WO2008044695A1 - Dispositif de transistor organique à couche mince et transistor organique à couche mince émetteur de lumière - Google Patents

Dispositif de transistor organique à couche mince et transistor organique à couche mince émetteur de lumière Download PDF

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WO2008044695A1
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carbon atoms
thin film
organic thin
film transistor
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Yuki Nakano
Masatoshi Saito
Hiroaki Nakamura
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Idemitsu Kosan Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an organic thin film transistor and an organic thin film light emitting transistor, and more particularly to an organic thin film transistor including a compound having a high mobility and capable of high speed operation, and an organic thin film light emitting transistor using the same. .
  • a thin film transistor is widely used as a switching element for display in a liquid crystal display device or the like.
  • Figure 3 shows a typical TFT cross-sectional structure.
  • a TFT has a gate electrode, an insulator layer, and an organic semiconductor layer in this order on a substrate, and has a source electrode and a drain electrode formed on the organic semiconductor layer at a predetermined interval.
  • the organic semiconductor layer forms a channel region, and is turned on / off by controlling the current flowing between the source electrode and the drain electrode with the voltage applied to the gate electrode.
  • this TFT has been manufactured using amorphous or polycrystalline silicon. CVD devices used to manufacture TFTs using such silicon are very expensive and display devices using TFTs.
  • TFTs using organic substances instead of amorphous or polycrystalline silicon have been proposed! /.
  • Vacuum deposition and coating methods are known as film formation methods used when forming TFTs with organic materials.
  • these film formation methods can increase the size of the device while suppressing an increase in manufacturing costs. Therefore, the process temperature required for film formation can be made relatively low.
  • TFTs using organic substances have the following advantages: there are few restrictions when selecting materials for the substrate, and they are expected to be put to practical use. TFT has been actively reported, for example, non-patent literature;! -20.
  • organic substances used in the organic compound layer of TFT include multimers such as conjugated polymers such as thiophenone (patent document;!
  • Patent Documents 7 and 8, etc. are used in the form of simple substances or mixtures with other compounds.
  • n-type FET materials for example,
  • TNNQD 11,11,12,12-tetracyanonaphtho-2,6-quinodimethane
  • NCDI 1,4,5,8_naphthalenetetracarboxyldiimide
  • 10 discloses a fluorinated phthalocyanine! /.
  • Patent Document 11 includes an organic semiconductor material having at least one structure in which a group containing an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic ring is bonded via an alkynylene group and having a molecular weight of 2,000 or less.
  • Patent Document 12 describes the invention of a chenothiophene derivative, discloses a compound in which this chenothiophene derivative is bonded to benzene via acetylene, and describes its use for a thin-film transistor! / Such an example is described! /, Na! / ⁇
  • an organic electoric luminescence (EL) element as a device that uses electric conduction in the same way.
  • An organic EL element is generally forced by applying a strong electric field of 10 5 V / cm or more in the film thickness direction of an ultrathin film of lOOnm or less
  • a strong electric field of 10 5 V / cm or more in the film thickness direction of an ultrathin film of lOOnm or less
  • the above-mentioned compound in the conventional organic TFT has a problem in high-speed response as a transistor with low field-effect mobility and low response speed. Also, the on / off ratio was small.
  • the on / off ratio mentioned here is the value obtained by dividing the current flowing between the source and drain when the gate voltage is applied (on) by the current flowing between the source and drain when the gate voltage is not applied (off).
  • On-state current is the current value (saturation current) when the current flowing between the source and drain is saturated, usually by increasing the gate voltage.
  • Patent Document 2 JP-A-8-228035
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 9-232589
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 10-125924
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 10-190001
  • Patent Document 6 JP 2000-174277 A
  • Patent Document 7 Japanese Patent Laid-Open No. 5-55568
  • Patent Document 8 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-94107
  • Patent Document 9 Japanese Patent Laid-Open No. 10-135481
  • Patent Document 10 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-251601
  • Patent Document 11 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-179249
  • Patent Document 12 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-73382
  • Non-patent document 1 F. Ebisawa et al., Journal of Applied Physics, 54, 3255, 1983
  • Non-patent document 2 A. Assadi et al., Applied Physics Letter, 53, 195, 1988
  • Non-patent document 3 G. Guillaud et al., Chemical Physics Letter, 167, 503, 1990
  • Non-patent document 4 X. Peng et al., Applied Physics Letter, 57, 2013, 1990
  • Non-patent document 5 G. Horowitz et al., Synthetic Metals, 41-43, 1127, 1991
  • Non-Patent Document 6 S. Miyauchi et al., Synthetic Metals, 41-43 ⁇ , 1991
  • Non-patent literature 7 H. Fuchigami et al., Applied Physics Letter, 63, 1372, 1993
  • Non-patent literature 8 H. Koezuka et al., Applied Physics Letter, 62, 1794, 1993
  • Non-patent literature 9 F Gamier et al., Science, 265, 1684, 1994
  • Non-patent literature 10 AR Brown et al., Synthetic Metals, 68, 65, 1994
  • Non-patent literature 11 A. Dodabalapur et al., Science, 268 ⁇ , 270, 1995
  • Non-patent literature 12 T. Sumimoto et al., Synthetic Metals, 86, 2259, 1997
  • Non-Patent Document 13 K. Kudo et al., Thin Solid Films, 331 ⁇ , 51, 1998
  • Non-patent document 14 K. Kudo et al., Synthetic Metals, 102, 900 pages, 1999
  • Non-patent document 15 K. Kudo et al., Synthetic Metals, 111-112, 11 pages, 2000
  • Non-patent document 16 Advanced Materials Volume 13, No. 16, 2001, p. 1273
  • Non-Patent Document 17 Advanced Materials Vol.15, No.6, 2003, p.478
  • Non-Patent Document 18 W. Geens et al., Synthetic Metals, 122, 191 pages, 2001
  • Non-Patent Document 19 Lay-Lay Chua et al., Nature, 434, March 10, 2005, p. 194
  • Non-Patent Document 20 C.D. Dimitrakopoulos et al., IBM J. RES. & DEV. Vol. 45, No. 11, p. 11, 2001
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a high response speed (driving speed), a large force, and a large on / off ratio! /, And an organic thin film transistor using the same
  • An object is to provide an organic thin film light emitting transistor.
  • the response speed drive speed
  • the organic semiconductor layer of the organic thin film transistor has an aromatic hydrocarbon group at the center represented by the following general formula (1).
  • the inventors have found that the above object can be achieved by using a compound having an aromatic heterocyclic group and a structure having improved planarity as a compound, and the present invention has been completed.
  • a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, an insulator layer, and an organic semiconductor layer are provided on a substrate, and a source-drain current is controlled by applying a voltage to the gate electrode.
  • an organic thin film transistor in which the organic semiconductor layer contains a compound represented by the following general formula (1) is provided.
  • R to R each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom
  • R to R and R to R are adjacent to each other to form a saturated or unsaturated cyclic structure.
  • Ar is an aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent and an aromatic heterocyclic group having 1 to 60 carbon atoms which may have a substituent.
  • n is an integer from ! ]
  • the present invention also provides an organic thin film light emitting transistor in which light emission is obtained by utilizing a current flowing between a source and a drain in an organic thin film transistor, and the light emission is controlled by applying a voltage to a gate electrode. is there.
  • the organic thin film transistor of the present invention has an improved response speed (driving speed), and has a high performance as a transistor having a large on / off ratio, and is an organic thin film light emitting transistor capable of emitting light. Can also be used.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an element configuration of an organic thin film transistor of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the element configuration of the organic thin film transistor of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the element structure of the organic thin film transistor of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the element structure of the organic thin film transistor of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the element structure of the organic thin film transistor of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the element structure of the organic thin film transistor of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of an element configuration of an organic thin film transistor in an example of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of an element configuration of an organic thin film transistor in an example of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an element configuration of an organic thin film light emitting transistor in an example of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing an emission spectrum of an organic thin film light emitting transistor in an example of the present invention.
  • the organic thin film light-emitting transistor of the present invention is provided with at least three terminals of a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, an insulator layer, and an organic semiconductor layer on a substrate, and a voltage between the source and drain is applied to the gate electrode.
  • the organic semiconductor layer contains a compound represented by the following general formula (1).
  • Ar is represented by the following general formula (2), and Ar is represented by the following general formula (3).
  • R to R each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom,
  • an alkoxy group having 30 to 30 carbon atoms, a haloalkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 30 carbon atoms, C1-C30 haloalkylthio group, C1-C30 alkylamino group, C2-C30 dialkylamino group (the alkyl groups may be bonded to each other to form a ring structure containing a nitrogen atom)
  • haloalkylsulfonyl group 6 to 60 aromatic hydrocarbon group, carbon number;!
  • substituent It may be an alkylsilyl group having 3 to 30 carbon atoms or a cyan group, and each of these groups may have a substituent.
  • R to R and R to R are adjacent to each other to form a saturated or unsaturated cyclic structure.
  • halogen atom examples include fluorine, chlorine, bromine and iodine atoms.
  • alkyl group examples include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, s-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, n-pentyl group, n-hexynole group, n-heptyl group, n-octyl group. Groups and the like.
  • haloalkyl group examples include, for example, a chloromethyl group, a 1-chloroethyl group, a 2-chloroethyl group, a 2-chloroethyl isobutyl group, a 1,2 dichloroethyl group, a 1,3 dichroic isopropyl group, 2, 3 Dichloro-t-butyl group, 1, 2, 3 Trichloropropyl group, bromomethyl group, 1 bromoethyl group, 2-bromoethyl group, 2-bromoisobutyl group, 1,2-dibromoethyl group, 1,3-dibromoisopropyl group, 2 , 3-Jib mouth tert-butyl group, 1, 2, 3 Tribromopropyl group, odomethyl group, 1- odoethyl group, 2 podethyl group, 2 podisobutyl group, 1, 2 jordoethyl group, 1,
  • the alkoxyl group is a group represented by OX 1
  • examples of X 1 include the same examples as described for the alkyl group
  • the haloalkoxyl group is a group represented by OX 2
  • Examples of X 2 include the same examples as described for the haloalkyl group.
  • the alkylthio group is a group represented by SX 1 , and examples of X 1 include the same examples as described for the alkyl group, and the haloalkylthio group is represented by sx 2 Examples of X 2 include the same examples as described for the haloalkyl group.
  • the alkylamino group is a group represented by —NHX 1
  • the dialkylamino group is a group represented by NX
  • X 1 and X 3 are examples similar to those described for the alkyl group, respectively. Is mentioned.
  • Examples of the ring structure in which the alkyl group of the dialkylamino group may be bonded to each other to form a ring structure containing a nitrogen atom include pyrrolidine, piperidine and the like.
  • the alkylsulfonyl group is a group represented by SO X 1 , and examples of X 1 include the same examples as those described above for the alkyl group, and the haloalkylsulfonyl group is —SO X 2 Examples of X 2 include the same examples as described for the haloalkyl group.
  • aromatic hydrocarbon group examples include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a fluorenyl group, a perylenyl group, a tetracenyl group, and a pentacenyl group.
  • Examples of the aromatic heterocyclic group include a dithienophenyl group, a benzofuranyl group, a benzothiophenyl group, a quinolinyl group, a carbazolyl group, a dibenzofuranyl group, a dibenzothiophenyl group, a benzothiadiazonyl group, and the like.
  • Examples of the alkylsilyl group, a group represented by -si ⁇ x 4, X 1, X 3 and X 4 include the same examples as those described for each of said alkyl groups.
  • saturated cyclic structure examples include a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group.
  • Examples of the unsaturated cyclic structure include the same examples as those described for the aromatic hydrocarbon group.
  • Ar represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent, and an aromatic hydrocarbon having 1 to 60 carbon atoms which may have a substituent. It is a heterocyclic group.
  • aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms examples include divalent residues such as benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, tetracene, taricene, and pentacene, and include benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, Bivalent residues of tetracene and pentacene are preferred.
  • the aromatic heterocyclic group having 1 to 60 carbon atoms is preferably a condensed polycyclic aromatic heterocyclic ring having 6 to 60 carbon atoms (preferably 8 to 60 carbon atoms) (condensed polycyclic aromatic heterocyclic group).
  • a condensed polycyclic aromatic heterocyclic ring having 6 to 60 carbon atoms (preferably 8 to 60 carbon atoms) (condensed polycyclic aromatic heterocyclic group).
  • the divalent residues of dithienobenzene, benzothiophene, dibenzothiophene, benzofuran and dibenzofuran are preferred.
  • n is an integer of 1 to 20, and may be 1 or a plurality of 2 or more.
  • Force S preferably an integer of! When n is within the range of! ⁇ 20, it effectively coordinates with the substrate, contributing to the improvement of mobility.
  • R, R, R, R, R, R and R are all hydrogen atoms.
  • R and R is a halogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, carbon
  • the compound preferably has a finer alignment structure.
  • the compound represented by the general formula (1) is preferably a compound represented by the following general formula (4).
  • R to R are the same groups as R to R in the general formula (1), respectively.
  • R to R, R to R, R to R are adjacent to each other
  • N is an integer of 1 to 20; preferably an integer of! To 5; When n is in the range of 1 to 20, it effectively coordinates with the substrate, which contributes to improvement of mobility.
  • R to R forces are each independently a hydrogen atom or a halogen atom.
  • a dialkylamino group having 2 to 8 carbon atoms (the alkyl groups may be bonded to each other to form a ring structure containing a nitrogen atom), an alkylsulfonyl group having 1 to 8 carbon atoms, or a cyan group is preferable. .
  • R, R, R, R, R, and R to R are all hydrogen atoms.
  • At least one of R and R is a halogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and a carbon number
  • Haloalkyl group of! ⁇ 8 haloalkoxyl group of 1-8 carbon atoms, alkylamino group of 1-8 carbon atoms, or dialkylamino group of 2-8 carbon atoms (the alkyl groups are bonded to each other to form a nitrogen atom) And may not form a halogen structure, an alkyl group, a haloalkyl group, a haloalkoxyl group, an anolenoquinamino group, or a dialkylamino group.
  • a hydrogen atom is preferred.
  • the compound preferably has a finer alignment structure.
  • any one of R to R is a fluorine atom, a cyan group, a trif
  • a chloromethyl group or a pentafluoroethyl group is preferred as a material for an n-type transistor.
  • the compound represented by the general formula (1) is a compound represented by the following general formula (5), a linear and dense alignment structure is preferable. Masle.
  • R 1 to R 5 are each independently a hydrogen atom, halogen atom, carbon
  • R to R and R to R are adjacent to each other to form a saturated cyclic structure.
  • R to R each independently represent a hydrogen atom, a carbon number
  • Alkyl group carbon number 1-30 haloalkyl group, carbon number 1-30 alkoxy group, carbon number 1-30 haloalkoxyl group, carbon number;! -30 alkylthio group, carbon number;! -30 halo
  • An alkylsilyl group of 1 to 30 or a cyan group is preferred.
  • the force S for giving specific examples of the compounds represented by the general formulas (1), (4) and (5) used for the organic semiconductor layer of the organic thin film transistor of the present invention is not limited thereto.
  • an electronic device such as the organic thin film light-emitting transistor of the present invention
  • purification by techniques such as column chromatography, recrystallization, distillation, and sublimation as necessary.
  • the performance and the on / off ratio can be increased to bring out the performance inherent in the material.
  • the organic thin film transistor of the present invention As an element configuration of the organic thin film transistor of the present invention, at least three terminals of a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, an insulator layer, and an organic semiconductor layer are provided on a substrate, and a voltage between the source and drain is applied to the gate electrode.
  • the thin film transistor As long as the thin film transistor is controlled by this, it is not limited and may have a known element structure.
  • elements A to D are shown in FIGS. 1 to 4 as typical element configurations of organic thin film transistors.
  • FIGS. 1 to 4 As described above, several configurations are known depending on the position of the electrode, the stacking order of the layers, and the like, and the organic thin film transistor of the present invention has a field effect transistor (FET) structure.
  • FET field effect transistor
  • An organic thin film transistor has an organic semiconductor layer (organic compound layer), a source electrode and a drain electrode formed so as to face each other with a predetermined distance from each other, and a predetermined distance from the source electrode and the drain electrode.
  • the current flowing between the source and drain electrodes is controlled by applying a voltage to the gate electrode.
  • the distance between the source electrode and the drain electrode is determined by the use of the organic thin film transistor of the present invention, and is usually 0 ⁇ 111 to 1111111, preferably 1111 to 100 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m. ⁇ 100 ⁇ m.
  • the organic thin film transistor of the element B has a gate electrode and an insulator layer in this order on a substrate. On the layer, there is a pair of source and drain electrodes formed at a predetermined interval, and an organic semiconductor layer is formed thereon. The organic semiconductor layer forms a channel region, and the on / off operation is performed by controlling the current flowing between the source electrode and the drain electrode with the voltage applied to the gate electrode.
  • the substrate in the organic thin film transistor of the present invention plays a role of supporting the structure of the organic thin film transistor.
  • inorganic compounds such as metal oxides and nitrides, plastic films (PET, PES, PC) ), Metal substrates, or composites or stacks thereof can also be used.
  • PET, PES, PC plastic films
  • Metal substrates, or composites or stacks thereof can also be used.
  • a silicon (Si) wafer is often used as a substrate material.
  • Si itself can be used as a gate electrode / substrate. It is also possible to oxidize the Si surface to form SiO and use it as an insulating layer.
  • a metal layer such as Au may be deposited on the Si substrate as the substrate and gate electrode as an electrode for connecting the lead wire.
  • Figure 8 shows an example of the element structure of an organic thin film transistor using a Si substrate.
  • the material for the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material.
  • the source electrode and the drain electrode those formed using a fluid electrode material such as a solution, paste, ink, or dispersion containing the above conductive material can be used.
  • the solvent or dispersion medium is preferably a solvent or dispersion medium containing 60% by mass or more, preferably 90% by mass or more of water, in order to suppress damage to the organic semiconductor.
  • a dispersion containing metal fine particles for example, a known conductive paste may be used, but a dispersion containing metal fine particles usually having a particle size of 0.5 nm to 50 nm, 1 nm to Onm. Preferably there is.
  • Examples of the material for the fine metal particles include platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, genoremanium, and molybdenum. , Tungsten, zinc, or the like can be used.
  • an electrode using a dispersion in which these metal fine particles are dispersed in water or a dispersion medium which is an arbitrary organic solvent using a dispersion stabilizer mainly composed of an organic material.
  • a method for producing such a dispersion of metal fine particles metal ions in the liquid phase such as a physical generation method such as gas evaporation method, sputtering method, metal vapor synthesis method, colloid method, and coprecipitation method are used.
  • a chemical production method in which metal fine particles are produced by reduction preferably, JP-A-11-76800, JP-A-11-80647, JP-A-11-319538, JP-A-11-319538
  • the electrode After forming the electrode using these metal fine particle dispersions and drying the solvent, it is shaped as necessary in the range of 100 ° C to 300 ° C, preferably 150 ° C to 200 ° C. By heating, the metal fine particles are thermally fused to form an electrode pattern having a desired shape.
  • the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode it is introduced by doping or the like. It is also preferable to use a known conductive polymer with improved electric conductivity, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene (polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid complex, etc.), polyethylene A complex of dioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid is also preferably used. These materials can reduce the contact resistance between the source electrode and the organic semiconductor layer of the drain electrode.
  • a known conductive polymer with improved electric conductivity for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene (polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid complex, etc.), polyethylene A complex of dioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid is also preferably used. These materials can reduce the contact resistance between the
  • the material for forming the source electrode and the drain electrode is preferably a material having a small electric resistance at the contact surface with the organic semiconductor layer among the examples described above.
  • the electric resistance corresponds to the field-effect mobility when the current control device is manufactured.
  • the resistance should be as small as possible. This is generally determined by the magnitude relationship between the work function of the electrode material and the energy level of the organic semiconductor layer.
  • the work function (W) of the electrode material is a
  • the ionization potential of the organic semiconductor layer is (Ip) b
  • the electron affinity (Af) of the organic semiconductor layer is c
  • a, b, and c are all positive values based on the vacuum level.
  • b ⁇ a ⁇ l.5 eV (formula (1)) is preferable, and b ⁇ a ⁇ l.OeV is more preferable. If the above relationship can be maintained in relation to the organic semiconductor layer, it is preferable to select a material with a work function that is as large as possible, especially the work function of the electrode material.
  • the work function is more preferably 4.2 eV or more.
  • noble metals Al, Au, Cu, Pt
  • conductive polymers such as ITO, polyaniline and PEDOT: PSS and carbon are preferred. Even if the electrode material contains one or more of these high work function substances, there is no particular limitation as long as the work function satisfies the above formula (I).
  • a-c is preferably 1.5eV (formula ( ⁇ )), and more preferably a-c ⁇ l.OeV.
  • the work function of the electrode material is preferably as small as possible.
  • the work function is preferably 4.3 eV or less. More preferably, the work function is 3.7 eV or less.
  • low work function metals include, for example, an effective metal with a work function of 4.3 eV or less as described in Chemical Handbook II, page 493 (revised 3 edition, published by Maruzen Co., Ltd., 1983). It can be selected from the above list of Ag (4.26 eV), Al (4.06, 4.28 eV), Ba (2.52 eV), Ca (2.9 eV), Ce (2.9 eV), Cs (l.
  • the electrode material Even if one or more of these low work function substances are included as the electrode material, there is no particular limitation as long as the work function satisfies the above formula ( ⁇ ).
  • a stable metal in the air such as Ag or Au, if necessary.
  • the film thickness required for the coating must be 10 nm or more, and the power to protect from oxygen and water as the film thickness increases. For practical reasons, it is desirable to reduce it to 1 m or less for reasons such as increasing productivity! / ,.
  • Examples of the method for forming the electrode include vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, atmospheric pressure plasma method, ion plating, chemical vapor deposition, electrodeposition, electroless plating, spin coating, printing, and inkjet. Formed by means. Also if necessary As a method of turning, a conductive thin film formed by using the above method is formed by an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method, by thermal transfer or ink jet on a metal foil such as aluminum or copper. There is a method of forming and etching a resist.
  • a conductive polymer solution or dispersion, a dispersion containing metal fine particles, or the like may be directly patterned by an ink-jet method, and may be formed by lithography, laser ablation, or the like from a coating film.
  • a method of patterning a conductive ink or conductive paste containing a conductive polymer or metal fine particles by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing or screen printing.
  • the thickness of the thus formed electrode is not particularly limited as long as the conduction of current, preferably 0. 2nm ⁇ 10 i um, more preferably in the range of 4Nm ⁇ 300nm. Within this preferred range, the thin film thickness does not cause a voltage drop due to an increase in resistance. In addition, since the film is not too thick, it does not take time to form the film, and when another layer such as a protective layer or an organic semiconductor layer is laminated, the laminated film can be made smoothly without causing a step.
  • a buffer layer may be provided between the organic semiconductor layer and the source and drain electrodes for the purpose of improving the injection efficiency.
  • the noffer layer is a compound with an alkali metal or alkaline earth metal ion bond such as LiF, Li 0, CsF, NaCO, KC1, MgF, CaCO, etc. Is desirable.
  • a compound used as an electron injection layer or an electron transport layer in an organic EL device such as Alq (tris (8-quinolinol) ano-remium complex) may be inserted.
  • cyan compounds such as FeCl, TCNQ, F—TCNQ, HAT, CFx, GeO, SiO, MoO, V O, VO, V O, MnO, Mn O, ZrO
  • Alkali metals such as WO, TiO, InO, ZnO, NiO, HfO, TaO, ReO, PbO
  • Metal oxides other than alkaline earth metals and inorganic compounds such as ZnS and ZnSe are desirable. In many cases, these oxides cause oxygen vacancies, which are suitable for hole injection.
  • TPD N, ⁇ '-bis (3-methylphenyl) -1 N, ⁇ '-diphenyl-1- (1, 1'-biphenyl) -1,4'-diamin
  • NPD 4, 4'—Bis [N— (1-Naphthinole) -N-phenylamino] biphenyl
  • CuPc copper phthalocyanine
  • It may be a compound used as a hole injection layer or a hole transport layer in the element. In addition, it would be desirable to have two or more of the above compounds.
  • the power of the nofer layer is known to have the effect of lowering the threshold voltage by lowering the carrier injection barrier and driving the transistor at a low voltage. It has been found that there is an effect of improving mobility. This is because a carrier trap exists at the interface between the organic semiconductor and the insulator layer, and when carrier injection occurs when a gate voltage is applied, the first injected carrier is used to fill the trap.
  • the buffer layer is required to be thin between the electrode and the organic semiconductor layer, and its thickness is 0.1 nm to 30 nm, preferably 0.3 nm to 20 nm.
  • the material of the insulator layer in the organic thin film transistor of the present invention is not particularly limited as long as it has an electrical insulating property and can be formed as a thin film.
  • Metal oxide including silicon oxide
  • metal nitride Materials having a resistivity of 10 ⁇ cm or more at room temperature, such as silicon nitride
  • polymers such as polymers, and small organic molecules
  • inorganic oxide films having a high relative dielectric constant are particularly preferable.
  • inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, sodium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, titanate Strontium, barium titanate, barium magnesium fluoride, lanthanum oxide, fluorine oxide, magnesium oxide, bismuth oxide, bismuth titanate, niobium oxide, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, pentoxide Tantanole, bismuth tantalate niobate, yttrium trioxide, and combinations thereof, including silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferred.
  • inorganic nitrides such as silicon nitride (SiN, SixNy (x, y> 0)), aluminum nitride, etc.
  • the insulator layer may be formed of a precursor containing an alkoxide metal.
  • a substrate is coated with a solution of the precursor, and this is subjected to chemical solution treatment including heat treatment. By doing so, an insulator layer is formed.
  • the metal in the alkoxide metal is selected from, for example, a transition metal, a lanthanoid, or a main group element.
  • the metal is tantalum (Ba), strontium (Sr), titanium (Ti), bismuth (Bi), tantalum.
  • Ti zircon
  • Zr iron
  • Fe nickel
  • Mn manganese
  • lead Pb
  • La lithium
  • Li lithium
  • Na sodium
  • K Norebidium
  • Cs cesium
  • Be beryllium
  • Mg magnesium
  • Ca calcium
  • Ca niobium
  • T1 mercury
  • Hg mercury
  • Cu copper
  • Co Cobalt
  • Co rhodium
  • Sc scandium
  • Y yttrium
  • alkoxide in the alkoxide metal examples include, for example, alcohols including methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, methoxy ethanol, ethoxy ethanol, propoxy ethanol, butoxy ethanol, pentoxy ethanol. , Heptoxy ethanol, methoxypropanol, ethoxypropanol, propoxypropanol, butoxypropanol, pentoxypropanol, and alkoxy alcohols including heptoxypropanol. .
  • the insulator layer is made of the material as described above, polarization is likely to occur in the insulator layer, and the threshold voltage for transistor operation can be reduced.
  • insulating with silicon nitride such as SiN, SixNv, SiONx (x, y> 0)
  • Insulator layers using organic compounds include polyimides, polyamides, polyesters, polyacrylates, photo-radical polymerization systems, photo-curing resins based on photothion polymerization, copolymers containing acrylonitrile components, polybutanol, poly-polyphenol. Bull alcohol, nopolac resin, cyano ethyl pullulan and the like can also be used.
  • wax polyethylene, polychloropyrene, polyethylene terephthalate, polyoxymethylene, polybutyl chloride, polyvinylidene fluoride, polymethylmetatalylate, polysanolone, polycarbonate, polyimide cyanoethynolef.
  • Norelan poly (vinino fenenore) (PVP), poly (methyl methacrylate) (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyolefin, polyacrylamide, poly (acrylic acid), nopolac resin, resole
  • PVP poly (vinino fenenore)
  • PMMA poly (methyl methacrylate)
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • polyolefin polyacrylamide
  • poly (acrylic acid) nopolac resin
  • resole In addition to resin, polyimide, polyxylylene, and epoxy resin, it is also possible to use a polymer material having a high dielectric constant such as pullulan.
  • an organic compound having water repellency is particularly preferable.
  • the water repellency suppresses the interaction between the insulator layer and the organic semiconductor layer, and the organic semiconductor Utilizing the inherent cohesion, the crystallinity of the organic semiconductor layer can be increased to improve device performance. Examples of this include polyparaxylylene derivatives described in Yasud a et al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42 (2003) pp. 6614-6618 and Janos Veres et al. Chem. Mater., Vol. 16 (2004) pp. 4543-4555.
  • the organic semiconductor layer can be formed with less damage. It is an effective method because it can.
  • the insulator layer may be a mixed layer using a plurality of inorganic or organic compound materials as described above, or may be a laminated structure thereof.
  • the device performance can be controlled by mixing or laminating materials with high dielectric constant, materials and water repellency, if necessary.
  • the insulator layer may include an anodized film or the anodized film as a component.
  • the anodized film is preferably sealed.
  • the anodized film is formed by anodizing a metal that can be anodized by a known method. Examples of the metal that can be anodized include aluminum and tantalum, and a known method without particular limitation can be used for the method of anodizing.
  • An oxide film is formed by anodizing. Any electrolyte solution that can form a porous oxide film can be used as the anodizing treatment.
  • sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, chromic acid, boric acid, sulfamic acid, benzenesulfone, and the like can be used. Acids, etc., or mixed acids obtained by combining two or more of these or salts thereof are used.
  • the treatment conditions for anodization vary depending on the electrolyte used, so it cannot be specified in general, but in general, the electrolyte concentration is;! ⁇ 80 mass%, electrolyte temperature 5 ⁇ 70 ° C A current density of 0.5 to 60 A / cm 2 , a voltage of 1 to 100 volts, and an electrolysis time of 10 seconds to 5 minutes are suitable.
  • the oxidation treatment is a method in which an aqueous solution of sulfuric acid, phosphoric acid or boric acid is used as the electrolytic solution and the treatment is performed with a direct current, but an alternating current can also be used.
  • the concentration of these acids is preferably 5 to 45% by weight. It is preferable to perform electrolytic treatment for 20 to 250 seconds at an electrolyte temperature of 20 to 50 ° C and a current density of 0.5 to 20 A / cm 2. Better!/,.
  • the thickness of the insulator layer if the layer thickness is small, the effective voltage applied to the organic semiconductor increases, so that the drive voltage and threshold voltage of the device itself can be lowered. Since the current increases, it is necessary to select an appropriate film thickness, usually 10 nm to 5 ⁇ m, preferably 50 nm to 2 ⁇ m, and more preferably lOOnm to ⁇ ⁇ m 3 ⁇ 4> ⁇ ⁇ .
  • an arbitrary orientation treatment may be performed between the insulator layer and the organic semiconductor layer.
  • it is a method for improving the crystallinity of the organic semiconductor layer by reducing the interaction between the insulator layer and the organic semiconductor layer by applying a water repellent treatment to the surface of the insulator layer.
  • silane coupling agents such as octadecyltrichlorosilane, trichloromethylsilazane, self-anchored alignment film materials such as anolecanic acid, anolecansnorephonic acid, and ananolecan-powered norevonic acid are used.
  • a self-organized film is formed by contacting with the surface of the insulating film and then appropriately dried.
  • a method in which a film made of polyimide or the like is placed on the surface of the insulating film and the surface is rubbed so as to be used for liquid crystal alignment is also preferable.
  • the insulator layer may be formed by vacuum deposition, molecular beam epitaxy, ion cluster beam, low energy ion beam, ion plating, CV D, sputtering, 11-61406, 11-133205, JP-A 2000-121804, 2000-147209, 2000-185362, dry process such as atmospheric pressure plasma method, spray coating method, Wet processes such as spin coating, blade coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, die coating, and other wet processes such as printing and ink jet patterning Can be used according to.
  • the wet process includes a method in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, and dried, or an oxide precursor
  • a so-called sol-gel method in which an alkoxide solution is applied and dried is used.
  • the thickness of the organic semiconductor layer in the organic thin film transistor of the present invention is not particularly limited, but is usually from 0.511 to 1111, and preferably from 2 to 250 nm.
  • the formation method of the organic semiconductor layer is not particularly limited, and a known method can be applied.
  • a known method can be applied.
  • MBE molecular beam vapor deposition
  • vacuum vapor deposition chemical vapor deposition
  • dipping of a solution in which a material is dissolved in a solvent Printing, spin coating method, casting method, bar coating method, mouth coating method, etc., coating method and baking, elect mouth polymer line determination, molecular beam deposition, self-assembly from solution, and combinations thereof
  • it is formed of the material of the organic semiconductor layer as described above.
  • the substrate temperature during film formation is preferably 50 to 250 ° C, more preferably 70 to 150 ° C.
  • the annealing temperature is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 70 to 200 ° C, and the time is preferably 10 minutes to 12 hours; more preferably 10 to 12 hours.
  • the organic semiconductor layer may be a combination of a plurality of materials selected from the general formulas (1) to (4), or a known semiconductor such as pentacene or thiophene oligomer. It can be used with multiple mixed thin films or stacked layers.
  • the method for forming the organic thin film transistor of the present invention is not particularly limited and may be a known method. According to a desired element configuration, the substrate is charged, the gate electrode is formed, the insulator layer is formed, the organic semiconductor layer is formed, and the source electrode is formed. It is preferable to form a series of device fabrication steps up to the formation of the drain electrode without being exposed to the atmosphere at all, because it is possible to prevent the device performance from being hindered by moisture or oxygen in the atmosphere due to contact with the atmosphere. If it is unavoidable that the atmosphere must be exposed to the atmosphere once, the steps after the organic semiconductor layer deposition should not be exposed to the atmosphere at all.
  • the surface where the source electrode and drain electrode are partially laminated on the insulating layer is cleaned and activated by ultraviolet irradiation, ultraviolet / ozone irradiation, oxygen plasma, argon plasma, etc., and then the organic semiconductor layer Are preferably laminated.
  • a gas barrier layer may be formed on the whole or a part of the outer peripheral surface of the organic transistor element.
  • the material for forming the gas noble layer those commonly used in this field can be used.
  • Examples thereof include polybutyl alcohol, ethylene butyl alcohol copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, and polychlorotrifluoroethylene. Can be mentioned. Furthermore, insulating inorganic materials exemplified for the insulator layer can also be used.
  • the present invention also provides an organic thin film light emitting transistor in which light emission is obtained by using a current flowing between a source and a drain in the organic thin film transistor, and the light emission is controlled by applying a voltage to a gate electrode.
  • the organic thin film transistor can also be used as a light emitting device using charges injected from the source and drain electrodes. That is, the organic thin film transistor can be used as an organic thin film light emitting transistor that also functions as a light emitting element (organic EL element). This can control the light emission intensity by controlling the current flowing between the source and drain electrodes with the gate electrode. Since the transistor for controlling light emission and the light emitting element can be integrated, it is possible to reduce the cost by improving the aperture ratio of the display and simplifying the manufacturing process, which provides a great practical advantage.
  • the contents described in the detailed description above are sufficient, but in order to operate the organic thin film transistor of the present invention as an organic light-emitting transistor, holes are generated from one of the source and the drain and from the other. Electrons must be injected, and the following conditions are preferably satisfied in order to improve the light emission performance.
  • a hole injection electrode is an electrode containing a substance having a work function of 4.2 eV or higher.
  • An electron injecting electrode is an electrode containing a substance having a work function of 4.3 eV or less. More preferably, it is an organic thin film light-emitting transistor provided with an electrode in which one is hole-injecting and the other is electron-injecting.
  • the organic thin film light-emitting transistor of the present invention it is preferable to insert a hole injection layer between at least one electrode and the organic semiconductor layer in order to improve the hole injection property.
  • the hole injection layer include amine-based materials used as hole injection materials and hole transport materials in organic EL devices.
  • the electron injection layer used for organic EL devices can be used for the electron injection layer.
  • it is an organic thin film light emitting transistor comprising a hole injection layer under one electrode and an electron injection layer under the other electrode.
  • a buffer layer may be provided between the organic semiconductor layer and the source and drain electrodes for the purpose of improving the injection efficiency.
  • the compound (1) was synthesized as follows. The synthesis route is shown below.
  • the compound was purified by sublimation at 220 ° C.
  • the purity of the compound (1) obtained by sublimation purification was 99.5%.
  • HX110 manufactured by JEOL Ltd.
  • An organic thin film transistor was produced by the following procedure. First, the surface of a Si substrate (also used as a P-type specific resistance 1 ⁇ cm gate electrode) was oxidized by thermal oxidation, and a 300 nm thermal oxide film was formed on the substrate to form an insulator layer. Furthermore, after the SiO film deposited on one side of the substrate is completely removed by dry etching, chromium is deposited to a thickness of 20 nm by sputtering, and further gold (Au) is deposited by lOOnm sputtering. A film was taken out and used as an electrode. This substrate was subjected to ultrasonic cleaning with a neutral detergent, pure water, acetone and ethanol for 30 minutes each, followed by ozone cleaning.
  • a neutral detergent, pure water, acetone and ethanol for 30 minutes each, followed by ozone cleaning.
  • the above substrate was installed in a vacuum deposition apparatus (ULVAC, EX-400), and the same procedure was performed except that etyltoluene was used on the insulator layer in place of the ethylbenzene used in Synthesis Example 1.
  • the compound (2) synthesized as described above was formed as an organic semiconductor layer having a thickness of 50 ⁇ m at a deposition rate of 0.05 nm / s.
  • gold was deposited to a thickness of 50 nm through a metal mask to form a source electrode and a drain electrode that were not in contact with each other so that the distance (channel length U was 75 m.
  • the source electrode and the drain electrode An organic thin film transistor was fabricated by depositing the electrode so that the width (channel width W) was 5 mm (see Fig. 7). A gate voltage of 40 V was applied to the gate electrode of the obtained organic thin film transistor, and a current was applied by applying a voltage between the source and drain. In this case, electrons are induced in the channel region (between source and drain) of the organic semiconductor layer and operate as a p-type transistor. As a result, the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes in the current saturation region was 3 ⁇ 10 5 . Further, the hole of the field-effect mobility was 3 X 10- 2 cm 2 ZVs was calculated by the following formula (A).
  • I is the source-drain current
  • W is the channel width
  • L is the channel length
  • C is the gain
  • V Capacitance per unit area of the gate insulator layer
  • V is the gate threshold voltage
  • V is the gate voltage
  • Example 1 an organic thin film transistor was fabricated in the same manner except that the compound shown in Table 1 was used instead of the compound (2) as the material of the organic semiconductor layer.
  • the obtained organic thin film transistor was p-type at a gate voltage of 40 V in the same manner as in Example 1.
  • Table 1 shows the results of measuring the field effect mobility of holes by measuring the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes.
  • Example 1 the organic semiconductor layer was similarly formed except that the compound (110) was used instead of the compound (2) as the material of the organic semiconductor layer.
  • the compound (110) was used instead of the compound (2) as the material of the organic semiconductor layer.
  • Ca was vacuum-deposited at a deposition rate of 0.05 nm / s to 20 nm, and then Ag was deposited at a deposition rate of 0.05 nm / s to 50 nm to coat Ca.
  • An organic thin film transistor was fabricated. The obtained organic thin film transistor was n-type driven at a gate voltage V of + 40V. Measure the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes.
  • Table 1 shows the results of calculating the field-effect mobility of electrons and electrons.
  • Example 8 an organic thin film transistor was prepared in the same manner except that the compound (44) was used instead of the compound (110) as the material of the organic semiconductor layer.
  • the obtained organic thin film transistor was driven n-type at a gate voltage V of +40 V in the same manner as in Example 8.
  • Table 1 shows the results of measuring the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes and calculating the electron field-effect mobility.
  • Example 6 instead of Au alone as a source / drain electrode, buffer layer MoO
  • An organic thin film transistor was fabricated in the same manner except that 3 was vacuum deposited at a deposition rate of 0.05 nm / s for 10 nm and inserted between a thin film of Au and compound (61). The obtained organic thin film transistor was p-type driven at a gate voltage V of 40 V in the same manner as in Example 1.
  • the glass substrate was ultrasonically cleaned with a neutral detergent, pure water, acetone, and ethanol for 30 minutes each, and then a gold (Au) film of 40 nm was formed by sputtering to produce a gate electrode.
  • this substrate was set in a film forming section of a thermal CVD apparatus.
  • 250 mg of polyparaxylene derivative [polyparaxylene chloride (Parylene)] (trade name; diX-C, manufactured by Sansei Kasei Co., Ltd.), which is the raw material for the insulator layer, is placed in a petri dish. Vacuum the thermal CVD device with a vacuum pump and reduce the pressure to 5 Pa. Then, heat the evaporation part to 180 ° C and the polymerization part to 680 ° C and leave it for 2 hours. A layer was formed.
  • the gate electrode of the obtained organic thin film transistor was p-type driven at a gate voltage V of ⁇ 40V. Measure the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes.
  • Table 1 shows the results of the calculation of the field effect mobility of holes.
  • Example 11 instead of the compound (60), the compound (60 An organic thin film transistor was fabricated in the same manner except that 61) was used. The obtained organic thin film transistor was p-type driven at a gate voltage V of 40 V in the same manner as in Example 1.
  • Table 1 shows the results of measuring the field-effect mobility of holes by measuring the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes.
  • Example 11 an organic thin film transistor was produced in the same manner except that the compound (44) was used instead of the compound (60) as the material of the organic semiconductor layer.
  • the obtained organic thin film transistor was driven n-type at a gate voltage V of +40 V in the same manner as in Example 8.
  • Table 1 shows the results of measuring the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes and calculating the electron field-effect mobility.
  • Example 11 an organic thin film transistor was produced in the same manner except that the compound (65) was used instead of the compound (60) as the material of the organic semiconductor layer.
  • the obtained organic thin film transistor was driven n-type at a gate voltage V of +40 V in the same manner as in Example 8.
  • Table 1 shows the results of measuring the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes and calculating the electron field-effect mobility.
  • Example 11 the substrate was cleaned, the gate electrode was formed, and the insulator layer was formed. Next, 0.5% by weight of Compound (175) was dissolved in black mouth form, and the film was formed on the substrate on which the insulator layer was formed with a spin coater (Mikasa Co., Ltd .: 1H-D7), and a nitrogen atmosphere. The film was dried at 80 ° C. to form an organic semiconductor layer. Next, by depositing gold (Au) with a film thickness of 50 nm through a metal mask with a vacuum deposition apparatus, source and drain electrodes that were not in contact with each other were formed to produce an organic thin film transistor.
  • Au gold
  • the obtained organic thin film transistor was p-type driven at a gate voltage V of 40 V in the same manner as in Example 1. Measure the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes,
  • Table 1 shows the results of calculating the field-effect mobility ⁇ of holes.
  • PV Polyparaphenylenevinylene
  • the obtained organic thin film transistor was p-type driven at a gate voltage V of 40 V in the same manner as in Example 1. Measure the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes,
  • Table 1 shows the results of the calculation of the field effect mobility ⁇ of holes and holes.
  • Polyparaphenylenevinylene (PPV) was used as the material for the organic semiconductor layer, and the organic semiconductor layer was formed in exactly the same manner as in Comparative Example 1. Thereafter, an organic thin film transistor obtained by depositing Ca as a source / drain electrode through a metal mask in the same manner as in Example 8 and coating Ag thereon is obtained in the same manner as in Example 8. N-type drive was performed at a gate voltage V of 40V. Measure the on / off ratio of the current between the source and drain electrodes,
  • Table 1 shows the results of the calculation of the field effect mobility ⁇ of holes and holes.
  • An organic thin film light emitting transistor was produced by the following procedure. First, the surface of a Si substrate (also used as a P-type specific resistance 1 ⁇ cm gate electrode) was oxidized by a thermal oxidation method, and a 300 nm thermal oxide film was formed on the substrate to form an insulator layer. Furthermore, after the SiO film deposited on one side of the substrate is completely removed by dry etching, chromium is deposited to a thickness of 20 nm by sputtering, and further gold (Au) is deposited by lOOnm sputtering. A film was taken out and used as an electrode. This substrate was ultrasonically cleaned with a neutral detergent, pure water, acetone and ethanol for 30 minutes each.
  • the organic thin film transistor of the present invention has a high response speed (driving speed) by using a compound having a specific structure having high electron mobility as a material for the organic semiconductor layer, It has a high performance as a transistor with a large on / off ratio and can be used as an organic thin film light emitting transistor capable of emitting light.

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Description

明 細 書
有機薄膜トランジスタ素子及び有機薄膜発光トランジスタ
技術分野
[0001] 本発明は、有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜発光トランジスタに関し、特に、高い 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及びそれを発 光素子として用いた有機薄膜発光トランジスタに関するものである。
背景技術
[0002] 薄膜トランジスタ (TFT)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。代表的な TFTの断面構造を図 3に示す。同図に示すように、 TFT は、基板上にゲート電極、絶縁体層、有機半導体層をこの順に有し、有機半導体層 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。有 機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。 従来、この TFT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力 こ のようなシリコンを用いた TFTの作製に用いられる CVD装置は、非常に高額であり、 TFT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ないという問題があった。
[0003] 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 TFTが提案されて!/、る。有機物で TFT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 TFTでは、基板に用 V、る材料の選択時の制限が少な!/、と!/、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 TFTについて盛んに報告されるようになり、例えば、非特許文献 ；!〜 20などを挙げることができる。 また、 TFTの有機化合物層に用いる有機物としては、 p型では共役系ポリマーゃチ オフヱンなどの多量体（特許文献;!〜 5等）、金属フタロシアニン化合物（特許文献 6 等）、ペンタセンなどの縮合芳香族炭化水素（特許文献 7及び 8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。また， n型 FETの材料では、例え
A)、 11,11,12,12-テトラシァノナフト -2,6-キノジメタン (TCNNQD)、 1，4，5，8_ナフタ レンテトラカルボキシルジイミド (NTCDI)等が開示されており、特許文献 10には、フ ッ素化フタロシアニンが開示されて!/、る。
さらに、特許文献 11には、芳香族炭化水素環もしくは芳香族複素環を含む基がァ ルキニレン基を介して結合する構造を少なくとも 1以上含み、かつ分子量 2, 000以 下である有機半導体材料及びそれを用いた有機電子デバイスに関する発明が記載 されているが、好ましい構造としてチォフェン環を有する化合物を挙げ、実施例として チォフェン環を有する化合物に関してのデバイス特性を示しているにとどまつている 。また、特許文献 12には、チェノチォフェン誘導体の発明が記載され、このチェノチ ォフェン誘導体がアセチレンを介してベンゼンと結合した化合物が開示され、薄膜ト ランジスタへの利用が記載されて!/、るものの、そのような実施例は記載されて!/、な!/ヽ
〇
一方、同じように電気伝導を用いるデバイスとして有機エレクト口ルミネッセンス（EL )素子がある力 有機 EL素子が、一般に lOOnm以下の超薄膜の膜厚方向に 105V /cm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 TFTの場合に は数 m以上の距離を 105V/cm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。し力、しながら、従来の有機 TFTにおける 上記化合物は電界効果移動度が小さぐ応答速度が遅ぐ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/オフ比も小さかった。ここで言うオン/オフ比と は、ゲート電圧をかけたとき（オン）のソース—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 ドレイン間に流れる電流で割った値であり、オン電流 とは通常ゲート電圧を増加させていき、ソース 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。 特許文献 1：特開平 8-228034号公報
特許文献 2：特開平 8-228035号公報
特許文献 3：特開平 9-232589号公報
特許文献 4：特開平 10-125924号公報
特許文献 5：特開平 10- 190001号公報
特許文献 6：特開 2000-174277号公報
特許文献 7：特開平 5-55568号公報
特許文献 8：特開 2001-94107号公報
特許文献 9：特開平 10- 135481号公報
特許文献 10 :特開平 11- 251601号公報
特許文献 11：特開 2004- 179249号公報
特許文献 12：特開 2003- 73382号公報
非特許文献 1 : F. Ebisawaら， Journal of Applied Physics,54巻， 3255頁， 1983年 非特許文献 2 : A. Assadiら， Applied Physics Letter, 53巻， 195頁， 1988年 非特許文献 3 : G. Guillaudら， Chemical Physics Letter, 167巻， 503頁， 1990年 非特許文献 4 : X. Pengら， Applied Physics Letter, 57巻， 2013頁， 1990年 非特許文献 5 : G. Horowitzら， Synthetic Metals, 41- 43巻， 1127頁， 1991年 非特許文献 6 : S. Miyauchiら, Synthetic Metals, 41-43卷, 1991年
非特許文献 7 : H. Fuchigamiら， Applied Physics Letter,63巻， 1372頁， 1993年 非特許文献 8 : H. Koezukaら， Applied Physics Letter, 62巻， 1794頁， 1993年 非特許文献 9 : F. Gamierら， Science, 265巻， 1684頁， 1994年
非特許文献 10 : A. R. Brownら， Synthetic Metals, 68巻， 65頁， 1994年 非特許文献 11 : A. Dodabalapurら, Science，268卷， 270頁, 1995年 非特許文献 12 : T. Sumimotoら， Synthetic Metals, 86巻, 2259頁， 1997年 非特許文献 13 : K. Kudoら， Thin Solid Films, 331卷， 51頁， 1998年
非特許文献 14 : K. Kudoら， Synthetic Metals, 102巻， 900頁， 1999年 非特許文献 15 : K. Kudoら， Synthetic Metals, 111-112巻， 11頁， 2000年 非特許文献 16 : Advanced Materials 13巻， 16号， 2001年， 1273頁 非特許文献 17 : Advanced Materials 15巻， 6号， 2003年， 478頁
非特許文献 18 : W. Geensら， Synthetic Metals, 122巻， 191頁， 2001年
非特許文献 19 : Lay-Lay Chuaら， Nature, 434巻， 2005年 3月 10日号， 194頁
非特許文献 20 : C.D. Dimitrakopoulosら， IBM J. RES. & DEV. 45巻 1号, 11頁, 2001 年
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 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、し力、もオン/オフ比が大き!/、有機薄膜トランジスタ及びそれを利用した有機 薄膜発光トランジスタを提供することを目的とする。ここで、応答速度 (駆動速度）が高 速であることは、高い移動度により確認される。
課題を解決するための手段
[0007] 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、下記一般式（1)で表される中心に芳香族炭化水素基 又は芳香族複素環基を有し、化合物としての平面性を高めた構造の化合物を用いる ことにより、前記の目的を達成す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有機薄膜トランジスタにおいて、前記有機 半導体層が下記一般式（1)で表される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。
[0008] [化 1]
Figure imgf000005_0001
[0009] [一般式（1)式中、 Arは下記一般式（2)で表され、 Arは下記一般式（3)で表される [0010] [化 2]
Figure imgf000006_0001
[0011] (一般式（2)及び（3)式中、 R〜R は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、
1 10
炭素数 1〜30のアルキル基、炭素数 1〜30のハロアルキル基、炭素数 1〜30のアル コキシル基、炭素数 1〜30のハロアルコキシル基、炭素数 1〜30のアルキチォ基、 炭素数 1〜30のハロアルキルチオ基、炭素数 1〜30のアルキルアミノ基、炭素数 2〜 30のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形 成しても良い）、炭素数 1〜30のアルキルスルホニル基、炭素数 1〜30のハロアルキ ルスルホニル基、炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、炭素数 1〜60の芳香族複素 環基、置換基を有しても良い炭素数 3〜30のアルキルシリル基、又はシァノ基であり 、これら各基は置換基を有していても良い。
R〜R及び R〜R は隣接するもの同士で飽和又は不飽和の環状構造を形成して
1 5 6 10
いても良い。 )
Arは、置換基を有しても良い炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、置換基を有し ても良い炭素数 1〜60の芳香族複素環基である。
nは;!〜 20の整数である。 ]
[0012] また、本発明は、有機薄膜トランジスタにおいて、ソース一ドレイン間を流れる電流 を利用して発光を得、ゲート電極に電圧を印加することによって発光を制御する有機 薄膜発光トランジスタを提供するものである。
発明の効果
[0013] 本発明の有機薄膜トランジスタは、応答速度 (駆動速度）が高速化されており、しか もオン/オフ比が大きぐトランジスタとしての性能が高いものであり、発光可能な有 機薄膜発光トランジスタとしても利用できる。
図面の簡単な説明 [0014] [図 1]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]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]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]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]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]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]本発明の実施例における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 8]本発明の実施例における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 9]本発明の実施例における有機薄膜発光トランジスタの素子構成の一例を示す 図である。
[図 10]本発明の実施例における有機薄膜発光トランジスタの発光スペクトルを示す図 である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 本発明の有機薄膜発光トランジスタは、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 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有機薄膜トランジスタに おいて、前記有機半導体層が下記一般式（1)で表される化合物を含む。
[0016] [化 3]
Figure imgf000007_0001
[0017] 一般式（1)式において、 Arは下記一般式（2)で表され、 Arは下記一般式（3)で 表される。
Figure imgf000008_0001
[0018] 一般式（2)及び（3)において、 R〜R は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン
1 10
原子、炭素数 1〜30のアルキル基、炭素数 1〜30のハロアルキル基、炭素数;!〜 30 のアルコキシル基、炭素数 1〜30のハロアルコキシル基、炭素数 1〜30のアルキル チォ基、炭素数 1〜30のハロアルキルチオ基、炭素数 1〜30のアルキルアミノ基、炭 素数 2〜30のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環 構造を形成しても良い）、炭素数 1〜30のアルキルスルホニル基、炭素数;!〜 30の ハロアルキルスルホニル基、炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、炭素数;!〜 60の 芳香族複素環基、置換基を有しても良い炭素数 3〜30のアルキルシリル基、又はシ ァノ基であり、これら各基は置換基を有していても良い。
R〜R及び R〜R は隣接するもの同士で飽和又は不飽和の環状構造を形成して
1 5 6 10
いても良い。
[0019] 以下、前記 R〜R が示す各基の具体例を説明する。
1 10
前記ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素原子が挙げられる。 前記アルキル基としては、メチル基、ェチル基、プロピル基、イソプロピル基、 n ブ チル基、 s ブチル基、イソブチル基、 t ブチル基、 n ペンチル基、 n へキシノレ 基、 n へプチル基、 n ォクチル基等が挙げられる。
前記ハロアルキル基としては、例えば、クロロメチル基、 1 クロ口ェチル基、 2—ク ロロェチル基、 2 クロ口イソブチル基、 1 , 2 ジクロ口ェチル基、 1 , 3 ジクロ口イソ プロピル基、 2, 3 ジクロロー t ブチル基、 1 , 2, 3 トリクロ口プロピル基、ブロモメ チル基、 1 ブロモェチル基、 2—ブロモェチル基、 2—ブロモイソブチル基、 1 , 2— ジブロモェチル基、 1 , 3—ジブロモイソプロピル基、 2, 3—ジブ口モー t ブチル基、 1 , 2, 3 トリブロモプロピル基、ョードメチル基、 1ーョードエチル基、 2 ョードエチ ル基、 2 ョードイソブチル基、 1 , 2 ジョードエチル基、 1 , 3 ジョードイソプロピル 基、 2, 3 ジョード— t ブチル基、 1 , 2, 3 トリョードプロピル基、フルォロメチル 基、 1 フルォロメチル基， 2—フルォロメチル基、 2—フルォロイソブチル基、 1 , 2— ジフロロェチル基、ジフルォロメチル基、トリフルォロメチル基、ペンタフルォロェチル 基、パーフルォロイソプロピル基、パーフルォロブチル基、パーフルォロシクロへキシ ル基等が挙げられる。
前記アルコキシル基は、 OX1で表される基であり、 X1の例としては、前記アルキル 基で説明したものと同様の例が挙げられ、前記ハロアルコキシル基は、 OX2で表さ れる基であり、 X2の例としては、前記ハロアルキル基で説明したものと同様の例が挙 げられる。
前記アルキルチオ基は、 SX1で表される基であり、 X1の例としては、前記アルキ ル基で説明したものと同様の例が挙げられ、前記ハロアルキルチオ基は、 sx2で 表される基であり、 X2の例としては、前記ハロアルキル基で説明したものと同様の例 が挙げられる。
前記アルキルアミノ基は、—NHX1で表される基であり、ジアルキルアミノ基は NX で表される基であり、 X1及び X3は、それぞれ前記アルキル基で説明したものと同 様の例が挙げられる。なお、ジアルキルアミノ基のアルキル基は互いに結合して窒素 原子を含む環構造を形成しても良ぐ環構造としては、例えば、ピロリジン、ピぺリジン 等が挙げられる。
前記アルキルスルホニル基は、 SO X1で表される基であり、 X1の例としては、前 記アルキル基で説明したものと同様の例が挙げられ、前記ハロアルキルスルホニル 基は、—SO X2で表される基であり、 X2の例としては、前記ハロアルキル基で説明し たものと同様の例が挙げられる。
前記芳香族炭化水素基としては、例えば、フエニル基、ナフチル基、アントリル基、 フエナントリル基、フルォレニル基、ペリレニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基等 が挙げられる。
前記芳香族複素環基としては、例えば、ジチエノフエニル基、ベンゾフラニル基、ベ ンゾチオフェニル基、キノリニル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチ オフヱニル基、ベンゾチアジアゾニル基等が挙げられる。 前記アルキルシリル基としては、—si^ x4で表される基であり、 X1、 X3及び X4は、 それぞれ前記アルキル基で説明したものと同様の例が挙げられる。
前記飽和環状構造としては、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基
、 1 , 4 ジォキサニル基などが挙げられる。
前記不飽和環状構造としては、前記芳香族炭化水素基で説明したものと同様の例 が挙げられる。
[0021] 一般式（1)において、 Arは、置換基を有しても良い炭素数 6〜60の芳香族炭化水 素基、置換基を有しても良い炭素数 1〜60の芳香族複素環基である。
前記炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、 アントラセン、フエナントレン、テトラセン、タリセン又はペンタセン等の 2価の残基が挙 げられ、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フエナントレン、テトラセン、ペンタセンの 2価の残基が好ましい。
前記炭素数 1〜60の芳香族複素環基としては、炭素数 6〜60 (好ましくは炭素数 8 〜60)の縮合多環式芳香族複素環が好ましく（縮合多環式芳香族複素環基はベン ゼン環又はナフタレン環を含む構造であると好ましぐベンゼン環を含む構造である とよりこのましい）、ピロール、ピリジン、ピリミジン、イミダゾール、チアゾール、ジチエノ ベンゾフラン又はジベンゾフラン等の 2価の残基が挙げられ、ジチエノベンゼン、ベン ゾチォフェン、ジベンゾチォフェン、ベンゾフラン、ジベンゾフランの 2価の残基が好ま しい。
一般式（1)において、 nは 1〜20の整数であり、 1でも 2以上の複数であっても良い 力 S；!〜 5の整数であると好ましい。 nが；!〜 20の範囲内の場合、基板に対して有効に 配位するため、移動度の向上に寄与する。
[0022] 前記一般式（2)、 (3)にお!/、て、 R、 R、 R、 R、 R、 R、 R及び R が全て水素原
1 2 4 5 6 7 9 10
子であり、 R及び Rの少なくとも一方がハロゲン原子、炭素数 1〜8のアルキル基、炭
3 8
素数 1〜8のハロアルキル基、炭素数 1〜8のハロアルコキシル基、炭素数;!〜 8のァ ルキルアミノ基、又は炭素数 2〜； 16のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合 して窒素原子を含む環構造を形成しても良い）であり、ハロゲン原子、アルキル基、 ハロアルキル基、ハロアルコキシル基、ァノレキノレアミノ基、又はジアルキルァミノ基で ない場合には水素原子であると好ましい。この場合、化合物がより緻密な配向構造を とることとなり好ましい。
[0023] 本発明において、一般式（1)で表される化合物が、下記の一般式 (4)で表される化 合物であると好ましい。
[化 5]
Figure imgf000011_0001
[0024] 一般式 (4)において、 R〜R は、それぞれ一般式（1)における R〜R と同様の基
1 14 1 10 を示し、同様の具体例が挙げられ、 R〜R、 R〜R 、 R 〜R 、 R 〜R は隣接する
1 5 6 10 11 12 13 14 もの同士で飽和又は不飽和の環状構造を形成していても良ぐ前記と同様の具体例 が挙げられ。また、 nは 1〜20の整数であり、；!〜 5の整数であると好ましい。 nが 1〜2 0の範囲内の場合、基板に対して有効に配位するため、移動度の向上に寄与する。 前記一般式 (4)において、 R 〜R 力 それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子
11 14
、炭素数 1〜8のアルキル基、炭素数 1〜8のハロアルキル基、炭素数;!〜 8のアルコ キシル基、炭素数 1〜8のアルキチォ基、炭素数 1〜8のアルキルアミノ基、炭素数 2 〜8のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形 成しても良い）、炭素数 1〜8のアルキルスルホニル基、又はシァノ基であると好まし い。
[0025] また、一般式（4)において、 R、R、R、R、R、R、及び R〜R が全て水素原子
1 2 4 5 6 7 9 14
であり、 R、 Rの少なくとも一方がハロゲン原子、炭素数 1〜8のアルキル基、炭素数
3 8
；!〜 8のハロアルキル基、炭素数 1〜8のハロアルコキシル基、炭素数 1〜8のアルキ ルァミノ基、又は炭素数 2〜； 16のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して 窒素原子を含む環構造を形成しても良い）であり、ハロゲン原子、アルキル基、ハロ アルキル基、ハロアルコキシル基、ァノレキノレアミノ基、又はジアルキルアミノ基でない 場合には水素原子であると好ましい。この場合、化合物がより緻密な配向構造をとる こととなり好ましい。
さらに、一般式（4)において、 R〜R のいずれかが、フッ素原子、シァノ基、トリフ
1 14
ルォロメチル基、又はペンタフルォロェチル基であると n型トランジスタ用の材料とし て好ましい。
[0026] また、本発明において、一般式（1)で表される化合物が、下記の一般式（5)で表さ れる化合物であると、直鎖状で緻密な配向構造をとることとなり好ましレ、。
[化 6]
Figure imgf000012_0001
( 5 )
[0027] 一般式（5)において、 R 〜R はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素
21 38
数；!〜 30のァノレキノレ基、炭素数 1〜30のハロアルキル基、炭素数 1〜30のアルコキ シル基、炭素数 1〜30のハロアルコキシル基、炭素数;!〜 30のアルキルチオ基、炭 素数 1〜30のハロアルキルチオ基、炭素数 1〜30のアルキルアミノ基、炭素数 2〜3 0のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形成 しても良い）、炭素数 1〜30のアルキルスルホニル基、炭素数 1〜30のハロアルキル スルホニル基、炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、炭素数 1〜60の芳香族複素環 基、置換基を有しても良い炭素数 1〜30のアルキルシリル基、又はシァノ基であり、こ れら各基は置換基を有していても良ぐこれら各基の具体例としては前記一般式（1) の R〜R と同様の具体例が挙げられる。
1 10
また、 R 〜R 及び R 〜R は隣接するもの同士で飽和の環状構造を形成してい
21 25 26 30
ても良ぐ環状構造の具体例としては、前記と同様の具体例が挙げられる。 また、一般式（5)において、 R 〜R はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数;!〜 30
21 38
のアルキル基、炭素数 1〜30のハロアルキル基、炭素数 1〜30のアルコキシル基、 炭素数 1〜30のハロアルコキシル基、炭素数;!〜 30のアルキルチオ基、炭素数;!〜 30のハロアルキルチオ基、炭素数 1〜30のアルキルアミノ基、炭素数 2〜30のジァ ルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形成しても 良い）、炭素数 1〜30のアルキルスルホニル基、炭素数 1〜30のハロアルキルスルホ ニル基、炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、炭素数 1〜60の芳香族複素環基、置 換基を有しても良い炭素数 1〜30のアルキルシリル基、又はシァノ基であると好まし い。
[0028] また、一般式（1)、（4)及び（5)で説明した各基が有していても良い置換基としては 、前記一般式（1)の R〜R と同様の基が挙げられる。
1 10
以下、本発明の有機薄膜トランジスタの有機半導体層に用いられる一般式（1)、（4 )及び（5)で表される化合物の具体例を挙げる力 S、これらに限定されるものではない。
[0029] [化 7]
Figure imgf000014_0001
[0030] [化 8]
CT] [ΐεοο]
Figure imgf000015_0001
ZZ.690/Z.00ldf/X3d S69t"t-0/800Z OAV [Οΐ ] [Ζ£00]
Figure imgf000016_0001
6ZL690/L00ZdT/13d 91-
Figure imgf000017_0001
ZL690IL0Qldr/L3d 91 S69MO/800Z OAV
Figure imgf000018_0001
0033 [ετ¾] [geoo]
Figure imgf000019_0001
81-
Figure imgf000020_0001
(164)
[0036] [化 14]
Figure imgf000021_0001
[0037] [化 15] [9ΐ¾] [8C00]
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000023_0001
本発明の有機薄膜発光トランジスタのような電子デバイスにおいては材料の純度の 高いものを用いることにより電界効果移動度やオン/オフ比の高いデバイスを得るこ と力 Sできる。したがって必要に応じて、カラムクロマトグラフィー、再結晶、蒸留、昇華 などの手法により精製を加えることが望ましい。好ましくはこれらの精製方法を繰り返 し用いたり、複数の方法を組み合わせることにより純度を向上させることが可能である 。さらに必要に応じて精製の最終工程として昇華精製を少なくとも 2回以上繰り返す ことが望ましい。これらの手法を用いることにより HPLCで測定した純度 90%以上の 材料を用いることが好ましぐさらに好ましくは 95%以上、特に好ましくは 99%以上の 材料を用いることにより、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度やオン/オフ比を 高め、本来材料の持っている性能を引き出すことができる可能性がある。
[0040] 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、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、絶縁体層並びに有機半導体層が設けられ、ソ ースー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 ジスタであれば、限定されず、公知の素子構成を有するものであっても良い。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 Transistor) 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 ース電極、ドレイン電極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 ドレイン電極間に流れる電 流を制御する。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· 1 111〜1111111、好ましくは 1 111〜10 0〃 m、さらに好ましくは 5 μ m~100 μ mである。
[0041] 素子 A〜Dのうち、図 2の素子 Bを例としてさらに詳しく説明すると、素子 Bの有機薄 膜トランジスタは、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一対のソース電極及び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。有機半導体層がチャネル領域を成しており、グー 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。
[0042] 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ってオン/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 なぐ例えば、産業技術総合研究所の吉田らにより第 49回応用物理学関係連合講 演会講演予稿集 27a— M— 3 (2002年 3月 )において提案されたトップアンドボトムコ ンタ外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 118— A(1998) 1440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良い。
[0043] (基板）
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、プラスチックフィルム（PET, PES, PC)や金属基板又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（Si)ウェハが用いられることが多い。この場合、 Si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、 Siの表面を酸化し、 SiO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、基板兼ゲート電極の Si基 板にリード線接続用の電極として、 Auなどの金属層を成膜することもある。 Si基板を 用いた有機薄膜トランジスタの素子構成の例を図 8に示す。
[0044] (電極）
本発明の有機薄膜トランジスタにおける、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極 の材料としては、導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロ ム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、 イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化 スズ 'アンチモン、酸化インジウム'スズ (ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、 グラフアイト、グラッシ一カーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウ ム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カノレシゥム、スカンジウム、チタン、マンガン、 ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム カリウム合金、マグネシウム、リ チウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシ ゥム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化ァ ノレミニゥム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられ、これらを用いる場合 はスパッタ法もしくは真空蒸着法により成膜し、電極を形成することができる。
[0045] 本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極としては、上記 の導電性材料を含む、溶液、ペースト、インク、分散液などの流動性電極材料を用い て形成したものも利用可能である。また、溶媒や分散媒体としては、有機半導体への ダメージを抑制するため、水を 60質量％以上、好ましくは 90質量％以上含有する溶 媒又は分散媒体であることが好ましい。金属微粒子を含有する分散物としては、例え ば、公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、通常粒子径が 0. 5nm〜50nm、 lnm〜； !Onmの金属微粒子を含有する分散物であると好ましい。この金属微粒子の 材料としては、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タ ンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテユウ ム、ゲノレマニウム、モリブデン、タングステン、亜鉛等を用いることができる。
これらの金属微粒子を、主に有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や任意の 有機溶剤である分散媒中に分散した分散物を用いて電極を形成するのが好ましい。 このような金属微粒子の分散物の製造方法としては、ガス中蒸発法、スパッタリング 法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金 属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられ、好ましくは、 特開平 11— 76800号公報、同 11— 80647号公報、同 1 1— 319538号公報、特開
2000— 239853号公報等に示されたコロイド、法、特開 2001— 254185号公報、同
2001— 53028号公報、同 2001— 35255号公報、同 2000— 124157号公報、同 2000— 123634号公報などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒 子の分散物である。
これらの金属微粒子分散物を用いて前記電極を成形し、溶媒を乾燥させた後、必 要に応じて 100°C〜300°C、好ましくは 150°C〜200°Cの範囲で形状様に加熱する ことにより、金属微粒子を熱融着させ、 目的の形状を有する電極パターンを形成する
〇
[0046] さらに、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の材料として、ドーピング等で導 電率を向上させた公知の導電性ポリマーを用いることも好ましぐ例えば、導電性ポリ ァニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチォフェン（ポリエチレンジォキシチォフエ ンとポリスチレンスルホン酸の錯体など）、ポリエチレンジォキシチォフェン（PEDOT) とポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。これらの材料によりソース 電極とドレイン電極の有機半導体層との接触抵抗を低減することができる。
[0047] ソース電極及びドレイン電極を形成する材料は、前述した例の中でも有機半導体 層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。この際の電気抵抗は、す なわち電流制御デバイスを作製したとき電界効果移動度と対応しており、大きな移動 度を得る為には出来るだけ抵抗が小さいことが必要である。これは一般に電極材料 の仕事関数と有機半導体層のエネルギー準位との大小関係で決まる。
電極材料の仕事関数 (W)を a、有機半導体層のイオン化ポテンシャルを (Ip)を b、 有機半導体層の電子親和力（Af)を cとすると、以下の関係式を満たすことが好まし い。ここで、 a, b及び cはいずれも真空準位を基準とする正の値である。
[0048] p型有機薄膜トランジスタの場合には、 b— a<l.5eV (式 (1))であることが好ましく 、さらに好ましくは b— a<l. OeVである。有機半導体層との関係において上記関係 が維持できれば高性能なデバイスを得ることができる力、特に電極材料の仕事関数 はできるだけ大きいものを選ぶことが好ましぐ仕事関数 4. OeV以上であることが好 ましぐさらに好ましくは仕事関数 4.2eV以上である。
金属の仕事関数の値は、例えば化学便覧基礎編 Π— 493頁（改訂 3版 日本化学 会編丸善株式会社発行 1983年）に記載されている 4. OeV又はそれ以上の仕事関 数をもつ有効金属の前記リストから選別すれば良ぐ高仕事関数金属は、主として Ag (4.26, 4.52, 4.64, 4.74eV) , Al(4.06, 4.24, 4.41eV), Au(5.1, 5.3 7, 5.47eV), Be (4.98eV) , Bi(4.34eV) , Cd(4.08eV) , Co (5. OeV), Cu(
4.65eV), Fe(4.5, 4.67, 4.81eV), Ga(4.3eV) , Hg(4.4eV) , Ir(5.42,
5.76eV) , Mn(4. leV), Mo (4.53, 4.55, 4.95eV), Nb(4.02, 4.36, 4. 87eV), Ni(5.04, 5.22, 5.35eV), Os(5.93eV) , Pb(4.25eV), Pt(5.64e V), Pd(5.55eV), Re (4.72eV), Ru(4.71eV), Sb(4.55, 4.7eV) , Sn(4. 42eV) , Ta(4.0, 4.15, 4.8eV) , Ti(4.33eV) , V(4.3eV) , W(4.47, 4.6 3, 5.25eV), Zr(4.05eV)である。これらの中でも、貴金属（Ag, Au, Cu, Pt) , Ni, Co, Os, Fe, Ga, Ir, Mn, Mo, Pd, Re, Ru, V, Wが好ましい。金属以外では 、 ITO、ポリア二リンや PEDOT:PSSのような導電性ポリマー及び炭素が好ましい。 電極材料としてはこれらの高仕事関数の物質を 1種又は複数含んでいても、仕事関 数が前記式 (I)を満たせば特に制限を受けるものではない。
[0049] n型有機薄膜トランジスタの場合には a— cく 1· 5eV (式 (Π) )であることが好ましく， さらに好ましくは a— c<l. OeVである。有機半導体層との関係において上記関係が 維持できれば高性能なデバイスを得ることができる力 特に電極材料の仕事関数は できるだけ小さいものを選ぶことが好ましぐ仕事関数 4.3eV以下であることが好まし ぐさらに好ましくは仕事関数 3.7eV以下である。
低仕事関数金属の具体例としては、例えば化学便覧基礎編 II 493頁（改訂 3版 日本化学会編丸善株式会社発行 1983年）に記載されている 4.3eV又はそれ以下 の仕事関数をもつ有効金属の前記リストから選別すれば良ぐ Ag (4.26eV), Al(4 .06, 4.28eV), Ba(2.52eV) , Ca(2.9eV) , Ce(2.9eV) , Cs(l.95eV), Er (2.97eV), Eu(2.5eV) , Gd(3. leV), Hf(3.9eV) , In (4.09eV) , K(2.28e V), La(3.5eV), Li(2.93eV) , Mg(3.66eV), Na(2.36eV) , Nd(3.2eV) , Rb(4.25eV), Sc(3.5eV) , Sm(2.7eV) , Ta(4.0, 4.15eV), Y(3. leV), Yb(2.6eV), Zn(3.63eV)等が挙げられる。これらの中でも、 Ba, Ca, Cs, Er, E u, Gd, Hf, K, La, Li, Mg, Na, Nd, Rb, Y, Yb, Znカ好ましい。電極材料として はこれらの低仕事関数の物質を 1種又は複数含んでいても、仕事関数が前記式 (Π) を満たせば特に制限を受けるものではない。ただし、低仕事関数金属は、大気中の 水分や酸素に触れると容易に劣化してしまうので、必要に応じて Agや Auのような空 気中で安定な金属で被覆することが望ましい。被覆に必要な膜厚は 10nm以上必要 であり、膜厚が熱くなるほど酸素や水から保護することができる力 実用上、生産性を 上げる等の理由から 1 m以下にすることが望まし!/、。
[0050] 前記電極の形成方法としては、例えば、蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、大 気圧プラズマ法、イオンプレーティング、化学気相蒸着、電着、無電解メツキ、スピン コーティング、印刷又はインクジェット等の手段により形成される。また、必要に応じて ノ ターニングする方法としては、上記の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知 のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅など の金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングする方法が ある。また、導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、金属微粒子を含有する分散液 等を直接インクジェット法によりパターユングしても良ぐ塗工膜からリソグラフやレー ザ一アブレーシヨンなどにより形成しても良い。さらに導電性ポリマーや金属微粒子を 含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷など の印刷法でパターユングする方法も用いることができる。
このようにして形成された電極の膜厚は電流の導通さえあれば特に制限はないが、 好ましくは 0. 2nm~10 iu m,さらに好ましくは 4nm〜300nmの範囲である。この好 ましい範囲内であれば、膜厚が薄いことにより抵抗が高くなり電圧降下を生じることが ない。また、厚すぎないため膜形成に時間がかからず、保護層や有機半導体層など 他の層を積層する場合に、段差が生じることが無く積層膜が円滑にできる。
また、本実施の有機薄膜トランジスタでは、例えば、注入効率を向上させる目的で、 有機半導体層とソース電極及びドレイン電極との間に、バッファ層を設けても良い。 ノ ッファ層としては n型有機薄膜トランジスタに対しては有機 EL素子の陰極に用いら れる LiF、 Li 0、 CsF、 NaCO、 KC1、 MgF、 CaCOなどのアルカリ金属、アルカリ 土類金属イオン結合を持つ化合物が望ましい。また、 Alq (トリス（8—キノリノール)ァ ノレミニゥム錯体）など有機 EL素子で電子注入層、電子輸送層として用いられる化合 物を揷入しても良い。
P型有機薄膜トランジスタに対しては FeCl、 TCNQ、 F— TCNQ、 HATなどのシ ァノ化合物、 CFxや GeO、 SiO、 MoO、 V O、 VO、 V O、 MnO、 Mn O、 ZrO
、 WO、 TiO、 In O、 ZnO、 NiO、 HfO、 Ta O、 ReO、 PbOなどのアルカリ金属
、アルカリ土類金属以外の金属酸化物、 ZnS、 ZnSeなどの無機化合物が望ましい。 これらの酸化物は多くの場合、酸素欠損を起こし、これが正孔注入に好適である。更 には TPD (N, Ν'—ビス（3—メチルフエ二ル）一 N, Ν'—ジフエ二ノレ一（1 , 1'—ビフ ェニル）一4, 4'—ジァミン）や NPD (4, 4'—ビス [N— (1—ナフチノレ)一 N—フエニル ァミノ]ビフエニル）などのアミン系化合物や CuPc (銅フタロシアニン）など有機 EL素 子において正孔注入層、正孔輸送層として用いられる化合物でもよい。また、上記の 化合物二種類以上からなるものが望ましレ、。
ノ ッファ層はキャリアの注入障壁を下げることにより閾値電圧を下げ、トランジスタを 低電圧駆動させる効果があることが知られている力 われわれは、本発明の化合物 に対しては低電圧効果のみならず移動度を向上させる効果があることを見出した。こ れは、有機半導体と絶縁体層の界面にはキャリアトラップが存在しゲート電圧を印加 してキャリア注入が起こると最初に注入したキャリアはトラップを埋めるのに使われる
1S バッファ層を揷入することにより、低電圧でトラップが埋められ移動度が向上する ためである。バッファ層は電極と有機半導体層との間に薄く存在すればよぐその厚 みは 0. lnm〜30nm、好ましくは 0. 3nm〜20nmである。
[0052] (絶縁体層）
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、電気絶縁性を有 し薄膜として形成できるものであるのなら特に限定されず、金属酸化物（珪素の酸化 物を含む）、金属窒化物（珪素の窒化物を含む）、高分子、有機低分子など室温での 電気抵抗率が 10 Ω cm以上の材料を用いることができ、特に、比誘電率の高い無機 酸化物皮膜が好ましい。
無機酸化物としては、酸化ケィ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、 酸化スズ、酸化バナジウム、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 ノ 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ウム、ランタン酸化物、フッ素酸化物、マグネ シゥム酸化物、ビスマス酸化物、チタン酸ビスマス、ニオブ酸化物，チタン酸ストロン チウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、五酸化タンタノレ、タンタル酸ニォ ブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム及びこれらを組合せたものが挙げられ、酸化 ケィ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンが好ましい。
また、窒化ケィ素（Si N 、 SixNy (x、 y〉0) )、窒化アルミニウム等の無機窒化物も
3 4
好適に用いることができる。
[0053] さらに、絶縁体層は、アルコキシド金属を含む前駆物質で形成されていても良ぐこ 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、ランタノイド、又は 主族元素から選択され、具体的には、ノ リウム（Ba)、ストロンチウム（Sr)、チタン (Ti) 、ビスマス（Bi)、タンタル（Ta)、ジルコン（Zr)、鉄（Fe)、ニッケル（Ni)、マンガン（M n)、鉛（Pb)、ランタン（La)、リチウム（Li)、ナトリウム（Na)、カリウム（K)、ノレビジゥム (Rb)、セシウム（Cs)、フランシウム（Fr)、ベリリウム（Be)、マグネシウム（Mg)、カル シゥム（Ca)、ニオブ (Nb)、タリウム（T1)、水銀（Hg)、銅（Cu)、コバルト（Co)、ロジ ゥム（Rh)、スカンジウム（Sc)及びイットリウム（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、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール等を含むアルコール類、メトキシ エタノーノレ、エトキシエタノーノレ、プロポキシエタノーノレ、ブトキシエタノーノレ、ペントキ シエタノーノレ、ヘプトキシエタノーノレ、メトキシプロパノーノレ、エトキシプロパノーノレ、プ 口ポキシプロパノーノレ、ブトキシプロパノーノレ、ペントキシプロパノーノレ、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挙げられる。
[0054] 本発明にお!/、て、絶縁体層を上記したような材料で構成すると、絶縁体層中に分 極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、 Si N 、 SixNv、 SiONx(x、 y〉0)等の窒化ケィ素で絶縁
3 4
体層を形成すると、空乏層がいっそう発生しやすくなり、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。
有機化合物を用いた絶縁体層としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリア タリレート、光ラジカル重合系、光力チオン重合系の光硬化性樹脂、アクリロニトリル 成分を含有する共重合体、ポリビュルフエノール、ポリビュルアルコール、ノポラック 樹脂、及びシァノエチルプルラン等を用いることもできる。
[0055] その他、ワックス、ポリエチレン、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオ キシメチレン、ポリビュルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタタリレート、ポ リサノレホン、ポリカーボネート、ポリイミドシァノエチノレフ。ノレラン、ポリ（ビニノレフエノーノレ ) (PVP)、ポリ（メチルメタクレート）（PMMA)、ポリカーボネート（PC)、ポリスチレン（ PS)、ポリオレフイン、ポリアクリルアミド、ポリ（アクリル酸）、ノポラック樹脂、レゾール 樹脂、ポリイミド、ポリキシリレン、エポキシ樹脂に加え、プルランなどの高い誘電率を 持つ高分子材料を使用することも可能である。
絶縁体層に用いる有機化合物材料、高分子材料として、特に好ましいのは撥水性 を有する有機化合物であり、撥水性を有することにより絶縁体層と有機半導体層との 相互作用を抑え、有機半導体が本来保有している凝集性を利用して有機半導体層 の結晶性を高めデバイス性能を向上させることができる。このような例としては、 Yasud aら Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42 (2003) pp.6614-6618に記載のポリパラキシリレン誘導 体や Janos Veresら Chem. Mater., Vol. 16 (2004) pp. 4543-4555に記載のものが挙 げられる。
また、図 1及び図 4に示すようなトップゲート構造を用いるときに、このような有機化合 物を絶縁体層の材料として用いると、有機半導体層に与えるダメージを小さくして成 膜することができるため有効な方法である。
[0056] 前記絶縁体層は、前述したような無機又は有機化合物材料を複数用いた混合層で あっても良く、これらの積層構造体であっても良い。この場合、必要に応じて誘電率 の高レ、材料と撥水性を有する材料を混合したり、積層することによりデバイスの性能 を制卸することあでさる。
[0057] また、前記絶縁体層は、陽極酸化膜、又は該陽極酸化膜を構成として含んでも良 い。陽極酸化膜は封孔処理されることが好ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能 な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。陽極酸化処理可能な 金属としては、アルミニウム又はタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法に は特に制限はなぐ公知の方法を用いることができる。陽極酸化処理を行なうことによ り、酸化被膜が形成される。陽極酸化処理に用いられる電解液としては、多孔質酸化 皮膜を形成することができるものならばいかなるものでも使用でき、一般には、硫酸、 燐酸、蓚酸、クロム酸、ホウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸等あるいはこれら を 2種類以上組み合わせた混酸又はそれらの塩が用いられる。陽極酸化の処理条 件は使用する電解液により種々変化するので一概に特定し得ないが、一般的には、 電解液の濃度が;!〜 80質量％、電解液の温度 5〜70°C、電流密度 0. 5〜60A/c m2、電圧 1〜100ボルト、電解時間 10秒〜 5分の範囲が適当である。好ましい陽極 酸化処理は、電解液として硫酸、リン酸又はホウ酸の水溶液を用い、直流電流で処 理する方法であるが、交流電流を用いることもできる。これらの酸の濃度は 5〜45質 量％であることが好ましぐ電解液の温度 20〜50°C、電流密度 0. 5〜20A/cm2で 20〜250秒間電解処理するのが好まし!/、。
絶縁体層の厚さとしては、層の厚さが薄いと有機半導体に印加される実効電圧が 大きくなるので、デバイス自体の駆動電圧、閾電圧を下げることができる力 逆にソー スーゲート間のリーク電流が大きくなるので、適切な膜厚を選ぶ必要があり、通常 10 nm〜5 μ m、好ましくは 50nm〜2 μ m、 らに十ましくは lOOnm〜丄 μ mで ¾>·ο。
[0058] また、前記絶縁体層と有機半導体層の間に、任意の配向処理を施しても良い。そ の好まし!/、例としては、絶縁体層表面に撥水化処理等を施し絶縁体層と有機半導体 層との相互作用を低減させ有機半導体層の結晶性を向上させる方法であり、具体的 には、シランカップリング剤、例えば、ォクタデシルトリクロロシラン、トリクロロメチルシ ラザンや、ァノレカン憐酸、ァノレカンスノレホン酸、ァノレカン力ノレボン酸などの自己,祖織 化配向膜材料を、液相又は気相状態で、絶縁膜表面に接触させ自己組織化膜を形 成後、適度に乾燥処理を施す方法が挙げられる。また、液晶の配向に用いられるよう に、絶縁膜表面にポリイミド等で構成された膜を設置し、その表面をラビング処理する 方法も好ましい。
[0059] 前記絶縁体層の形成方法としては、真空蒸着法、分子線ェピタキシャル成長法、ィ オンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、 CV D法、スパッタリング法、特開平 11— 61406号公報、同 11 133205号公報、特開 2000— 121804号公報、同 2000— 147209号公報、同 2000— 185362号公報に 記載の大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、 ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイ コート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターユングによる方法 などのウエットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。ウエットプロセスは、無 機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤又は水に必要に応じて界面活性剤などの分 散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えば、ァ ルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。 [0060] 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、 0. 51 111〜1 111であり、 2nm〜250nm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 (MBE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、口 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ーシヨン、 分子ビーム蒸着、溶液からのセルフ'アセンブリ、及び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。
有機半導体層の結晶性を向上させると電界効果移動度が向上するため、気相から の成膜 (蒸着，スパッタ等）を用いる場合は成膜中の基板温度を高温で保持すること が望ましい。その温度は 50〜250°Cが好ましぐ 70〜150°Cであるとさらに好ましい 。また、成膜方法に関わらず成膜後にアニーリングを実施すると高性能デバイスが得 られるため好ましい。アニーリングの温度は 50〜200°Cが好ましぐ 70〜200°Cであ るとさらに好ましく、時間は 10分〜 12時間が好ましぐ；!〜 10時間であるとさらに好ま しい。
[0061] 本発明において、有機半導体層には、一般式（1)〜（4 )から選ばれる材料 1種類 を用いても良ぐ複数を組み合わせたり、ペンタセンやチォフェンオリゴマーなどの公 知の半導体を用いて複数の混合薄膜又は積層して用いても良レ、。
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 よれば良いが、所望の素子構成に従い、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ェ 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。やむをえず、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 B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/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好ましい。 さらに、例えば、大気中に含まれる酸素、水などの有機半導体層に対する影響を考 慮し、有機トランジスタ素子の外周面の全面又は一部に、ガスバリア層を形成しても 良い。ガスノ リア層を形成する材料としては、この分野で常用されるものを使用でき、 例えば、ポリビュルアルコール、エチレン ビュルアルコール共重合体、ポリ塩化ビ ニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリクロ口トリフロロエチレンなどが挙げられる。さらに、前 記絶縁体層で例示した、絶縁性を有する無機物も使用できる。
[0062] 本発明は、また、前記有機薄膜トランジスタにおいて、ソース ドレイン間を流れる 電流を利用して発光を得、ゲート電極に電圧を印加することによって発光を制御する 有機薄膜発光トランジスタを提供する。
本発明における，有機薄膜トランジスタはソース， ドレイン電極から注入した電荷を 用いて発光素子として用いることもできる。すなわち、有機薄膜トランジスタを発光素 子（有機 EL素子）の機能を兼ねた有機薄膜発光トランジスタとして用いることができる 。これは、ソース ドレイン電極間に流れる電流をゲート電極で制御することにより発 光強度を制御できる。発光を制御するためのトランジスタと発光素子を統合できるた め、ディスプレイの開口率向上や作製プロセスの簡易化によるコストダウンが可能とな り実用上の大きなメリットを与える。有機発光トランジスタとして用いるときは、上記詳 細な説明で述べた内容で十分であるが本発明の有機薄膜トランジスタを有機発光ト ランジスタとして動作させるためにはソース、ドレインの一方から正孔、もう一方から電 子を注入する必要あり、発光性能を向上させるため以下の条件を満たすことが好まし い。
[0063] (ソース， ドレイン）
本発明の有機薄膜発光トランジスタは、正孔の注入性を向上させるため、少なくとも 一方は正孔注入性電極であることが好ましい。正孔注入電極とは上記仕事関数 4. 2 eV以上の物質を含む電極である。
また、電子の注入性を向上させるため少なくとも一方は電子注入性電極であること が好ましい。電子注入性電極とは上記仕事関数 4. 3eV以下の物質を含む電極であ る。更に好ましくは一方が正孔注入性であり、かつ、もう一方が電子注入性である電 極を備える有機薄膜発光トランジスタである。 [0064] (素子構成）
本発明の有機薄膜発光トランジスタは、正孔の注入性を向上させるため、少なくとも 一方の電極と有機半導体層の間に正孔注入層を揷入することが好ましい。正孔注入 層には有機 EL素子において、正孔注入材料，正孔輸送材料として用いられるァミン 系材料等が挙げられる。
また、電子の注入性を向上させるため少なくとも一方の電極と有機半導体層の間に 電子注入性層を揷入すること好ましレ、。正孔と同じく電子注入層には有機 EL素子に 用いられる電子注入材料等を用いることができる
さらに好ましくは一方の電極下に正孔注入層を備え、かつ、もう一方の電極下に電 子注入層を備える有機薄膜発光トランジスタである。
また、本実施の有機薄膜発光トランジスタでは、例えば、注入効率を向上させる目 的で、有機半導体層とソース電極及びドレイン電極との間に、バッファ層を設けても 良い。
実施例
[0065] 次に、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。
合成例 1 (化合物（1 )の合成）
上記化合物（1)を以下のようにして合成した。合成経路を以下に示す。
[化 17]
Figure imgf000036_0001
[0066] 300ミリリットノレの 3つ口フラスコ ίこ 1 , 4 ジフ、、ロモベンゼン 7. 50g (31. 7mmol) 、テ卜ラキス卜リフエ二ノレホスフィンノ ラジウム 1. 83g (l . 59mmol)、ヨウィ匕同（I) 0. 604g (3. 17mmol)を人れ、 ノレゴン置換した。これ ίこトリエチノレアミン 150ミリリット ノレ、ェチニノレベンゼン 10. 5ミリリツ卜ノレ（95· 4mmol)をカロ免、ァノレゴン雰囲気下、 9 時間加熱還流した。反応液に水 100ミリリットル、塩化メチレン 100ミリリットノレをカロ え、有機層を分離し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。エバポレーターで減圧濃縮 した後、得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー (溶出溶媒:塩化メチレン /へキサン = 1/10)で精製し、化合物（1) 2. 55g (9. 16mmol,収率 29%)を得 た。 90MHz ^H— NMR及び FD— MS (フィールドディソープシヨンマス分析）の測 定により目的物であることを確認した。 FD— MSの測定結果を以下に示す。
FD -MS, calcd for C H S =278, found, m/z=278 (M+, 100)
48 30 2
また、本化合物を 220°Cで昇華精製をおこなった。昇華精製により得られた化合物 (1)の純度は 99· 5%であった。
なお、合成例 1において FD— MS (フィールドディソープシヨンマス分析）の測定に 用いた装置及び測定条件を以下に示す。
< FD— MS測定〉
装置: HX110 (日本電子社製）
条件：加速電圧 8kV
スキャンレンジ m/z = 50~1500
実施例 1 (有機薄膜トランジスタの製造）
有機薄膜トランジスタを以下の手順で作製した。まず、 Si基板 (P型比抵抗 1 Ω cm ゲート電極兼用）を熱酸化法にて表面を酸化させ、基板上 300nmの熱酸化膜を作 製して絶縁体層とした。さらに基板の一方に成膜した SiO膜をドライエッチングにて 完全に除去した後、スパッタ法にてクロムを 20nmの膜厚で成膜し、さらにその上に 金 (Au)を lOOnmスパッタにて成膜し取り出し電極とした。この基板を、中性洗剤，純 水，アセトン及びエタノールで各 30分超音波洗浄し、さらにオゾン洗浄を行った。 次に、上記基板を真空蒸着装置 (ULVAC社製， EX— 400)に設置し、絶縁体層 上に、合成例 1において使用したェチュルベンゼンに代えてェチュルトルエンを使 用した以外は同様にして合成した前記化合物（2)を 0. 05nm/sの蒸着速度で 50η m膜厚の有機半導体層として成膜した。次いで、金属マスクを通して金を 50nm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 Uが 75 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 5mmとなるように成膜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のゲート電極に 40Vのゲート電圧を印加し、ソース 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ヤ ンネル領域 (ソース一ドレイン間）に誘起され、 p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 ドレイン電極間の電流のオン/オフ比は 3 X 105で あった。また、正孔の電界効果移動度 を下記式 (A)より算出したところ 3 X 10— 2cm2 ZVsであった。
I = (W/2L) - n - (V V )2 (A)
D G T
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
D
ート絶縁体層の単位面積あたりの電気容量、 Vはゲート閾値電圧、 Vはゲート電圧
T G
である。
[0068] 実施例 2〜7 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 1において、有機半導体層の材料として、化合物（2)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した。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、 40Vのゲート電圧 Vにて p型
G
駆動させた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、正孔の電界効 果移動度 を算出した結果を第 1表に示す。
[0069] 実施例 8 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 1において、有機半導体層の材料として、化合物（2)の代わりに化合物（11 0)を用いた以外は同様にして有機半導体層まで成膜した。次いで金属マスクを通し てソースドレイン電極として Auの代わりに Caを 0. 05nm/sの蒸着速度で 20nm真 空蒸着し、その後 Agを 0. 05nm/sの蒸着速度で 50nm蒸着し Caを被覆し有機薄 膜トランジスタを作製した。得られた有機薄膜トランジスタについて、 +40Vのゲート 電圧 Vにて n型駆動させた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し
G
、及び電子の電界効果移動度 を算出した結果を第 1表に示す
[0070] 実施例 9 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 8において、有機半導体層の材料として、化合物（110)の代わりに化合物（ 44)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。得られた有機薄膜 トランジスタについて、実施例 8と同様にして、 +40Vのゲート電圧 Vにて n型駆動さ せた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、電子の電界効果移 動度 を算出した結果を第 1表に示す。
[0071] 実施例 10 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 6において、ソース ドレイン電極として Au単独の代わりにバッファ層 MoO
3 を 0. 05nm/sの蒸着速度で 10nm真空蒸着して Auと化合物（61)の薄膜の間に揷 入した以外は同様にして有機薄膜トランジスタを作製した。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、 40Vのゲート電圧 Vにて p型駆動させた
G
。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、正孔の電界効果移動度
11を算出した結果を第 1表に示す。
[0072] 実施例 11 (有機薄膜トランジスタの製造）
まず、ガラス基板を、中性洗剤，純水，アセトン及びエタノールで各 30分超音波洗 浄した後、スパッタ法にて金 (Au)を 40nm成膜してゲート電極を作製した。次いで、 この基板を熱 CVD装置の成膜部にセットした。一方、原料の蒸発部には、絶縁体層 の原料のポリパラキシレン誘導体 [ポリパラ塩化キシレン (Parylene) ] (商品名； diX— C,第三化成社製） 250mgをシャーレに入れて設置する。熱 CVD装置を真空ポンプ で真空に引き、 5Paまで減圧した後、蒸発部を 180°C、重合部を 680°Cまで加熱して 2時間放置しゲート電極上に厚さ 1 μ mの絶縁体層を形成した。
次に、真空蒸着装置 (ULVAC社製， EX-400)に設置し、絶縁体層上に化合物（ 60)を 0. 05nm/sの蒸着速度で 50nm膜厚の有機半導体層として成膜した。次い で、金属マスクを通して金を 50nm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）が 75 in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）は 5mmとなるように成膜して有 機薄膜トランジスタを作製した。 （図 7参照）
実施例 1と同様にして、得られた有機薄膜トランジスタのゲート電極に— 40Vのゲ ート電圧 Vにて p型駆動させた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測
G
定し、正孔の電界効果移動度 を算出した結果を第 1表に示す。
[0073] 実施例 12 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 11において、有機半導体層の材料として、化合物（60)の代わりに化合物（ 61)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。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、 40Vのゲート電圧 Vにて p型駆動さ
G
せた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、正孔の電界効果移 動度 を算出した結果を第 1表に示す。
[0074] 実施例 13 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 11において、有機半導体層の材料として、化合物（60)の代わりに化合物（ 44)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。得られた有機薄膜 トランジスタについて、実施例 8と同様にして、 +40Vのゲート電圧 Vにて n型駆動さ
G
せた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、電子の電界効果移 動度 を算出した結果を第 1表に示す。
実施例 14 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 11において、有機半導体層の材料として、化合物（60)の代わりに化合物（ 65)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。得られた有機薄膜 トランジスタについて、実施例 8と同様にして、 +40Vのゲート電圧 Vにて n型駆動さ
G
せた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、電子の電界効果移 動度 を算出した結果を第 1表に示す。
[0075] 実施例 15 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 11と同様に基板の洗浄，ゲート電極成膜，絶縁体層を成膜した。次いで化 合物（175)をクロ口ホルムに 0. 5重量％溶解させ、前記絶縁体層まで成膜した基板 の上にスピンコーター（ミカサ社製： 1H-D7)で成膜し、窒素雰囲気下 80°Cにて乾燥 させ有機半導体層として成膜した。次いで、真空蒸着装置で金属マスクを通して金（ Au)を 50nmの膜厚で成膜することにより、互いに接しないソース及びドレイン電極を 形成し有機薄膜トランジスタを作製した。
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、 40Vのゲート電 圧 Vにて p型駆動させた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、
G
正孔の電界効果移動度 μを算出した結果を第 1表に示す。
[0076] 比較例 1 (有機薄膜トランジスタの製造）
実施例 1と同様に基板の洗浄、ゲート電極成膜、絶縁体層の形成を実施した。次い でポリパラフエ二レンビニレン（PPV) [分子量（Mn) 86000,分子量分布（Mw/Mn = 5. 1) ]をトルエンに 3質量％溶解させ，前記絶縁体層まで成膜した基板の上にス ピンコート法により成膜し、窒素雰囲気下 120°Cにて乾燥させ有機半導体層として成 膜した。次いで、真空蒸着装置で金属マスクを通して金 (Au)を 50nmの膜厚で成膜 することにより、互いに接しないソース及びドレイン電極を形成し有機薄膜トランジスタ を作製した。
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、 40Vのゲート電 圧 Vにて p型駆動させた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、
G
及び正孔の電界効果移動度 μを算出した結果を第 1表に示す。
[0077] 比較例 2 (有機薄膜トランジスタの製造）
有機半導体層の材料としてポリパラフエ二レンビニレン (PPV)を用い、有機半導体 層までは比較例 1とまったく同様に成膜した。その後、実施例 8と同様にして金属マス クを通してソースドレイン電極として Caを成膜し、その上に Agを被覆して有機薄膜ト 得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例 8と同様にして、 +40Vのゲート電 圧 Vにて n型駆動させた。ソース ドレイン電極間の電流のオン/オフ比を測定し、
G
及び正孔の電界効果移動度 μを算出した結果を第 1表に示す。
[0078] [表 1]
第 1 表
Figure imgf000042_0001
実施例 16 (有機薄膜発光トランジスタの製造）
有機薄膜発光トランジスタを以下の手順で作製した。まず、 Si基板 (P型比抵抗 1 Ω cmゲート電極兼用）を熱酸化法にて表面を酸化させ、基板上 300nmの熱酸化膜を 作製して絶縁体層とした。さらに基板の一方に成膜した SiO膜をドライエッチングに て完全に除去した後、スパッタ法にてクロムを 20nmの膜厚で成膜し、さらにその上に 金 (Au)を lOOnmスパッタにて成膜し取り出し電極とした。この基板を、中性洗剤，純 水，アセトン及びエタノールで各 30分超音波洗浄した。
次に、真空蒸着装置 (ULVAC社製， EX— 900)に設置し、絶縁体層（SiO )上に 前記化合物（2)を 0. 05nm/sの蒸着速度で lOOnm膜厚の有機半導体発光層とし て成膜した。次いで、上記と同じようにチャンネル長 75 m,チャネル幅 5mmの金属 マスクを設置し，基板を蒸発源に対して 45度傾けた状態でマスクを通して金を 50nm の膜厚で成膜した。次に基板を逆方向に 45度傾けた状態で Mgを lOOnm蒸着する 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が実質的に正孔注入性電極 (Au)と電子輸送性電極 (Mg)を備えた有機薄膜発光トランジスタを作製した（図 9参 昭
ソース—ドレイン電極間に— 100Vを印加し、ゲート電極に— 100V印加すると 50c d/m2の青色発光が得られた。発光スペクトルを図 10に示す。
産業上の利用可能性
以上詳細に説明したように、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化合物を用いることにより、応答速度（ 駆動速度）が高速化されており、し力、もオン/オフ比が大きぐトランジスタとしての性 能が高いものであり、発光可能な有機薄膜発光トランジスタとしても利用できる。

Claims

請求の範囲
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有機薄膜トランジスタにおいて、前記有機半導体層が下記一般 式（1)で表される化合物を含む有機薄膜トランジスタ。
[化 1]
Figure imgf000044_0001
[一般式（1)式中、 Arは下記一般式（2)で表され、 Arは下記一般式（3)で表され
1 3
[化 2]
Figure imgf000044_0002
( 2 ) ( 3 )
(一般式（2)及び（3)式中、 R〜R は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、
1 10
炭素数 1〜30のアルキル基、炭素数 1〜30のハロアルキル基、炭素数 1〜30のアル コキシル基、炭素数 1〜30のハロアルコキシル基、炭素数;!〜 30のアルキルチオ基 、炭素数 1〜30のハロアルキルチオ基、炭素数 1〜30のアルキルアミノ基、炭素数 2 〜30のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を 形成しても良い）、炭素数 1〜30のアルキルスルホニル基、炭素数 1〜30のハロアル キルスルホニル基、炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、炭素数;!〜 60の芳香族複 素環基、置換基を有しても良い炭素数 1〜30のアルキルシリル基、又はシァノ基であ り、これら各基は置換基を有していても良い。 R〜R及び R〜R は隣接するもの同士で飽和又は不飽和の環状構造を形成して
1 5 6 10
いても良い。 )
Arは、置換基を有しても良い炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、置換基を有し ても良い炭素数 1〜60の芳香族複素環基である。
nは;!〜 20の整数である。 ]
[2] 前記一般式（1)において、 Arが置換基を有しても良い炭素数 6〜60の芳香族炭 化水素基である請求項 1に記載の有機薄膜トランジスタ。
[3] 前記一般式（1)において、 Arが置換基を有しても良いベンゼン、ナフタレン、アン トラセン、フエナントレン、テトラセン、タリセン又はペンタセンである請求項 1に記載の 有機薄膜トランジスタ。
[4] 前記一般式（1)において、 Arが置換基を有しても良い炭素数 6〜60の縮合多環 式芳香族複素環基である請求項 1に記載の有機薄膜トランジスタ。
[5] 前記一般式（1)において、 Arが置換基を有しても良いピロール、ピリジン、ピリミジ ン、イミダゾール、チアゾーノレ、ジチエノベンゼン、ベンゾチアジアゾーノレ、キノリン、 ベンゾチォフェン、ジベンゾチォフェン、ベンゾフラン又はジベンゾフランである請求 項 1に記載の有機薄膜トランジスタ。
[6] 前記一般式（1)において、 nが 1である請求項 1に記載の有機薄膜トランジスタ。
[7] 前記一般式（1)において、 nが 2以上の整数である請求項 1に記載の有機薄膜トラ
[8] 前記一般式（2)、 (3)にお!/、て、 R 、 R 、 R 、 R 、 R 、 R 、 R及び R が全て水素原
1 2 4 5 6 7 9 10
子であり、 R及び Rの少なくとも一方がハロゲン原子、炭素数 1〜8のアルキル基、炭
3 8
素数 1〜8のハロアルキル基、炭素数 1〜8のハロアルコキシル基、炭素数;!〜 8のァ ルキルアミノ基、又は炭素数 2〜； 16のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合 して窒素原子を含む環構造を形成しても良い）であり、ハロゲン原子、アルキル基、 ハロアルキル基、ハロアルコキシル基、ァノレキノレアミノ基、又はジアルキルァミノ基で なレヽ場合には水素原子である請求項 1に記載の有機薄膜トランジスタ。
[9] 前記一般式（1)で表される化合物が、下記の一般式 (4)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。 [化 3]
Figure imgf000046_0001
[一般式（4)において、 R〜R は、それぞれ前記 R〜R と同様の基を示し、 R〜
1 14 1 10 1
R、R〜R 、R 〜R 、R 〜R は隣接するもの同士で飽和又は不飽和の環状構造
5 6 10 11 12 13 14
を形成していても良い。また、 nは前記と同じである。 ]
前記一般式 (4)において、 R 〜R 力 それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子
11 14
、炭素数 1〜8のアルキル基、炭素数 1〜8のハロアルキル基、炭素数;!〜 8のアルコ キシル基、炭素数 1〜8のアルキチォ基、炭素数 1〜8のアルキルアミノ基、炭素数 2 〜8のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形 成しても良い）、炭素数 1〜8のアルキルスルホニル基、又はシァノ基である請求項 9 に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記一般式（4)において、 R、R、R、R、R、R、及び R〜R が全て水素原子
1 2 4 5 6 7 9 14
であり、 R、 Rの少なくとも一方がハロゲン原子、炭素数 1〜8のアルキル基、炭素数
3 8
；!〜 8のハロアルキル基、炭素数 1〜8のハロアルコキシル基、炭素数 1〜8のアルキ ノレアミノ基、又は炭素数 2〜； 16のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して 窒素原子を含む環構造を形成しても良い）であり、ハロゲン原子、アルキル基、ハロ アルキル基、ハロアルコキシル基、ァノレキノレアミノ基、又はジアルキルアミノ基でない 場合には水素原子である請求項 9に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記一般式（4)において、 R〜R のいずれかが、フッ素原子、シァノ基、トリフルォ
1 14
ロメチル基、又はペンタフルォロェチル基である請求項 9に記載の有機薄膜トランジ スタ。
前記一般式 (4)において、 nが 1である請求項 9に記載の有機薄膜トランジスタ。 前記一般式 (4)において、 nが 2以上の整数である請求項 9に記載の有機薄膜トラ
Figure imgf000047_0001
[一般式（5)において、 R 〜R はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素
21 38
数；!〜 30のァノレキノレ基、炭素数 1〜30のハロアルキル基、炭素数 1〜30のアルコキ シル基、炭素数 1〜30のハロアルコキシル基、炭素数;!〜 30のアルキルチオ基、炭 素数 1〜30のハロアルキルチオ基、炭素数 1〜30のアルキルアミノ基、炭素数 2〜3 0のジアルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形成 しても良い）、炭素数 1〜30のアルキルスルホニル基、炭素数 1〜30のハロアルキル スルホニル基、炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、炭素数 1〜60の芳香族複素環 基、置換基を有しても良い炭素数 1〜30のアルキルシリル基、又はシァノ基であり、こ れら各基は置換基を有して!/、ても良!/、。
R 〜R 及び R 〜R は隣接するもの同士で飽和の環状構造を形成していても良
21 25 26 30
い。 ]
前記一般式（5)において、 R 〜R はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数;!〜 30
21 38
のアルキル基、炭素数 1〜30のハロアルキル基、炭素数 1〜30のアルコキシル基、 炭素数 1〜30のハロアルコキシル基、炭素数;!〜 30のアルキルチオ基、炭素数;!〜 30のハロアルキルチオ基、炭素数 1〜30のアルキルアミノ基、炭素数 2〜30のジァ ルキルアミノ基（アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形成しても 良い）、炭素数 1〜30のアルキルスルホニル基、炭素数 1〜30のハロアルキルスルホ ニル基、炭素数 6〜60の芳香族炭化水素基、炭素数 1〜60の芳香族複素環基、置 換基を有しても良い炭素数 1〜30のアルキルシリル基、又はシァノ基であり、これら 各基は置換基を有していても良ぐまた、 R 〜R 及び R 〜R は隣接するもの同士
21 25 26 30
で飽和の環状構造を形成していても良い請求項 15に記載の有機薄膜トランジスタ。
[17] ソース及びドレイン電極と有機半導体層との間にバッファ層を有する請求項;!〜 16 の!/、ずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
[18] 請求項 1〜； 16のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタにおいて、ソース ドレイ ン間を流れる電流を利用して発光を得、ゲート電極に電圧を印加することによって発 光を制御する有機薄膜発光トランジスタ。
[19] ソース及びドレインの少なくとも一方が仕事関数 4. 2eV以上の物質からなり、かつ
/又は少なくとも一方が仕事関数 4. 3eV以下の物質からなる請求項 18に記載の有 機薄膜発光トランジスタ。
[20] ソース及びドレイン電極と有機半導体層との間にバッファ層を有する請求項 18又は
19に記載の有機薄膜発光トランジスタ。
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