WO2005043630A1

WO2005043630A1 - 有機薄膜トランジスタ

Info

Publication number: WO2005043630A1
Application number: PCT/JP2004/016293
Authority: WO
Inventors: Hiroaki Nakamura; Hiroshi Yamamoto
Original assignee: Idemitsu Kosan Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2005-05-12
Also published as: JP4795634B2; US7714319B2; KR20060113682A; JP2005136317A; CN1902761A; EP1679747A4; EP1679747B1; DE602004021278D1; CN100454581C; EP1679747A1; US20070120111A1

Abstract

本発明は、少なくとも基板上にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の３端子、絶縁体層及び有機半導体層が設けられ、ソース−ドレイン間電流をゲート電極に電圧を印加することによって制御する薄膜トランジスタにおいて、前記有機半導体層が、縮合部位に窒素原子を有する５員環と５員環又は６員環とが縮合した含窒素ヘテロ環化合物を含む有機薄膜トランジスタであり、応答速度が高速で、しかもオン／オフ比が大きい。

Description

明細書有機薄膜トランジスタ技術分野

本発明は、有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタに関し、特に、高い電子移動度を有する化合物を含み高速動作が可能な有機薄膜トランジスタに関するものである。背景技術

薄膜トランジスタ（T F T) は、液晶表示装置等の表示用のスイッチング素子として広く用いられている。従来の代表的な T F Tの断面構造を図 8に示す _c 同図に示すように、 T F Tは、基板上にゲート電極及び絶縁体層をこの順に有し、絶縁体層上に、所定の間隔をあけて形成されたソース電極及びドレイン電極を有している。双方の電極の一部表面を含み、電極間に露出する絶縁体層上には、半導体層が形成されている。このような構成の T F Tでは、半導体層がチャネル領域を成しており、ゲート電極に印加される電圧でソース電極とドレィン電極の間に流れる電流が制御されることによってオンオフ動作する。このように動作する型のトランジスタは一般に電界効果トランジスタ（F E T) と呼ばれる。この F E Tは、流れる電流が電子か、正孔かにより n型 F E T及び p型 F E Tの 2種類が知られており、 2種類の F E Tはしばしば 1対で用いられ、それは CMO S として知られており、 CMO Sを用いると低消費電力で駆動する回路が実現できるため現在の集積回路には欠くことのできない技術となっている。

従来、この T F Tは、アモルファスや多結晶のシリコンを用いて作製されていたが、このようなシリコンを用いた T F Tの作製に用いられる C VD装置は、非常に高額であり、 T F Τを用いた表示装置等の大型化は、製造コストの大幅な増加を伴うという問題点があった。また、アモルファスや多結晶のシリコンを成膜するプロセスは非常に高い温度下で行われるの'で、基板として使用可能な材料の種類が限られてしまうため、軽量な樹脂基板等は使用できいという問題があった。

このような問題を解決するために、アモルファスや多結晶のシリコンに代えて有機物を用いた T F Τが提案されている。有機物で T F Τを形成する際に用いる成膜方法として真空蒸着法や塗布法等が知られているが、これらの成膜方法によれば、製造コストの上昇を抑えつつ素子の大型化が実現可能になり、成膜時に必要となるプロセス温度を比較的低温にすることができる。このため、有機物を用いた T F Τでは、基板に用いる材料の選択時の制限が少ないといつた利点があり、その実用化が期待されており、有機物を用いた T F Τについて盛んに報告されるようになり、例えば、 F. Ebisawaら， Journal of Applied P hysics, 5 4卷， 3 2 5 5頁, 1 9 8 3年、 A. Assadi ら， Applied Physics Letter, 5 3卷， 1 9 5頁， 1 9 8 8年、 G. Guillaud ら， Chemical Physics Letter , 1 6 7卷， 5 0 3頁， 1 9 9 0年、 X. Peng ら， Applied Physics Letter, 5 7卷， 2 0 1 3頁， 1 9 9 0年、 G. Horowitz ら， Synthetic Met als, 4 1 — 4 β卷， 1 1 2 7頁， 1 9 9 1年、 S. Miyauchi ら， Synthetic Μ etals, 4 1 — 4 3卷, 1 9 9 1年、 H. Fuchigamiら， Applied Physics Lette r, 6 3卷， 1 3 7 2頁， 1 9 9 3年、 H. Koezuka ら， Applied Physics Lett er, 6 2卷，■ 1 7 9 4頁， 1 9 9 3年、 F. Gamier ら， Science , 2 6 5卷, 1 6 8 4頁， 1 9 9 4年、 A. R. Brownら， Synthetic Metals, 6 8卷， 6 5 頁， 1 9 9 4年、 A. Dodabalapur ら， Science , 2 6 8卷， 2 7 0頁， 1 9 9 5年、 T. Sumimotoら， Synthetic Metals, 8 6卷， 2 2 5 9頁， 1 9 9 7 年、 K. Kudoら， Thin Solid Films, 3 3 1卷， 5 1頁， 1 9 9 8年、 K. Kudo ら， Synthetic Metals, 1 0 2卷， 9 0 0頁， 1 9 9 9年、 K. Kudoら， Synth etic Metals, 1 1 1 — 1 1 2卷， 1 1頁、 2 0 0 0年などを挙げることができる。 '

また、 T F Tの有機化合物層に用いる有機物としては、共役系ポリマ一ゃチォフェンなどの多量体（特開平 8- 228034号公報、特開平 8- 228035号公報、特開平 9-232589号公報、特開平 10- 125924号公報及び特開平 10- 190001号公報等）、金属フタロシアニン化合物（特開 2000-174277号公報等）、ペンタセンなどの縮合芳香族炭化水素（特開平 5-55568号公報及び特開 2001- 94107号公報等）などが、単体又は他の化合物との混合物の状態で用いられている。ところがこのような T F Tに用いられている有機物はそのほとんどが p型 F E Tの材料であり、 n型 F E Tの材料は非常に限られておりその性能を表す移動度も小さい。 n型 F E Tの材料としては、例えば、特開平 10- 135481号公報には、 1, 4， 5， 8- ナフタレンテトラカルボキシルジアンヒドライド（ N T C D A ) 、 11, 11, 12, 1 2-テトラシァノナフト- 2, 6- キノジメタン（T C NN Q D) 、 1,4, 5, 8-ナフタレンテトラカルボキシルジイミド（NT CD I ) 等が開示されており、特開平 11- 251601号公報には、フッ素化フタ口シァニンが開示されているにすぎない ₍ 一方、同じように電子伝導を用いるデバイスとして有機エレクトロルミネッセンス（E L) 率子があるが、有機 E L素子が、一般に 1 0 0 η m以下の超薄膜の膜厚方向に 1 0⁶V/' c m以上の強電界をかけ強制的に電荷を流しているのに対し、有機 T F Tの場合には数 μ m以上の距離を 1 0⁵V.Z c m以下の電界で高速に電荷を流す必要があり、有機物自体に、さらなる電導性が必要になる。

しかしながら、従来の n型有機 T F Tにおける上記化合物は電子を移動させる能力に乏しく、電子の電界効果移動度が小さく、応答速度が遅く、トランジスタとしての高速応答性に問題があった。また、オン .Zオフ比も小さかった。ここで言うオン. Zオフ比とは、ゲート電圧かけたとき（オン）のソース一ドレイン間に流れる電流を、ゲート電圧をかけないとき（オフ）のソース一ドレイン間に流れる電流で割った値であり、オン電流とは通常はゲ一ト電圧を増加させていき、ソース一ドレイン間に流れる電流が飽和したときの電流値（飽和電流）のことである。発明の開示

本発明は、前記の課題を解決するためになされたもので、応答速度（駆動速度）が高速で、しかもオン zオフ比が大きい有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、有機薄膜トランジスタの有機半導体層に特定構造の含窒素へテロ環化合物を材料として用いることにより応答速度（駆動速度）を高速化することができることを見出し本発明を完成したものである。

すなわち、本発明は、少なくとも基板上にゲ一ト電極、ソース電極、ドレイン電極の 3端子、絶縁体層及び有機半導体層が設けられ、ソース一ドレイン間電流をゲート電極に電圧を印加することによって制御する薄膜トランジスタにおいて、前記有,機半導体層が、縮合部位に窒素原子を有する 5員環と 5員環又は 6員環とが縮合した含窒素へテロ環化合物を含む有機薄膜トランジスタを提供するものである。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成の一例を示す図である。図 2は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成の一例を示す図である。図 3は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成の一例を示す図である。図 4は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成の一例を示す図である。図 5は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成の一例を示す図である。図 6は、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成の一例を示す図である。図 7は、本発明の実施例 1における有機薄膜トランジスタの素子構成及びそれを用いた回路構成を示す図である。

図 8は、従来の代表的なトランジスタの素子構成の一例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の有機薄膜トランジスタは、少なくとも基板上にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の 3端子、絶縁体層及び有機半導体層が設けられ、ソース一ドレイン間電流をゲート電極に電圧を印加することによって制御する薄膜トランジスタにおいて、前記有機半導体層が、縮合部位に窒素原子を有する 5員環と 5員環又は 6員環とが縮合した含窒素へテロ環化合物を含むものである。前記含窒素へテロ環化合物として、下記一般式（ I ) 〜（VI I)のいずれかで表される化合物であると好ましい。

( I )

、、一 1

(式中、 R ^、 R _{1 2}及び R ₁₃は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す _c Z は 5員環又は 6員琮を形成する原子群を表す。）

、、、— '¾

(式中、 R₂₁及び R₂₂は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。 Z は 5員環又は 6員環を形成する原子群を表す。）

-3

(式中、 R₃₁及び R₃₂は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。 Z は 5員環又は 6員環を形成する原子群を表す。）

(IV)

-4

(式中、 R₄₁及ぴ R₄₂は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。 Z は 5員環又は 6員環を形成する原子群を表す。） (V)

-5

(式中、 R₅₁は水素原子又は置換基を表す。 Z₅ は 5員環又は 6員環を形成する原子群を表す。）

(VI)

ゝノ^

(式中、 R₆₁は水素原子又は置換基を表す。 Z₆ は 5員環又は 6員環を形成する原子群を表す。）

(式中、 R₇₁は水素原子又は置換基を表す。 τ，は 5員環又は 6員環を形成する原子群を表す。）

なお、一般式（ I ) 〜（VII)は極限構造式で表しているが、その互変異性体であってもよい。一般式（ I ) 〜（VII)において、 Ru、 R₁₂、 R R₂₁、 R₂₂、 R₃₁、 R R₄₁、 R₄₂, R₅₁、 R_S1及び R_T1の置換基の例としては、それぞれ独立に. アルキル基（好ましくは炭素数 1〜 8 0、より好ましくは炭素数 1〜 4 0、特に好ましくは炭素数 1〜 1 2であり、例えばメチル、 'ェチル、 i s o—プロピル、 t e r t —プチル、 n—ォクチル、 n—デシル、 n— へキサデシル、シク口プロピル、シクロペンチル、シクロへキシルなどが挙げられる。）、ァルケニル基（好ましくは炭素数 2〜 2 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 2、特に好ましくは炭素数 2〜 8であり、例えばビュル、ァリル、 2—ブテュル、 3—ぺンテニルなどが挙げられる。）、アルキニル基（好ましくは炭素数 2〜 2 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 2、特に好ましくは炭素数 2〜 8であり、例えばプロパル''ギル、 3—ペンチュルなどが挙げられる。）、ァリ一ル基（好ましくは炭素数 6〜 8 0、より好ましくは炭素数 6〜 4 0、特に好ましくは炭素数 6 〜 1 2であり、例えばフエニル、 p—メチルフエニル、ナフチルなどが挙げられる。）、アミノ基（好ましくは炭素数 0〜 4 0、より好ましくは炭素数 0〜 2 0、特に好ましくは炭素数 0〜 6であり、例えばァミノ、メチルァミノ、ジメチルァミノ、ジェチルァミノ、ジベンジルァミノなどが挙げられる。）、ァルコキシル基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 2、特に好ましくは炭素数 1〜 8であり、例えばメトキシ、ェトキシ、ブトキシなどが挙げられる。 ) 、ァリールォキシ基（好ましくは炭素数 6〜 2 0、より好ましくは炭素数 6〜 1 6、特に好ましくは炭素数 6〜 1 2であり、例えばフエ二ルォキシ'、 2—ナフチルォキシなどが挙げられる。）、ァシル基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1 ~ 1 2であり、例えばァセチル、ベンゾィル、ホルミル、ビバロイルなどが挙げられる。）、アルコキシカルボニル基（好ましくは炭素.数 2〜 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 6、特に好ましくは炭素数 2〜 1 2であり、例えばメトキシカルボ-ル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。）、ァリールォキシカルボニル基（好ましくは炭素数 7〜 2 0、より好ましくは炭素数 7〜 1 6、特に好ましくは炭素数 7〜 1 0であり、例えばフエニルォキシカルボニルなどが挙げられる。）、ァシルォキシ基（好ましくは炭素'数 2〜 2 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 6、特に好ましくは炭素数 2〜 1 0であり、例えばァセトキシ、ベンゾィルォキシなどが挙げられる。）、ァシルァミノ基（好ましくは炭素数 2〜 2 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 6、特に好ましくは炭素数 2〜 1 0であり、例えばァセチルァミノ、ベンゾィルァミノなどが挙げられる。）、アルコキシカルボニルァミノ基（好ましくは炭素数 2〜 2 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 6、特に好ましくは炭素数 2〜 1 2であり、例えばメトキシカルボニルァミノなどが挙げられる。）、ァリールォキシカルボニルァミノ基（好ましくは炭素数 7〜 2 0、より好ましくは炭素数 7〜 1 6、特に好ましくは炭素数 7〜 1 2であり、例えばフエニルォキシカルボニルァミノなどが挙げられる。）、スルホニルァミノ基（好ましくは炭素数 1 〜 2 0、より好ましくは炭素数 1 〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1 〜 1 2であり、例えばメタンスルホニルァミノ、ベンゼンスルホニルァミノなどが挙げられる。）、スルファモイル基（好ましくは炭素数 0〜 2 0、より好ましくは炭素数 0〜 1 6、特に好ましくは炭素数 0〜 1 2であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フエニルスルファモイルなどが挙げられる。）、力ルバモイル基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1〜 1 2であり、例えば力ルバモイル、メチルカルバモィル、ジェチルカルバモイル、フヱニルカルバモイルなどが挙げられる。）、アルキルチオ基（好ましくは炭素数 1 〜 2 0、より好ましくは炭素数 1 〜 1 6 特に好ましくは炭素数 1〜 1 2であり、例えばメチルチオ、ェチルチオなどが挙げられる。）、ァリールチオ基（好ましくは炭素数 6〜 2 0、より好ましくは炭素数 6〜 1 6、特に好ましくは炭素数 6〜 1 2であり、例えばフエニルチォなどが挙げられる。）、スルホニル基（好ましくは炭素数 1 〜 2 0、より好ましくは炭素数 1 〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1 〜 1 2であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。）、スルフィニル基 '(好ましくは炭素数 1 〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1 〜 1 2であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。）、ゥレイド基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1 〜 1 2であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フエ二ルゥレイドなどが挙げられる。）、リン酸アミド基（好ましくは炭素数 1 〜 2 0、より好ましくは炭素数 1 〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1 〜 1 2であり、例えばジェチルリン酸アミド、フエニルリン酸アミドなどが挙げられる。）、ヒドロキジ基、メルカプト基、ハロゲン原子（例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、シァノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基（好ましくは炭素数 1 〜 2 0、より好ましくは炭素数 1 〜 1 2であり、へテ口原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル'、ピペリジル、モルホリノ、ベンズォキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリルなどが挙げられる。）などが挙げられる。こ,れらの置換基はさらに置換されてもよい。また、置換基が二つ以上ある場合は、同じでも異なってもよい。また、可能な場合には連結して環を形成してもよい。

置換基として好ましぐは、アルキル基、アルケニル基、ァラルキル基、ァリ —ル基、ァシル基、アルコキシル基、ァリールォキシ基、ァシルォキシ基、ァルコキシカルボニル基、ァリールォキシカルボニル基、力,ルボニルァミノ基、スルホニルァミノ基、スルファモイル基、力ルバモイル基、シァノ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ヘテロ環基であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、ァラルキル基、ァリール基、ァシル基、アルコキシカルボニル基、カルボニルァミノ基、スルホニルァミノ基、シァノ基、ハロゲン原子、芳香族ヘテロ環基であり、さらに好ましくはアルキル基、アルケニル基、ァリール基、アルコキシカルボニル基、シァノ基、芳香族ァゾール基である。

一般式（ I ) のの原子群が形成する 5員環又は 6員環としては、例えば, ピロール、ピラゾール、イミダゾ一ル、トリァゾ一ル、チアゾール、チアジアゾ一ル、ォキサゾ一ル、ォキサジァゾール、トリアジン、ピリミジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはイミダゾ一ル、トリアゾ一ル、トリアジン'、ピリミジンであり、より好ましくはイミダゾ一ル、トリァゾール、トリアジンであり、さらに好ましくはトリアゾールである。

一般式（I I ) の Z ₂ の原子群が形成する 5員環又は 6員環としては、例えば, ピロ一ル、ピラゾール、イミダゾール、トリァゾ一ル、チアゾ一ル、チアジアゾ一ル、ォキサゾール、ォキサジァゾール、トリアジン、ピリミジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはイミダゾ一ル、トリアゾ一ル、トリァジン、ピリミジンであり、より好ましくはィミダゾール、トリァゾール、トリアジンであり、さらに好ましくはイミダゾール、トリァゾール' である。

一般式（I I I ) (D Z s の原子群が形成する 5員環又は 6員環としては、例えば、ピロール、ピラゾ一ル、イミダゾ一ル、トリァゾ一ル、チアゾール、チアジアゾール、ォキサゾ一ル、ォキサジァゾ一ル、トリアジン、ピリミ.ジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリァゾ一ルであり、より好ましくはピロ一ル、ピラゾール、トリァゾールであり、さらに好ましくはピロール、ピラゾ一ルである。

一般式（I V) の Z ₄ の原子群が形成する 5員環又は 6員環としては、例えば、ピロ一ノレ、ピラゾ一ル、イミダゾ一ル、トリァゾール、チアゾ—ノレ、チアジアゾ一ル、ォキサゾ一ル、ォキサジァゾ一ル、トリアジン、ピリミジン'、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリァゾールであり、より好ましくはピロール、ピラゾ一ル、トリァゾール、トリァジン、ピリミジン、ピリジン、ビラジン、ピリダジンであり、さらに好ましくはピリジン、ピロール、ピラジン、ピラゾ一ルである。一般式（V ) の Z ₅ の原子群が形成する 5員環又は 6員環としては、例えば, ピロール'、ピラゾ一ルヽイミダゾ一ル、チアゾール、ォキサゾ一ル'、トリアジン、ピリミジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはピロ一ル'、ピラゾール、イミダゾール、ピリミジン、ピラジン、ピリダジンであり、 'より好ましくはピロール、ビラゾール、ピリミジン、ピリダジンであり、さらに好ましくはピロ一ル、ピラゾ一ルである。

一般式（VI)の Ζ β の原子群が形成する 5員環又は 6員環としては、例えば、ピロ一ル'、イミダゾール、チアゾ一ル、ォキサゾ一ル、ピリミジン、ピリジン、ピラジン'、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはピロ一ル、ィミダゾール、ピリミジン、ピラジン'、ピリダジンであり、より好ましくはピロール、ピリミジン、ピラジン、ピリダジンであり、さらに好ましくはピロ一ル、ピリミジンである。

一般式（VI I ),の Ζ τ の原子群が形成する 5員環又は 6員環としては、例えば、ピロール'、イミダゾ一ル、チアゾ—ル'、ォキサゾール、ピリミジン、ピリジン、ピラジン、ピリダジンなどが挙げられ、好ましくはピロール、イミダゾ一ル、ピリミジン、ピラジン、ピリダジンであり、より好ましくはピロール、ピリミジン、ビラジン、ピリダジンであり、さらに好ましくはピロ一ル、ピリミジンである。

〜 Ζ ₇ で形成される 5または 6員環は置換基を有してもよく、置換基としては、前記 Ru、 R₁₂、 R₁₃、 R₂₁、 R₂₂、 R₃₁、 R₃₂、 R₄₁、 R₄₂、 R si R₆₁及び R₇₁で説明したものと同様の例を挙げることができ、好ましい置換基も同様である。

前記一般式（ I ) で表される化合物は、下記一般式（ I 一 a ) 〜（ I 一 f ) のいずれかで表される化合物であると好ましく、（ I 一 a ) 〜（ I — c ) のいずれかで表される化合物であるとさらに好ましい。

(l-a) (l-b)

(l-c) (l-d)

(l-e) (l-f)

一般式（ I — a ) 〜（ I 一 f ) において、 Ru、 R₁₂及び R₁₃は前記と同じであり、具体例及ぴ好ましい例も同じである。

一般式（ I — a ) 〜（ I 一 f ) において、 R _lal 、 R _la2 、 R 、 R _lb2

R 、 R 、 R 、 R _ldl 、 R _ld2 、 R R 、 R 、 R

R i_fl 及び R _lf2 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。

前記 R _lal 、 R _lbl 、 R _lcl 、 R _lc2 、 R idi 、 R _ld2 、 R _lel 及び R _le2 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式（ I ) の Ru、 R ₁₂及び R ₁₃で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

前記 R _la2 、 R i_b2 , R 、 R _ld3 、 R i_s3 、 R 及び R _lf2 で表される置換基としては、それぞれ独立に、例えば、アルキル基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 2、特に好ましくは炭素数 1〜 8であり、例えばメチル、ェチル、 i s o—プロピル'、 t e r t —プチル、 n—ォクチル、 n—デシル、 n—へキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロへキシルなどが挙げられる。）、アルケニル基（好ましくは炭素数 2〜 2 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 2、特に好ましくは炭素数 2〜 8であり、例えばビニル、ァリル、 2—ブテュル、 3—ペンテュルなどが挙げられる。）、アルキニル基（好ましくは炭素数 2〜 2 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 2、特に好ましくは炭素数 2〜 8であり、例えばプロパルギル、 3—ペンチニルなどが挙げられる。）、ァリール基（好ましくは炭素数 6〜 3 0、より好ましくは炭素数 6〜 2 0、特に好ましくは炭素数 6〜 1 2であり、例えばフエニル、 p—メチルフエニル、ナフチルなどが挙げられる。）、ァシル基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1 〜 1 2であり、例えばァセチル、ベンゾィル、ホルミル、ビバロイルなどが挙げられる。）、アルコキシカルボニル基（好ましくは炭素数 2〜 2 0、より好ましくは炭素数 2〜 1 6、特に好ましくは炭素数 2〜 1 2であり、例えばメトキシ力ルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。）、ァリ一ルォキシカルポニル基（好ましくは炭素数 7〜 2 0、より好ましくは炭素数 7〜 1 6、特に好ましくは炭素数 7〜 1 0であり、例えばフエニルォキシカルボニルなどが挙げられる。）、スルファモイル基（好ましくは炭素数 0〜 2 0、より好ましくは炭素数 0〜 1 6、特に好ましくは炭素数 0〜 1 2であり、例えばスルファモイノレ、メチノレスノレファモイノレ、ジメチノレスノレファモイノレ、フエニノレスノレプアモイルなどが挙げられる。）、力ルバモイル基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1〜 1 2であり、例えばカノレノモイノレ、メチルカノレバモイノレ、ジェチノレカノレノモイノレ、フエ二ルカノレバモイルなどが挙げられる。）、スルホニル基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1〜 1 2であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。）、スルフィニル基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 6、特に好ましくは炭素数 1〜 1 2であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。）、ヘテロ環基（好ましくは炭素数 1〜 2 0、より好ましくは炭素数 1〜 1 2であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えばィミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、ピぺリジル、モルホリノ、ベンズォキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリルなどが挙げられる。）などが挙げられ、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、ァラルキル基、ァリール'基、ァシル基、ヘテロ環基であり、より好ましくはァルキル基、ァリール基、芳香族へテロ環基である。

前記 R _{l a l} 、 R _{l b l} 、 R 、 R _{l c 2} 、 R 、 R _{l d2} 、 R _{l e} 及びとして好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、ァリール基、アルコキシカルボニル基、シァノ基、芳香族へテロ環基である。

前記 R _{l a2} 、 R _{l b2} 、 R 、 R 、 R 、 R 及ぴとして好ましくは、水素原子、アルキル基、ァリール基、芳香族へテロ環基である。前記一般式（II) で表される化合物は、下記一般式（II一 a ) 〜 (II一 f ) のいずれかで表される化合物であると好ましく、（II一 a ) 〜 (II— c ) のレ、ずれかで表される化合物であるとさらに好ましい。

(ll-a) (ll-b)

l-c) (ll-d)

(ll-f)

一般式（II— a ) 〜（II一 f ) において、 R₂₁及び R₂₂は前記と同じであり具体例及び好ましい例も同じである。

一般式（II— a ) 〜（II— f ) において、 R_2al 、 R_2a2 、 R_2bl 、 R _2b2

R_2ci 、 R R 、 R ヽ R 、 R

R_2fi 及ぴ R₂f₂ は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。

R_2ei 及び R_2e2 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式（ I ) ので説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

R₂。₃ 、 R₂fi 及び R₂f₂ で表される置換基としては、それぞれ独立に、前記一般式（ I 一 a ) の R_la2 で説明したものと'同様であり、好ましい例も同じである。

目り（！し、 >l 、 !¾. 、、、 K. 、 R₂ol 及び R₂。として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、ァリール基、アルコキシカルボニル基、シァノ基、芳香族へテロ環基である。

目り R 、 R R R R_2e3 、 R_2fl 及び R₂f₂ として好ましくは、水素原子、アルキル基、ァリール基、芳香族へテロ環基である。前記一般式（III) で表される化合物は、下記一般式（III一 a ) 〜（III一 c ) で表される化合物であるとさらに好ましい。

-般式（III— a ) において、 R₃₁及び R₃₂は前記と同じであり、具体例及び好ましい例も同じである。

一般式（III— a ) において、 R_3al 、 R_3a2 及び R_3ia3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。

前記 R_3al 、 R_3a2 及び R_3a3 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式（ I ) の R uで説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

前記 R_3al 、 R_3a2 及び R_3a3 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、ァリール基、アルコキシカルボニル基、シァノ基、芳香族へテ口環基である。

(ΙΙΙ-b )

一般式（ΠΙ— b ) において、 R₃₁及び R₃₂は前記と同じであり、具体例及び好ましい例も同じである。

一般式（III一 b ) において、 R_3bl 〜R³ _b4 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、ァラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メノレカプト基、アルコキシル基、アルキルチオ基、ァリ一ルェ一テル基、ァリ一ルチオェ一テル基、ァリ一ル基、複素環基、ハロゲン原子、ハロアルカン残基、ハロアルケン残基、ハロアルキン残基、シァノ基、アルデヒド基、力ルポ二ル基、カルボキシル基、エステル基、力ルバモイル基、アミノ基、ニト口基、シリル基、シロキサニル基等が挙げられ、隣接置換基と環構造を形成していてもよレ、。

また、一般式（III— b ) は、以下の一般式（III— c ) で表されると好ましい,

(III-c )

一般式（III— c ) において、 R₃₁及び R_3bl 〜R_3b4 は前記と同じである一般式（III一 c ) において、〜R_3c5 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、ァラルキル基、アルケニル基、シクロアルケ-ル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコキシル基、アルキルチオ基、ァリールエーテル基、ァリールチオェ一テル基、ァリ一ル基、複素環基、ハロゲン原子、ハロアルカン残基、ハロアルケン残基、ハロアルキン残基、シァノ基、アルデヒド基、力ルボニル基、カルボキシル基、エステル基、力ルバモイル '基、アミノ基、ニト口基、シリル基、シロキサニル基等が挙げられ、隣接置換基と環構造を形成していてもよい。

前記一般式（IV) で表される化合物は、下記一般式（IV— a ) 〜（IV— g) のいずれかで表される化合物であると好ましく、（IV— a ) 〜（IV— b ) のいずれかで表される化合物であるとさらに好ましい。

(IV - a) (IV-b)

(IV-c) (I -d)

(IV-e)

一般式（IV— a ) 〜（IV— e ) において、 R ₄ 及び R ,₁₂は前記と同じであり具体例及び好ましい例も同じである。

一般式（IV— a ) 〜（IV— e ) において、 R_4al 、 R._lbl 、 R _4b2 、 R _4b3

R 、 R 、 R 、 R 、 R 、 R 、 R 及ぴ R₄。は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。

前記 R_4al 、 R_4bi 、 Ri_b2 、 R_4cl 、 R_4c2 、 R_4dl 及ぴ R_4d2 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式（ I ) ので説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

前記 R_4b3 、 R_4c3 、 R_4d3 、 R_4el 及び R で表される置換基としては. それぞれ独立に、前記一般式（ I 一 a ) の R _la で説明したものと同様であり，好ましい例も同じである。

刖 g己 R_4ai 、 R -ib! 、 R 、 R_4di 及び R_4d2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルヶニル基、ァリール基、アルコキシ力ルポ二ル基、シァノ基、芳香族へテロ環基である。

前記 R_4b3 、 R 、 R_4d3 、 R_4oi 及び R₄。₂ として好ましくは、水素原子、アルキル基、ァリール基、芳香族へテロ環基である。

一般式（IV— a ) において、 X_4aは、 C R_4a2(R_4a3)又は N R_4a4 で表され, R_4a2 及び R_4a3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としてはそれぞれ独立に、前記一般式（ I ) ので説明したものと同様であり、好ましい例も同じであり、 R_4a4 は水素原子又は置換基を表し、置換基としては前記一般式（ I — a ) の R _la2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

(IV— f)

一般式（IV— f ) において、 R "及び R₄₂は前記と同じであり、具体例及び好ましい例も同じである。

一般式（IV— f ) において、 R_{4f l} 〜R._lf4 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、ァラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコキシル基、アルキルチオ基、ァリールエーテル基、ァリールチォエーテル基、ァリ一ル基、複素環基、ハロゲン原子、 .'、ロアルカン残基、ハロアルケン残基、八口アルキン残基、シァノ基、アルデヒド基、カルボニル基. カルボキシル基、エステル基、力ルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基等が挙げられ、隣接置換基と環構造を形成していてもよい _c また、一般式（IV— f ) は、以下の一般式（IV— g ) で表されると好ましい _t (IV -g)

一般式（IV— g ) において、及び R_4fl 〜R_4f4 は前記と同じである。一般式（IV— g ) において、 R._lsl 〜！ _4s5 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、ァラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカブト基、アルコキシル基、アルキルチオ基、ァリールェ一テル基、ァリールチォェ一テル基、ァリール基、複素環基、ハロゲン原子、ハロアルカン残基、ハロアルケン残基、ハロアルキン残基、シァノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、力ルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基等が挙げられ、隣接置換基と環構造を形成していてもよい, 前記一般式（V) で表される化合物は、下記一般式（V— a ) 〜（V— e ) のいずれかで表される化合物であると好ましく、（V— a ) 〜（V— b ) のいずれかで表される化合物であるとさらに好ましい。

(V-a) (V - b)

(V-c) (v-d)

(V-e)

一般式（V— a ) 〜（V— e ) において、 R₅₁は前記と同じであり、具体例及び好ましい例も同じである。

一般式（V— a ) 〜（V— e ) において、 R_5al 、 R_5bl 、 R_5b2 、 R_Sb3 .

Rs。:i 、、 R 、 R sdi 、 R sa₂ 、 R sas 、 R _5el 及び。は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。

前記 R_5al 、 Rsbi , R_5b2 、 R_5cl 、 R_5c2 、 Rsdi 及ぴ R_Sd2 で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式（ I ) ので説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

前記 R_5b3 、 R so3 、 Rs 、 Rsoi 及び R_5e2 で表される置換基としては, それぞれ独立に、前記一般式（ I 一 a ) の R_la2 で説明したものと同様であり - 好ましい Ϊ列も同じである。

Rsm 、 R_5c2 、 Rs i 及び R_5d2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、ァリ一ル基、アルコキシ力ルポ二ル基、シァノ基、芳香族へテロ環基である。

前記 R_5b3 、 R₅。₃ 、 Rsds 、 R_Ssl 及び R_5e2 として好ましくは、水素原子、アルキル基、ァリール基、芳香族へテロ環基である。

一般式（V— a ) において、 X_5aは、 C R_5a2(R_5a3)又は N で表され,

R_5a2 及び R_5n3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としてはそれぞれ独立に、前記一般式（ I ) ので説明したものと同様であり、好ましい例も同じであり、 R_5a4 は水素原子又は置換基を表し、置換基としては前記一般式（ I 一 a ) の R_la2 で説明したものと同様であり、 .好ましい例も同じである。

前記一般式（VI)で表される化合物は、下記一般式（VI— a ) で表される化合物であるとさらに好ましい。

一般式（VI— a ) において、 R₆₁は前記と同じであり、具体例及び好ましい例も同じである。

一般式（VI— a ) において、 F _al 、 R_ea2 、 Re_a3 及び R6_a4 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基の例としては、前記一般式 ( I ) の R uで説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

前記一般式（VII)で表される化合物は、下記一般式（VII— a ) 〜（VII— d ) のいずれかで表される化合物であると好ましい。

(VI I -c) (VI I -d)

一般式（VII— a ) （VII— d) において、は前記と同じであり、具体例及ぴ好ましい例も同じである。

一般式 (VII- a ) （VII— d) において、 R 7_{a l} R_7bi R_7b2 R

1 RT R R R 及び R は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。

前言己 R Tal _N R R

で表される置換基の例としては、それぞれ独立に、前記一般式（ I ) ので説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

前記 R_7c3 で表される置換基としては、前記一般式（ I 一 a ) の R_la2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

前記、 R vbi R 及び R 7d3 として好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、ァリール基、アルコキシカルボニル基、シァノ基、芳香族へテロ環基である。

前記 R_7<=3 として好ましくは、水素原子、アルキル基、ァリール基、芳香族へテ口環基である。

一般式（VII— a ) において、及び X_7bは、それぞれ独立に、 CR_7a2 (R_7a3)又は N R ₄ で表され、 R_7a2 及び R_7a3 は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としてはそれぞれ独立に、前記一般式（ I ) ので説明したものと同様であり、好ましい例も同じであり、 R ₄ は水素原子又は置換基を表し、置換基としては前記一般式（ I 一 a ) の R_la2 で説明したものと同様であり、好ましい例も同じである。

本発明のへテ口環化合物は低分子量化合物であってもよく、 ^基がポリ主鎖に接続された高分子量化合物（好ましくは重量平均分子量 1 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0、特に好ましくは 5 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0、さらに好ましくは 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ) 、又は本発明の化合物を主鎖にもつ高分子量化合物（好ましくは重量平均分子量 1 0 0 0〜 5 0 0 0 0 0 0、特に好ましくは 5 0 0 0〜 2 0 0 0 0 0 0、さらに好ましくは 1 0 0 0 0〜 1 0 0 0 0 0 0 ) であってもよい。高分子量化合物の場合は、ホモポリマーであってもよいし、他のモノマーとの共重合体であってもよい。本発明で fflいる化合物としては、好ましくは低分子量化合物である。

本発明の化合物は種々の合成法により合成することができ、例えば「C OM P R E HE N S I VE HE T ER OC Y C L I C C HEM I S TRY」 A L A NR. KAT R I T Z KY, CHAR L E SW. R E E S著（ P E R G A M O N P R E S S) 、特開平 4— 1 7 4 2 0 4号、同 5— 3 1 3号等に記載の方法を参考に合成できる。

以下に本発明で用いる含窒素へテロ環化合物の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。

2. 3 、

7. 8.

NC、 _yCN

10.

C₄H₉(t) NC、，CN

13. 14. 15.

グ〇 w

16, 17. 18.

9. 20.

(t)C₄H

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101.

- CH

( S平均分子量で約 , 000、ポリスチレン換算）

(Mft平均^ ^量で約 .000、ポリスチレン換錄）

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以下、本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成について説明する。

本発明の有機薄膜トランジスタの素子構成としては、基板上にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の 3端子、絶縁体層及び有機半導体層が設けられ、ソース一ドレイン間電流をゲ一ト電極に電圧を印加することによって制御する薄膜トランジスタであれば、限定されなず、公知の素子構成を有するものであつてもよレヽ。

これらのうち、代表的な有機薄膜トランジスタの素子構成として素子 A〜D を図 1 〜 4に示す。このように、電極の位置、層の積層順などによりいくつかの構成が知られており、本発明の有機薄膜トランジスタは、電界効果トランジスタ（FET : Field Effect Trans i stor)構造を有している。有機薄膜トランジスタは、有機半導体層（有機化合物層）と、相互に所定の間隔をあけて対向するように形成されたソース電極及びドレイン電極と、ソース、ドレインからそれぞれ所定の距離をあけて形成されたゲート電極とを有し、ゲート電極に電圧を印加することによってソース一ドレイン電極間に流れる電流を制御する構成を備える。ここで、ソース電極とドレイン電極の間隔は本発明の有機薄膜トランジスタを用いる用途によって決定され、通常は 0 . 1 μ m〜 1 m m、好ましくは 1 μ π！〜 1 0 0 μ πι、さらに好ましくは 5 μ π！〜 1 Ο Ο μ πιである。

素子 A〜Dのうち、図 1の素子 Aを例としてさらに詳しく説明すると、素子 Aの有機薄膜トランジスタは、基板上に、ゲート電極（層）及び絶縁体層をこの順に有し、絶縁体層上に、所定の間隔をあけて形成された一対のソース. ドレイン電極を有し、その上に有機半導体層が形成される。有機半導体層がチヤネル領域を成しており、ゲート電極に印加される電圧でソース電極とドレイン電極の間に流れる電流が制御されることによってオン./オフ動作する。

本発明の有機薄膜トランジスタは、前記素子 A〜D以外の素子構成にも、有機薄膜トランジスタとして種々の構成が提案されており、ゲート電極に印加される電圧でソース電極とドレイン電極の間に流れる電流が制御されることによつてオン. /オフ動作や増幅などの効果が発現する仕組みであればこれらの素子構成に限定され,るものではなく、例えば、産業技術総合研究所の吉田らにより第 4 9回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 2 7 a - M - 3 ( 2 0 0 2年 3 月）において提案されたトップアンドボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ（図 5参照）や、千葉大学のェ藤らにより電気学会論文誌 1 1 8 — A ( 1 9 9 8 ) 1 4 4 0頁において提案された縦形の有機薄膜トランジスタ（図 6参照）のような素子構成を有するものであってもよい。

本発明の有機薄膜トランジスタにおける基板は、有機薄膜トランジスタの構造を支持する役目を担うものであり、材料としてはガラスの他、金属酸化物や窒化物などの無機化合物、プラスチック（PET, PES , PC) や金属基板あるいはこれら複合体や積層体なども用いることが可能である。また、基板以外の構成要素により有機薄膜トランジスタの構造を十分に支持し得る場合には、基板を使用しないことも可能である。

また、基板の材料としてはシリコン（ S i ) ウェハが用いられることが多い, この場合 S i 自体をゲート電極兼基板として用いることができる。また、 S i の表面を酸化し、 S i 〇₂ を形成して絶縁層として活用することも可能である ₍ この場合、前記素子 Aを例にすると、図 6に示すように、基板兼ゲート電極の S i基板にリード線接続用の電極として、しばしば A uなどの金属層を成膜する。

本発明の有機薄膜トランジスタにおける前記ゲ一ト電極、ソース電極及びドレイン電極の材料としては、例えば、クロム（C r ) 、チタン（T i ) 、銅 ( C u ) 、アルミニウム（A 1 ) 、モリブデン（M o ) 、タングステン（W ) · ニッケル（ N i ) 、金（ A u ) 、パラジウム（ P d ) 、インジウム、白金（ P t ) 、銀（A g ) 、錫（S n ) 、マグネシウム、マグネシウム一インジウム合金、マグネシウム—アルミニウム合金、アルミニウム—リチウム合金、アルミ二ゥム—スカンジウム—リチウム合金、マグネシウム一銀合金等の金属や合金の他、酸化インジウム錫合金（ I T O ) 、高ドープシリコン、酸化錫（N E S A ) 、導電性ポリア二リン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル及び導電性ポリマ一等並びにこれらを組合せたものが挙げられ、このような材料で構成することにより接触抵抗を低減して電気特性を改善することができる。前記ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の厚みは、それぞれ 3 0〜 5 0 0 n mであると好ましく、通常、例えば、蒸着、スパッタリング、化学蒸着、電着, 無電解メツキ、スピンコーティング、印刷又は塗布等の手段により形成される _c 本発明の有機薄膜トランジスタにおける絶縁体層の材料としては、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、チタン酸化物、バリウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジルコニウム酸化物、鉛酸化物、ランタン酸化物、フッ素酸化物、マグネシウム酸化物、ビスマス酸化物、タンタル酸化物及びニオブ酸化物等が挙げられ、具体的には、二酸化ケイ素、チタン酸バリウムストロンチウムジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシゥム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、五酸化タンタノレ、タンタ.ル酸ストロンチウムビスマス、タンタル'酸ニオブ酸ビスマス、二酸化チタン及び三酸化ィットリゥム並びにこれらを組合せたものが挙げられる。また、 S i ₃ N₄ 、 S i X N y ( x、 y〉 0 ) 、 S i ON x等の窒化ケィ素系化合物も好ましい。

また、絶縁体層は、アルコキシド金属を含む前駆物質でも形成されていてもよく、この前駆物質の溶液を例えば基板に被覆し、これを熱処理を含む化学溶液処理をすることにより絶縁体層が形成される。

前記アルコキシド金属における金属としては、例えば、遷移金属、ランタノィド、又は主族元素から選択され、具体的には、ノリウム（B a ) 、ストロンチウム（S r ) 、チタン（T i ) 、ビスマス（B i ) 、タンタル（T a ) 、ジノレコン（ Z r ) 、，鉄（ F e ) 、ニッケル（ N i ) 、マンガン（M n ) 、鉛（ P b ) 、ランタン (L a ) 、リチウム（L i ) 、ナトリウム（N a ) 、カリウム (K) 、ノレビジゥム（ R b ) 、セシウム（ C s ) 、フランシウム（ F r ) ベリリウム（B e ) マグネシウム（M g ) 、カルシウム（ C a ) 、ニオブ（ N b ) . タリウム（ T 1 ) 、水銀（ H g ) 、銅（ C u ) 、コバルト（C o ) 、ロジウム (R h ) 、スカンジウム（S c ) 及ぴイットリウム（Y) 等が挙げられる。また、前記アルコキシド金属におけるアルコキシドとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプノール、ブタノ—ル、イソブタノール等を含むアルコール類、メトキシエタノール'、エトキシエタノール、プロポキシエタノール'、ブトキシエタノール、ペントキシエタノール、ヘプトキシエタノール、メトキシプノール.、エトキシプノール、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、ペントキシプロパノール、ヘプトキシプロパノールを含むアルコキシアルコール類等から誘導されるものが举げられる。

本発明において、絶縁体層を上記したような材料で構成すると、絶縁体層中に空乏層が発生しやすくなり、トランジスタ動作のしきい電圧を低減することができる。また、上記材料の中でも、特に、 S i ₃ N ₄、 S i X N y ( x、 y > 0 ) 、 S i O N x等の窒化ケィ素で絶縁体層を形成すると、空乏層がいっそう発生しゃすくなり、トランジスタ動作のしきい電圧をさらに低減させることができる。また、前記絶縁体層の厚みは、 1 0〜 1 5 0 n mであると好ましく通常、例えば、真空蒸着、スパッタリング、熱 C V D法、熱酸化、陽極酸化法等の手段により形成される。

本発明の有機薄膜トランジスタにおける有機半導体層の膜厚は、特に制限されることはないが、通常、数 n mから 1 β mの範囲であり、 1 0 n m〜 2 5 0 n mであると好ましい。また、有機半導体層の形成方法は特に限定されることはなく公知の方法を適用でき、例えば、分子線蒸着法（M B E法）、真空蒸着法、化学蒸着、材料を溶媒に溶かした溶液のデイツビング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の印刷、塗布法及びべ一キング、エレクト口ポリマラインゼ一シヨン'、分子ビーム付着、溶液からのセルフ · ァセンブリ、並びにこれらの組合せた手段により前記したような有機半導体層の材料で形成される。

本発明の有機薄膜トランジスタの形成方法としては、特に限定されず公知の方法によればよいが、基板投入、ゲート電極形成、絶縁体層形成、有機半導体層形成、ソース電極形成、ドレイン電極形成までの一連の素子作製工程を全く大気に触れることなく形成すると、大気との接触による大気中の水分や酸素などによる素子性能の阻害を防止できるため好ましい。 'やむおえず、一度大気に触れさせなければならないときは、有機半導体層成膜以後の工程は大気に全く触れさせない工程とし、有機半導体層成膜直前には、有機半導体層を積層する面（例えば素子 Aの場合は絶縁層に一部ソース電極、ドレイン電極が積層された表面）を紫外線照射、紫外線. zオゾン照射、酸素プラズマ、アルゴンプラズマ等で清浄化 · 活性化した後、有機半導体層を積層することが望ましい。次に、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例 1

有機薄膜トランジスタを以下の手順で作製した。まず、 S i基板（P型比抵抗 1 Ω c mゲート電極兼用）を熱酸化法にて表面を酸化させ、基板上 4 0 O n mの熱酸化膜を作成して絶縁体層とした。さらに基板の一方に成膜した S i O ₂膜をドライエツチングにて完全に除去した後、スパッタ法にてクロムを 2 0 n mの膜厚で成膜し、さらにその上に金（A u ) を 1 0 0 n mスノ、。ッタにて成膜し取り出し電極とした。次いで、この絶縁体膜上に、金属マスクを通して金を 1 5 0 n mの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース電極及びドレイン電極を、間隔（チャンネル長 L ) が 1 0 0 μ mになるように形成した。そのときソース電極とドレイン電極の幅（チャンネル幅 W ) は 4 m mとなるように成膜した。引き続き、別の金属マスクを通して、真空蒸着法により前記化合物（ 1 ) を 1 5 0 n m膜厚の有機半導体層として成膜し、有機薄膜トランジスタを作製した（図 7参照）。得られた有機薄膜トランジスタについて、図 7のような回路構成にて、 + 4 O Vのゲート電圧 V_c を印加し、ソース一ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。この場合、電子が有機半導体層のチャンネル領域（ソース一ドレイン間）に誘起され、 n型トランジスタとして動作する。 'その結果、電流飽和領域でのソース一ドレイン電極間の電流のオン,. 'オフ比は 1. 2 X 1 0 ^s であつた。また、電子の電界効果移動度 μを下記式（Α) より算出したところ 6. 3 X I 0一² c m ²/ V sであった。

I D = (W./ 2 L ) · C ■ (Vc - VT )² (A) 式中、 I。はソース— ドレイン間電流、 Wはチャンネル幅、 Lはチャンネル長、 Cはゲート絶縁体層の単位面積あたりの電気容量、 V_T はゲ一ト閾値電圧. Vo はゲ一ト電圧である。

実施例 2〜 8 9

実施例 1 において、有機半導体層の材料として、化合物（ 1 ) の代わりに第 1表に記載の化合物を用いた以外は同様にして有機薄膜トランジスタを作製た _c 得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例 1 と同様にして、 + 4 0 Vのゲート電圧 V。にて、ソース一ドレイン電極間の電流のオンノオフ比を測定し. 及び電子の電界効果移動度 μを算出した結果を第 1表に示す。第 1表

電子の電界効

化合

実施例果移動度オンノオフ比

物 No

(cmVVs)

2 5 6.3X 10— ² 1.2 X 10⁸

3 10 7.5X 10—² 8.5 X 10⁷

4 11 9.8X1CT³ 1.8 X 10⁸

5 14 9.5X 10— ³ 9.8 X10⁶

6 16 1.7X10 3.7 X 10⁷

7 21 8.5X 10 3.5 X 10⁷

8 31 9.4X10 2.5 X 10⁷

£6 9請 OOZdf/ェ:) d 0£9 o/SOOZ OAV

£6Z9T0/tO0Zdf/13d 0£9£1Ό/≤00Ι O 87 328 6.5 x 10"² 2.8 x 10⁷

88 329 5.8 X 10—³ 9.5 X 10⁶

89 331 8.8X10—³ 3.8 x 10⁷

実施例 9 0

厚さ 1 mmのガラス基板上に真空蒸着法によってクロムを 1 0 0 nmの膜厚で成膜し、これをゲート電極とした。次いで、ゲート電極上に、スパッタリングによつて S i 0₂ を 3 0 0 n mの膜厚の絶縁体層として形成した。次いで、この絶緣体層上に、金属マスクを通して金（A u) を 1 5 0 ΙΊ mの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース電極及びドレイン電極を、間隔（チヤンネル長 L) 力； 1 0 0 μ ηι、幅（チャンネル幅 W) は 4 m mになるように形成した。引き続き、別の金属マスクを通して、真空蒸着法により前記化合物（ 7 7 ) を 1 5 0 n m膜厚の有機半導体層として成膜し、有機薄膜トランジスタを作製した（図 1参照）。

得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例 1 と同様の回路構成にて、 + 4 0 Vのゲート電圧 V _c を印加し、ソース一ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。その結果、電流飽和領域でのソース一ドレイン電極間の電流のォンオフ比を測定したところ 3. 1 X 1 0 ^s であった。また、電子の電界効果移動度 μを算出したところ.6. 9 X 1 0— ³c m²/V sであった。

実施例 9 1 .

厚さ 1 mmのガラス基板上に金属マスクを通して金（A u) を 1 5 0 n mの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース電極及びドレイン電極を、間隔（チャンネル長 L) が 1 0 0 μ πι、幅（チャンネル幅 W) は 4 mmになるように形成した。次いで、別の金属マスクを通して、真空蒸着法により化合物 ( 1 4 9) を 1 5 0 n m膜厚の有機半導体層として成膜し、. 次にスパッタ法を用いて酸化アルミニウム（A 1₂ 0₃)を 2 0 0 n m成膜し絶縁体層とした。最後に別のマスクを用いてゲート電極（A 1 ) をスパッタして有機薄膜トランジスタを作製した（図 3参照）。

得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例 1 と同様の回路構成にて、 + 4 0 Vのゲート電圧 V_c を印加し、ソース一ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。その結果、電流飽和領域でのソース一ドレイン電極間の電流のォン. Zオフ比を測定したところ 3. 8 X 1 0⁸ であった。また、電子の電界効果移動度 μを算出したところ 2. 1 X 1 0—² c m²/V sであった。

実施例 9 2

厚さ 2 0 O y mのボリエチレンテレフタレ一トフィルムを基板として用いた _t 化合物（ 3 0 9 ) をトルエンに 3質量％溶解させ、基板上にスピンコート法により成膜し、窒素雰囲気下 1 2 0°Cにて乾燥させた。次いで、真空蒸着装置で金属マスクを通して金（A u) を 1 5 0 n mの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース電極及びドレイン電極を、間隔（チャンネル長 L) が 1 0 Ο μ ηι、幅（チャンネル幅 W) は 4 mmになるように形成した。次に、真空蒸着法を用いてポリエチレンを真空蒸着し絶縁体層とした。その上に A 1 を真空蒸着してゲート電極とした（図 4参照）。

得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例 1 と同様の回路構成にて、 + 4 0 Vのゲート電圧 V_G を印加し、ソース一ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。その結果、電流飽和領域でのソース一ドレイン電極間の電流のォン /オフ比を測定したところ 4. 3 X 1 0⁶ であった。電子の電界効果移動度 μを算出したところ 8. 6 X 1 0_⁴c m²/V sであった。

比較例 1

実施例 1において、化合物（ 1 ) の代わりに、へキサデ力フルォロ銅フタ口シアニナ一ト（F ₁₆P c C u) を用いた以外は同様にして有機薄膜トランジスタを作製した（図 7参照）。得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例 1 と同様の回路構成にて、 + 4 0 Vのゲート電圧 V _c を印加し、ソース一ドレイン間に電圧を印加して電流を流した。その結果、電流飽和領域でのソース一ドレイン電極間の電流のォンオフ比を測定したところ 1 . 2 X 1 0 ³ であった。電子の電界効果移動度 μを算出したところ 1 . 3 X 1 0一³ c m ²/ V sであった。産業上の利用可能性

本発明の有機薄膜トランジスタは、有機半導体層の材料として高い電子移動度を有する特定構造のへテロ環化合物を用いることにより、応答速度（駆動速度）が高速で、しかもオン,/'オフ比が大きく、トランジスタとしての性能が高いものである。

Claims

請求の範囲

1. 少なくとも基板上にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の 3端子、絶縁体層及び有機半導体層が設けられ、ソース— ドレイン間電流をゲート電極に電圧を印加することによって制御する薄膜トランジスタにおいて、前記有機半導体層が、縮合部位に窒素原子を有する 5員環と 5員環又は 6員環とが縮合した含窒素へテロ環化合物を含む有機薄膜トランジスタ。

2. 前記含窒素へテロ環化合物が、下記一般式（ I ) で表される化合物である請求項 1 に記載の有機薄膜トランジスタ。

( I ) 1