain electrode). As the coating method, coating methods such as casting, spin coating, dip coating, blade coating, wire bar coating, spray coating and the like; Printing methods such as inkjet printing, screen printing, offset printing, relief printing, and gravure printing; A soft lithography method such as a micro contact printing method, or a combination of a plurality of these methods. As a similar method to the application method, a Langmuir-Blodgett method in which a monomolecular film of a semiconductor layer produced by dropping the organic semiconductor material on a water surface is transferred to a substrate and laminated, a liquid crystal or a molten material is sandwiched between two substrates And a method of introducing it between the substrates by a capillary phenomenon can be employed. It is preferable that the film thickness of the semiconductor layer produced by these methods be thin within a range that does not impair the function. When the film thickness increases, the leakage current may increase. The film thickness of the semiconductor layer is the same as that of the semiconductor layer 4 described above.

이와 같이 제작된 반도체층은, 후처리에 의해 반도체 특성을 개량할 수 있다. 예를 들면, 반도체층을 형성한 후에 기판을 열처리함으로써, 성막시에 발생한 막 중의 뒤틀림이 완화되어, 막 중의 배열ㆍ배향을 제어할 수 있는 등의 이유에 의해, 반도체 특성의 향상이나 안정화를 도모할 수 있어, 핀홀 등도 저감할 수 있다. 열처리는 반도체층이 형성되어 있으면 어느 단계에서 행해도 좋다. 열처리의 온도는 특별히 제한은 없지만, 통상 실온∼150℃에서, 바람직하게는 40∼120℃, 더욱 바람직하게는 45∼100℃이다. 열처리의 시간은, 특별히 제한은 없지만, 통상 1초∼24시간, 바람직하게는 1분∼1시간이다. 열처리시의 분위기는 대기 중에서도 좋지만, 질소나 아르곤 등의 불활성 분위기하에서도 좋다. The semiconductor layer thus fabricated can improve the semiconductor characteristics by post-processing. For example, after the semiconductor layer is formed, the substrate is heat-treated to alleviate warpage of the film formed during film formation and to control the arrangement and orientation of the film, thereby improving or stabilizing the semiconductor characteristics The pinholes and the like can be reduced. The heat treatment may be performed at any stage as far as the semiconductor layer is formed. The temperature of the heat treatment is not particularly limited, but is usually from room temperature to 150 占 폚, preferably from 40 to 120 占 폚, and more preferably from 45 to 100 占 폚. The heat treatment time is not particularly limited, but is usually 1 second to 24 hours, preferably 1 minute to 1 hour. The atmosphere during the heat treatment may be an atmosphere, but may be an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

(게이트 절연체층의 형성)(Formation of gate insulator layer)

상기의 절연체 재료 등을 이용하여 반도체층(4) 상에 게이트 절연체층(5)을 형성한다(도 1 참조). 게이트 절연체층(5)의 형성 방법으로서는, 예를 들면 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 캐스팅, 바 코팅, 블레이드 코팅 등의 도포법; 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 잉크젯 등의 인쇄법; 진공 증착법, 분자선 에피택셜(epitaxial) 성장법, 이온 클러스터 빔법, 이온 플레이팅법, 스퍼터링법, 대기압 플라즈마법, CVD법 등의 드라이 프로세스법 등을 들 수 있다. 또한, 졸겔법이나 알루미늄 상의 알루마이트와 같이 금속 표면에 산화물막을 형성하는 방법도 사용할 수 있다. The gate insulator layer 5 is formed on the semiconductor layer 4 using the above-mentioned insulator material or the like (see Fig. 1). Examples of the method of forming the gate insulator layer 5 include coating methods such as spin coating, spray coating, dip coating, casting, bar coating, and blade coating; Screen printing, offset printing, ink jet printing; A vacuum evaporation method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, an ion plating method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, and a CVD method. In addition, a method of forming an oxide film on a metal surface such as a sol-gel method or an alumite on an aluminum surface can also be used.

게이트 절연체층(5)의 막두께는, 그 기능을 손상시키지 않는 범위에서 얇은 쪽이 바람직하고, 통상 0.1㎚∼100㎛이고, 바람직하게는 0.5㎚∼50㎛이며, 보다 바람직하게는 5㎚∼10㎛이다. The film thickness of the gate insulator layer 5 is preferably thinner within a range that does not impair its function, and is usually 0.1 nm to 100 탆, preferably 0.5 nm to 50 탆, more preferably 5 nm- 10 mu m.

(게이트 전극의 형성)(Formation of gate electrode)

게이트 전극(6)은, 소스 전극(2) 및 드레인 전극(3)의 작성 방법과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 막두께는, 재료에 따라서도 상이하지만, 통상 1㎚∼100㎛이고, 바람직하게는 0.5㎚∼10㎛이며, 보다 바람직하게는 1㎚∼5㎛이다. The gate electrode 6 can be formed by the same method as that for forming the source electrode 2 and the drain electrode 3. The film thickness varies depending on the material, but is usually 1 nm to 100 탆, preferably 0.5 nm to 10 탆, and more preferably 1 nm to 5 탆.

(보호층)(Protective layer)

상기의 보호층 재료를 사용하여 보호층(7)을 형성하면, 외기의 영향을 최소한으로 할 수 있어, 전계 효과 트랜지스터의 전기적 특성을 안정화할 수 있다는 이점이 있다(도 1 참조). 보호층(7)의 막두께는, 그 목적에 따라서 임의의 막두께를 채용할 수 있지만, 통상 100㎚∼1㎜이다. 보호층을 성막하려면 각종의 방법을 채용할 수 있지만, 보호층이 수지로 이루어지는 경우는, 예를 들면, 수지를 함유하는 용액을 도포 후에 건조시켜 수지막으로 하는 방법, 수지 모노머를 도포 혹은 증착한 후에 중합하는 방법 등을 들 수 있고, 성막 후에 가교 처리를 행해도 좋다. 보호층이 무기물로 이루어지는 경우는, 예를 들면, 스퍼터링법, 증착법 등의 진공 프로세스에서의 형성 방법이나, 졸겔법 등의 도포 인쇄 프로세스에서의 형성 방법을 이용할 수 있다. 본 발명의 전계 효과 트랜지스터는, 보호층을 반도체층 표면 외에, 각 층의 사이에도 필요에 따라서 형성할 수 있다. 설치된 보호층은, 전계 효과 트랜지스터의 전기적 특성의 안정화에 도움이 되는 경우가 있다. When the protective layer 7 is formed using the above-mentioned protective layer material, the influence of the outside air can be minimized, and the electric characteristics of the field effect transistor can be stabilized (see Fig. 1). The film thickness of the protective layer 7 may be any film thickness depending on the purpose, but is usually 100 nm to 1 mm. Various methods can be employed to form the protective layer. When the protective layer is made of resin, for example, there can be used a method in which a solution containing a resin is applied and then dried to form a resin film, a method in which a resin monomer is applied or vapor- Followed by polymerization, and the like. The crosslinking treatment may be carried out after the film formation. When the protective layer is made of an inorganic material, for example, a forming method in a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a forming method in a coating printing process such as a sol-gel method can be used. In the field-effect transistor of the present invention, the protective layer can be formed between the layers other than the surface of the semiconductor layer, if necessary. The protective layer provided may help stabilize the electrical characteristics of the field effect transistor.

일반적으로 전계 효과 트랜지스터의 동작 특성은, 반도체층의 캐리어 이동도, 전도도, 절연층의 정전 용량, 소자의 구성(소스ㆍ드레인 전극 간 거리 및 폭, 절연층의 막두께 등) 등에 의해 결정된다. 전계 효과 트랜지스터의 반도체층에 이용되는 유기 재료에는, 높은 캐리어 이동도가 요구되지만, 저비용으로 제조할 수 있는 본 발명의 상기식 (1)로 나타나는 화합물은 유기 반도체 재료로서 높은 캐리어 이동도를 발현한다. 또한, 본 발명의 전계 효과 트랜지스터는 비교적 저온 프로세스에서의 제조가 가능하고, 고온 조건하에서는 사용할 수 없는 플라스틱판, 플라스틱 필름 등의 플렉시블한 재질도 기판으로서 이용할 수 있다. 그 결과, 경량이고 유연성이 우수한 부서지기 어려운 소자의 제조가 가능하여, 디스플레이의 액티브 매트릭스의 스위칭 소자 등으로서 이용할 수 있다. 디스플레이로서는, 예를 들면 액정 디스플레이, 고분자 분산형 액정 디스플레이, 전기 영동형 디스플레이, EL 디스플레이, 일렉트로크로믹형 디스플레이, 입자 회전형 디스플레이 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 전계 효과 트랜지스터는, 성막성이 양호한 점에서, 도포 등의 도포 인쇄 프로세스에서 제조할 수 있고, 종래의 진공 증착 프로세스와 비교하여 매우 저비용으로 대면적 디스플레이 용도의 전계 효과 트랜지스터의 제조에도 적용할 수 있다. In general, the operating characteristics of the field effect transistor are determined by the carrier mobility of the semiconductor layer, the conductivity, the capacitance of the insulating layer, the configuration of the element (the distance and width between the source and the drain electrodes, the thickness of the insulating layer, etc.). Although the organic material used for the semiconductor layer of the field effect transistor requires high carrier mobility, the compound represented by the formula (1) of the present invention, which can be produced at low cost, exhibits high carrier mobility as an organic semiconductor material . Further, the field-effect transistor of the present invention can be used in a flexible material such as a plastic plate or a plastic film which can be manufactured in a relatively low-temperature process and can not be used under high-temperature conditions. As a result, it is possible to manufacture a lightweight, highly flexible and brittle element, and can be used as a switching element of an active matrix of a display and the like. Examples of the display include a liquid crystal display, a polymer dispersed liquid crystal display, an electrophoretic display, an EL display, an electrochromic display, a particle rotating display, and the like. In addition, the field-effect transistor of the present invention can be manufactured by a coating-printing process such as coating because of good film-forming property, and can be manufactured at a very low cost in comparison with a conventional vacuum deposition process in the manufacture of a field effect transistor .

본 발명의 전계 효과 트랜지스터는, 메모리 회로 소자, 신호 드라이버 회로 소자, 신호 처리 회로 소자 등의 디지털 소자나 아날로그 소자로서도 이용할 수 있고, 이들을 조합함으로써 IC 카드나 IC 태그의 제작이 가능하다. 또한, 본 발명의 전계 효과 트랜지스터는 화학 물질 등의 외부 자극에 의해 그 특성에 변화를 일으킬 수 있기 때문에, FET 센서로서의 이용도 기대할 수 있다. The field effect transistor of the present invention can be used as a digital element or an analog element such as a memory circuit element, a signal driver circuit element, and a signal processing circuit element, and by combining these elements, an IC card or an IC tag can be manufactured. Further, since the field effect transistor of the present invention can cause a change in its characteristics due to an external stimulus such as a chemical substance, its use as an FET sensor can also be expected.

또한, 본 발명에는 이하의 (2)∼(7)의 형태가 포함된다. Further, the present invention includes the following forms (2) to (7).

(2) 식 (1)에 있어서의 R1 및 R2가 각각 독립적으로 C12 이하의 직쇄의 지방족 탄화수소기인 (1)에 기재된 유기 반도체 재료,(2) The organic semiconductor material according to (1), wherein R 1 and R 2 in formula (1) are each independently a linear aliphatic hydrocarbon group of C 12 or less,

(3) 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물이 테트라시아노퀴노디메탄 또는 그의 유도체인 (1) 또는 (2)에 기재된 유기 반도체 재료,(3) The organic semiconductor material according to (1) or (2), wherein the electron-accepting compound having a cyano group is tetracyanoquinodimethane or a derivative thereof,

(4) 식 (1)로 나타나는 화합물에 대한 시아노기를 갖는 전자 수용성 화합물의 함유량이 10질량% 이하인 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 유기 반도체 재료,(4) The organic semiconductor material according to any one of (1) to (3), wherein the content of the electron-accepting compound having a cyano group to the compound represented by the formula (1) is 10 mass%

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 유기 반도체 재료로부터 얻어진 유기 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터,(5) A field effect transistor comprising an organic thin film obtained from the organic semiconductor material according to any one of (1) to (4)

(6) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 유기 반도체 재료를 도포 또는 인쇄하고, 건조함으로써 유기 박막을 형성하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법,(6) A method for manufacturing a field effect transistor in which an organic thin film is formed by applying or printing the organic semiconductor material according to any one of (1) to (4)

(7) 게이트 전극, 게이트 절연체층, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 구비하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법으로서, 기판 혹은 게이트 절연체층 상의 소스 전극과 드레인 전극과의 사이에 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 유기 반도체 재료를 도포 또는 인쇄하고, 건조함으로써 유기 박막을 형성하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.(7) A method for manufacturing a field effect transistor including a gate electrode, a gate insulator layer, a semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode, comprising the steps of: (1) ), And drying the organic semiconductor material to form an organic thin film.

실시예Example

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다. 실시예 중, 부(部)는 특별히 지정하지 않는 한 질량부를, 또한 %는 질량%를 각각 나타낸다. 또한, 반도체 재료의 조제로부터 반도체 특성의 평가까지 모두 대기 중에서 행했다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In the examples, parts denote parts by mass unless otherwise specified, and% denotes mass%, respectively. From the preparation of the semiconductor material to the evaluation of the semiconductor characteristics, all were performed in the air.

(스톡 용액의 조제)(Preparation of stock solution)

표 1에 기재된 화합물(11)을 2%가 되도록 클로로포름에 용해시켜, 화합물(11)의 스톡 용액을 조제했다. 한편, TCNQ(도쿄카세이 제조) 및 F4-TCNQ(도쿄카세이 제조)를 각각 0.2%가 되도록 아세토니트릴에 용해시켜, TCNQ 및 F4-TCNQ의 스톡 용액을 각각 조제했다. The compound (11) shown in Table 1 was dissolved in chloroform so as to have a concentration of 2% to prepare a stock solution of the compound (11). TCNQ and F4-TCNQ stock solutions were prepared by dissolving TCNQ (manufactured by Tokyo Kasei) and F4-TCNQ (manufactured by Tokyo Kasei) in acetonitrile to 0.2%, respectively.

〔실시예 1〕[Example 1]

(반도체 재료의 조제)(Preparation of semiconductor material)

화합물(11)의 스톡 용액을 100부, TCNQ의 스톡 용액을 20부, 클로로포름 80부를 각각 혼합하여, 화합물(11)을 1%, TCNQ를 0.02% 포함하는 클로로포름-아세토니트릴(9:1)의 유기 반도체 재료의 혼합 용액 1을 조제했다. 100 parts of the stock solution of the compound (11), 20 parts of the stock solution of TCNQ and 80 parts of chloroform were mixed to prepare a chloroform-acetonitrile (9: 1) solution containing 1% of the compound (11) and 0.02% A mixed solution 1 of an organic semiconductor material was prepared.

(트랜지스터 소자의 작성)(Fabrication of transistor element)

UVㆍ오존 처리한 300㎚의 SiO2 열산화막 부착 n 도프 실리콘 웨이퍼 상에 미리 조제한 화합물(11) 및 TCNQ를 포함하는 혼합 용액 1을 스핀 코팅법에 의해 도포한 후, 이 기판을 핫 플레이트 상에서 80℃하에서 10분간 가열한 후, 120℃에서 1분간 건조시켜, 유기 박막을 형성시켰다. 이 유기 박막 상에 메탈 마스크를 이용한 진공 증착법에 의해 소스 전극 및 드레인 전극(채널 길이 50㎛, 채널 폭 2㎜)으로서 금을 증착하고, 바텀 게이트-탑 컨택트 소자를 제작했다. The mixed solution 1 containing the previously prepared compound (11) and TCNQ was coated on an n-doped silicon wafer with a 300 nm SiO 2 thermally oxidized film treated with UV ozone by a spin coating method, Lt; 0 > C for 10 minutes, and then dried at 120 DEG C for 1 minute to form an organic thin film. On this organic thin film, gold was deposited as a source electrode and a drain electrode (channel length: 50 mu m, channel width: 2 mm) by vacuum deposition using a metal mask to produce a bottom gate-top contact element.

(특성 평가)(Characteristic evaluation)

얻어진 유기 전계 효과 트랜지스터에 반도체 파라미터(Agilent사 제조 4155C)를 이용하여, 드레인 전압을 -60V, 게이트 전압(Vg)을 +20∼-80V로 변화시킨 조건으로 1개의 기판 상의 4개의 반도체 특성을 평가했다. 그 결과, 산출된 4개의 전극의 이동도의 평균값은 0.31㎠/Vs, 기판 내의 불균일을 나타내는 지표인 표준 편차는 0.02㎠/Vs였다. 또한, 문턱 전압은, 평균 -29V, 표준 편차 1.3V이고, ON 전류는 2.3×10-4A, 표준 편차 2.6×10-5A, 높은 반도체 특성과 기판 내의 균일성을 나타냈다. 또한, OFF 전류는, 10-11A 오더이고, 전자 수용성 재료를 첨가했을 때에도 OFF 전류의 상승은 보이지 않았다. 또한 대기 중에 1주간 폭로한 경우에서도 이동도는 0.32㎠/Vs, 문턱 전압 -31V, ON 전류 2.2×10-4A로, 우수한 반도체 특성을 유지하고 있었다. Four semiconductor characteristics on one substrate were evaluated using a semiconductor parameter (4155C, manufactured by Agilent Co., Ltd.) as the obtained organic field effect transistor under the condition that the drain voltage was changed to -60 V and the gate voltage (Vg) was changed to +20 to -80 V did. As a result, the average value of the calculated mobility of the four electrodes was 0.31 cm 2 / Vs, and the standard deviation, which is an index showing the unevenness in the substrate, was 0.02 cm 2 / Vs. The threshold voltage was -29 V on average and the standard deviation was 1.3 V. The ON current was 2.3 × 10 -4 A and the standard deviation was 2.6 × 10 -5 A, indicating high semiconductor characteristics and uniformity in the substrate. The OFF current was on the order of 10 -11 A, and no increase in OFF current was observed even when an electron-accepting material was added. In addition, even when exposed for one week in the atmosphere, the mobility was 0.32 cm 2 / Vs, the threshold voltage was -31 V, and the ON current was 2.2 × 10 -4 A. The excellent semiconductor characteristics were maintained.

〔실시예 2〕[Example 2]

(반도체 재료의 조제)(Preparation of semiconductor material)

화합물(11)의 스톡 용액을 100부, TCNQ의 스톡 용액을 10부, 클로로포름 80부, 아세토니트릴 10부를 각각 혼합하여, 화합물(11)을 1%, TCNQ를 0.01% 포함하는 클로로포름-아세토니트릴(9:1)의 유기 반도체 재료의 혼합 용액 2를 조제했다. 100 parts of the stock solution of the compound (11), 10 parts of the stock solution of TCNQ, 80 parts of chloroform and 10 parts of acetonitrile were mixed to obtain chloroform-acetonitrile containing 1% of the compound (11) 9: 1) was prepared.

(트랜지스터 소자의 작성)(Fabrication of transistor element)

반도체 재료를 혼합 용액 1로부터 혼합 용액 2로 변경하는 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 바텀 게이트-탑 컨택트 소자를 제작했다. A bottom gate-top contact device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor material was changed from the mixed solution 1 to the mixed solution 2.

(특성 평가)(Characteristic evaluation)

실시예 1과 동일한 조건으로 반도체 특성을 평가했다. 4개의 전극의 이동도의 평균값은 0.58㎠/Vs, 기판 내의 불균일을 나타내는 지표인 표준 편차는 0.038㎠/Vs였다. 또한, 문턱 전압은, 평균 -26V, 표준 편차 0.9V이고, ON 전류는 4.5×10-4A, 표준 편차 3.7×10-6A로, 높은 반도체 특성과 기판 내의 균일성을 나타냈다. 또한, OFF 전류는, 10-11A오더이고, 전자 수용성 재료를 첨가했을 때에도 OFF 전류의 상승은 없었다. 또한 대기 중에 1주간 폭로한 경우에서도 이동도는 0.59㎠/Vs, 문턱 전압 -30V, ON 전류 4.1×10-4A로, 우수한 반도체 특성을 유지하고 있었다. The semiconductor characteristics were evaluated under the same conditions as in Example 1. The average value of the mobility of the four electrodes was 0.58 cm 2 / Vs, and the standard deviation, which is an index showing the unevenness in the substrate, was 0.038 cm 2 / Vs. The threshold voltage was an average of -26 V and a standard deviation of 0.9 V. The ON current was 4.5 × 10 -4 A and the standard deviation was 3.7 × 10 -6 A, indicating high semiconductor characteristics and uniformity within the substrate. The OFF current was on the order of 10 -11 A, and the OFF current did not rise even when the electron-accepting material was added. In addition, even when exposed for one week in the atmosphere, the mobility was 0.59 cm 2 / Vs, the threshold voltage was -30 V, and the ON current was 4.1 × 10 -4 A. The excellent semiconductor characteristics were maintained.

〔실시예 3〕[Example 3]

(반도체 재료의 조제)(Preparation of semiconductor material)

 화합물(11)의 스톡 용액을 100부, F4-TCNQ의 스톡 용액을 20부, 클로로포름 80부를 각각 혼합하여, 화합물(11)을 1%, F4-TCNQ를 0.02% 포함하는 클로로포름-아세토니트릴(9:1)의 유기 반도체 재료의 혼합 용액 3을 조제했다. 100 parts of the stock solution of the compound (11), 20 parts of the stock solution of F4-TCNQ and 80 parts of chloroform were mixed to obtain chloroform-acetonitrile (9) containing 1% of the compound (11) and 0.02% of F4- : 1) was prepared.

(트랜지스터 소자의 작성)(Fabrication of transistor element)

 반도체 재료를 혼합 용액 1로부터 혼합 용액 3으로 변경하는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 바텀 게이트-탑 컨택트 소자를 제작했다. A bottom gate-top contact device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor material was changed from the mixed solution 1 to the mixed solution 3.

(특성 평가)(Characteristic evaluation)

실시예 1과 동일한 조건으로 반도체 특성을 평가했다. 4개의 전극의 이동도의 평균값은 0.42㎠/Vs, 기판 내의 불균일을 나타내는 지표인 표준 편차는 0.007㎠/Vs였다. 또한, 문턱 전압은, 평균 -20V, 표준 편차 0.3V이고, ON 전류는 4.0×10-4A, 표준 편차 9.1×10-6A로, 높은 반도체 특성과 기판 내의 균일성을 나타냈다. 또한, OFF 전류는, 10-11A오더이고, 전자 수용성 재료를 첨가했을 때에도 OFF 전류의 상승은 없었다. 또한 대기 중에 1주간 폭로한 경우에서도 이동도는 0.42㎠/Vs, 문턱 전압 -20V, ON 전류 3.9×10-4A로, 우수한 반도체 특성을 유지하고 있었다. The semiconductor characteristics were evaluated under the same conditions as in Example 1. The average value of the mobility of the four electrodes was 0.42 cm 2 / Vs, and the standard deviation, which is an index indicating the unevenness in the substrate, was 0.007 cm 2 / Vs. The threshold voltage was -20 V on average and a standard deviation of 0.3 V. The ON current was 4.0 × 10 -4 A and the standard deviation was 9.1 × 10 -6 A, indicating high semiconductor characteristics and uniformity in the substrate. The OFF current was on the order of 10 -11 A, and the OFF current did not rise even when the electron-accepting material was added. In addition, even when exposed for one week in the atmosphere, the mobility was 0.42 cm 2 / Vs, the threshold voltage was -20 V, and the ON current was 3.9 × 10 -4 A. The excellent semiconductor characteristics were maintained.

〔비교예 1〕[Comparative Example 1]

(반도체 재료의 조제)(Preparation of semiconductor material)

상기의 화합물(11)의 스톡 용액을 100부, 클로로포름을 80부, 아세토니트릴 20부를 각각 혼합하여, 전자 수용성 화합물을 포함하지 않는, 화합물(11)을 1% 클로로포름-아세토니트릴(9:1)의 유기 반도체 재료의 혼합 용액 4를 조제했다. Compound 11 was dissolved in 1% chloroform-acetonitrile (9: 1) containing no electron-accepting compound by mixing 100 parts of the stock solution of the compound (11), 80 parts of chloroform and 20 parts of acetonitrile, Of the organic semiconductor material was prepared.

(트랜지스터 소자의 작성)(Fabrication of transistor element)

반도체 재료를 혼합 용액 1로부터 혼합 용액 4로 변경하는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 바텀 게이트-탑 컨택트 소자를 제작했다. A bottom gate-top contact device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor material was changed from the mixed solution 1 to the mixed solution 4.

(특성 평가)(Characteristic evaluation)

 실시예 1과 동일한 조건으로 반도체 특성을 평가했다. 4개의 전극의 이동도의 평균값은 0.22㎠/Vs, 기판 내의 불균일을 나타내는 지표인 표준 편차는 0.062㎠/Vs였다. 또한, 문턱 전압은, 평균 -44V, 표준 편차 1.5V이고, ON 전류는 8.3×10-5A, 표준 편차 2.9×10-5A이며, 이동도 및 ON 전류는 실시예 1, 2에 비하여 낮고, 문턱 전압은 커졌다. 또한, 각 특성의 불균일을 나타내는 표준 편차도 실시예에 비하여 큰 것을 나타냈다. The semiconductor characteristics were evaluated under the same conditions as in Example 1. The average value of the mobility of the four electrodes was 0.22 cm 2 / Vs, and the standard deviation, which is an index indicating the unevenness in the substrate, was 0.062 cm 2 / Vs. The threshold voltage was -44 V and the standard deviation was 1.5 V. The ON current was 8.3 10 -5 A and the standard deviation was 2.9 10 -5 A. The mobility and the ON current were lower than those in Examples 1 and 2 , The threshold voltage is increased. In addition, the standard deviation showing the unevenness of each characteristic was also larger than that in the examples.

이상의 반도체 특성의 평가 결과로부터, 본 발명의 유기 반도체 재료로 이루어지는 전계 효과 트랜지스터는 대기 중에서 안정되게 동작하고, 높은 반도체 특성 및 내구성을 갖는 것이 판명되었다. 또한, 전자 수용성 재료를 포함하지 않는 비교예와 비교하여, 이동도, 문턱 전압, ON 전류 중 어떠한 반도체 특성도 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 면내의 균일성도 향상할 수 있는 것이 판명되었다. 나아가서는 반도체층을 제작할 때에는 특별한 설비 등을 필요로 하는 진공 증착법을 이용할 필요가 없을 뿐만 아니라, 기판 표면 처리에 있어서의 패터닝 등의 번잡한 작업이나 트랩 저감 등의 기능을 목적으로 하는 층의 형성 공정을 필요로 하지 않아도 도포법 등에 의해 간편하고 그리고 염가로 반도체층을 제작할 수 있고, 반도체 특성을 개선할 수 있는 것이 확인되었다. 따라서, 본 발명의 유기 반도체 재료를 이용한 전계 효과 트랜지스터는 우수한 트랜지스터 성능을 갖는 매우 유용한 것이라고 할 수 있다. From the evaluation results of the above semiconductor characteristics, it has been found that the field-effect transistor made of the organic semiconductor material of the present invention stably operates in the atmosphere and has high semiconductor characteristics and durability. It has also been found that not only can semiconductor properties such as mobility, threshold voltage, and ON current be improved, but also uniformity in the surface can be improved as compared with the comparative example not including the electron-accepting material. Further, when manufacturing a semiconductor layer, it is not necessary to use a vacuum vapor deposition method which requires special equipment, but also a layer forming process for the purpose of complicated operations such as patterning in the surface treatment of a substrate and trap reduction It is possible to fabricate a semiconductor layer easily and inexpensively by a coating method or the like and improve the semiconductor characteristics. Therefore, the field effect transistor using the organic semiconductor material of the present invention can be said to be very useful with excellent transistor performance.

1 : 기판
2 : 소스 전극
3 : 드레인 전극
4 : 반도체층
5 : 게이트 절연체층
6 : 게이트 전극
7 : 보호층
1: substrate
2: source electrode
3: drain electrode
4: semiconductor layer
5: gate insulator layer
6: gate electrode
7: Protective layer

Claims (7)

하기식 (1)로 나타나는 화합물, 및 하기식 (1)로 나타나는 화합물에 대하여 1∼10질량%의 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ) 또는 2,3,5,6-테트라플루오로테트라시아노-1,4-벤조퀴노디메탄(F4-TCNQ)를, 적어도 1종류의 유기 용매에 용해 또는 분산, 또는 용해 및 분산되어 이루어지는 유기 반도체 재료:
Figure 112014056654566-pct00003

(식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 무치환 또는 할로겐 치환의 직쇄의 C1-C12 지방족 탄화수소기를 나타냄).
(TCNQ) or 2,3,5,6-tetrafluorotetracyano (1) to 1 to 10% by mass of a compound represented by the following formula (1) and a compound represented by the following formula -1,4-benzoquinodimethane (F4-TCNQ) is dissolved or dispersed in at least one organic solvent or dissolved and dispersed in an organic solvent:
Figure 112014056654566-pct00003

(In the formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an unsubstituted or halogen-substituted straight-chain C 1 -C 12 aliphatic hydrocarbon group).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 기재된 유기 반도체 재료로부터 얻어진 유기 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.A field-effect transistor comprising an organic thin film obtained from the organic semiconductor material according to claim 1. 제1항에 기재된 유기 반도체 재료를 도포 또는 인쇄하고, 건조함으로써 유기 박막을 형성하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.A method for manufacturing a field effect transistor, wherein the organic thin film is formed by applying or printing the organic semiconductor material according to claim 1 and drying the organic thin film. 게이트 전극, 게이트 절연체층, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 구비하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법으로서, 기판 또는 게이트 절연체층 상의 소스 전극과 드레인 전극과의 사이에 제1항에 기재된 유기 반도체 재료를 도포 또는 인쇄하고, 건조함으로써 유기 박막을 형성하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a field effect transistor comprising a gate electrode, a gate insulator layer, a semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode, comprising the steps of: forming an organic semiconductor material according to claim 1 between a source electrode and a drain electrode on a substrate or gate insulator layer Applying, printing, and drying the organic thin film to form an organic thin film.
KR1020127020887A 2010-09-07 2011-09-06 Organic semiconductor meterial, field-effect transistor, and manufacturing method thereof KR101462526B1 (en)

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