WO2015133373A1 - 薄膜トランジスタ - Google Patents

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WO2015133373A1
WO2015133373A1 PCT/JP2015/055705 JP2015055705W WO2015133373A1 WO 2015133373 A1 WO2015133373 A1 WO 2015133373A1 JP 2015055705 W JP2015055705 W JP 2015055705W WO 2015133373 A1 WO2015133373 A1 WO 2015133373A1
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general formula
atom
represent
substituent
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滝沢 裕雄
裕三 永田
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Fujifilm Corp
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Fujifilm Corp
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    • H10K10/484Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions

Definitions

  • the present invention relates to a thin film transistor.
  • a TFT has a structure including a gate electrode, a semiconductor layer, and a gate insulating layer provided between the gate electrode and the semiconductor layer on a substrate, and a source electrode and a drain electrode are provided in contact with the semiconductor layer. It has been.
  • the TFT is driven by applying a voltage to the gate electrode. By applying a voltage to the gate electrode, the amount of carriers consisting of electrons or holes in the semiconductor is controlled, and the current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled.
  • inorganic semiconductors such as amorphous or polycrystalline thin film silicon have been used for semiconductors used in TFTs.
  • a vacuum process or a high-temperature process of 300 ° C. or higher is required, and improvement in productivity is limited.
  • TFTs using organic semiconductors have become widespread. Since the organic semiconductor layer can be formed by a method such as ink jet, spin coating, flexographic printing, etc., the film forming process can be performed at a lower temperature, at a high speed and efficiently, and at a low cost.
  • TFTs using an organic semiconductor as a semiconductor layer use silicon oxide obtained by thermally oxidizing silicon as a gate insulating layer.
  • silicon oxide film When a silicon oxide film is used, the surface of the silicon oxide film is usually treated with hexamethyldisilazane (HMDS), octadecyltrichlorosilane (OTS), or the like in order to sufficiently extract the carrier conductivity of the organic semiconductor formed thereon. , Make the surface water-repellent.
  • HMDS hexamethyldisilazane
  • OTS octadecyltrichlorosilane
  • Patent Document 1 discloses a TFT in which a gate insulating layer is formed of polyimide.
  • the field effect mobility and the on / off ratio (current amplification factor) of the TFT are improved by setting the water absorption amount of the gate insulating layer made of polyimide to 0.65 mg / cm 3 or less. Is described.
  • An object of the present invention is to provide a thin film transistor that achieves both excellent carrier mobility and high current amplification factor, can perform switching operation more quickly and reliably, and has a low threshold voltage and reduced power consumption. To do.
  • the present inventors made extensive studies in view of the above problems. As a result, it was found that a thin film transistor containing a specific organic polymer in the gate insulating layer exhibits an excellent current amplification factor (on / off ratio) when the water content of the gate insulating layer is within a specific range. Furthermore, a TFT having a gate insulating layer whose moisture content is in the above specified range can suppress a threshold voltage that normally shows a positive correlation with the current amplification factor, and can improve carrier mobility. I found out. The present invention has been completed based on these findings.
  • a thin film transistor comprising: A thin film transistor, wherein the gate insulating layer contains an organic polymer compound having no amide bond and imide bond, and the water content of the gate insulating layer is 0.01 to 1000 ppm.
  • the gate insulating layer contains an organic polymer compound having no amide bond and imide bond, and the water content of the gate insulating layer is 0.01 to 1000 ppm.
  • the organic polymer compound is polyvinylphenol, novolac resin, polystyrene, poly (meth) acrylate, epoxy resin, epoxy (meth) acrylate resin, polyvinyl alcohol, fluororesin, polycycloolefin, polysilsesquioxane, polysiloxane,
  • the organic polymer compound is an organic polymer compound selected from polyvinylphenol, polystyrene, poly (meth) acrylate, epoxy (meth) acrylate resin, fluororesin, polycycloolefin, polysilsesquioxane, and polysiloxane. , [1] to [4].
  • the organic semiconductor is represented by any one of the following general formulas (C) to (T).
  • a C1 and A C2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • R C1 to R C6 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R C1 to R C6 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X D1 and X D2 represent NR D9 , an oxygen atom or a sulfur atom.
  • a D1 represents CR D7 or a nitrogen atom
  • a D2 represents CR D8 or a nitrogen atom
  • R D9 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group or an acyl group.
  • R D1 to R D8 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R D1 to R D8 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X E1 and X E2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or NR E7 .
  • a E1 and A E2 represent CR E8 or a nitrogen atom.
  • R E1 to R E8 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R E1 to R E8 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • XF1 and XF2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom.
  • R F1 to R F10 , R Fa and R Fb represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R F1 to R F10 , R Fa and R Fb is a substituent represented by the general formula (W). . p and q each represents an integer of 0-2.
  • X G1 and X G2 represent NR G9 , an oxygen atom, or a sulfur atom.
  • a G1 represents CR G7 or a nitrogen atom
  • a G2 represents CR G8 or a nitrogen atom.
  • R G9 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an acyl group, an aryl group or a heteroaryl group
  • R G1 to R G8 represent a hydrogen atom or a substituent
  • at least one of R G1 to R G8 Is a substituent represented by the following general formula (W).
  • W general formula (H)
  • X H1 to X H4 represent NR H7 , an oxygen atom or a sulfur atom
  • R H7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an acyl group, an aryl group, or a heteroaryl group.
  • R H1 to R H6 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R H1 to R H6 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X J1 and X J2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR J9 .
  • X J3 and X J4 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • R J1 to R J9 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R J1 to R J9 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X K1 and X K2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR K9 .
  • X K3 and X K4 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • R K1 to R K9 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R K1 to R K9 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X L1 and X L2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or NR L11 .
  • R L1 to R L11 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R L1 to R L11 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • W general formula
  • X M1 and X M2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR M9 .
  • R M1 to R M9 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R M1 to R M9 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • XN1 and XN2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NRN13 .
  • R N1 to R N13 each represents a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R N1 to R N13 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • W general formula
  • X P1 and X P2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NRP13 .
  • R P1 to R P13 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R P1 to R P13 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X Q1 and X Q2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR Q13 .
  • R Q1 to R Q13 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R Q1 to R Q13 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X R1 , X R2 and X R3 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR R9 .
  • R R1 to R R9 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R R1 to R R9 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X S1 , X S2 , X S3 and X S4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR S7 .
  • R S1 to R S7 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R S1 to R S7 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • W general formula
  • X T1 , X T2 , X T3 and X T4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR T7 .
  • R T1 to R T7 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R T1 to R T7 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • L represents a divalent linking group represented by any one of the following general formulas (L-1) to (L-25), or two or more of the following general formulas (L-1) to (L And a divalent linking group to which the divalent linking group represented by any one of -25) is bonded.
  • R W is a substituted or unsubstituted alkyl group, a cyano group, a vinyl group, an ethynyl group, an oxyethylene group, repetition number v of oxyethylene units is more than one oligo oxyethylene group, a siloxane group, the number of silicon atoms is more than one It represents an oligosiloxane group or a substituted or unsubstituted trialkylsilyl group.
  • the wavy line represents the bonding position with any ring forming each skeleton represented by the general formulas (C) to (T). * Shows the point of attachment to the wavy portion of the connecting position or formula with R w (L-1) ⁇ (L-25).
  • M in the general formula (L-13) represents 4
  • m in the general formulas (L-14) and (L-15) represents 3
  • m in the general formulas (L-16) to (L-20) represents 2 and m in (L-22) represents 6.
  • R LZ in the general formulas (L-1), (L-2), (L-6) and (L-13) to (L19) and (L-21) to (L-24) each independently represents a hydrogen atom Or represents a substituent.
  • R N represents a hydrogen atom or a substituent, and R si each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group.
  • substituents when there are a plurality of substituents, linking groups, and the like (hereinafter referred to as substituents) indicated by specific symbols, or when a plurality of substituents are specified simultaneously or alternatively, It means that a substituent etc. may mutually be same or different. The same applies to the definition of the number of substituents and the like. Further, when there are repetitions of a plurality of partial structures represented by the same indication in the formula, each partial structure or repeating unit may be the same or different. Further, unless otherwise specified, when a plurality of substituents and the like are adjacent (particularly adjacent), they may be connected to each other or condensed to form a ring.
  • the term “compound” (including polymer) is used to mean not only the compound itself but also its salt and its ion. In addition, it means that a part of the structure is changed as long as the desired effect is achieved.
  • a substituent that does not clearly indicate substitution or non-substitution means that the group may further have a substituent as long as the intended effect is not impaired. .
  • This is also synonymous for compounds that do not specify substitution / non-substitution.
  • ppm is based on mass.
  • a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
  • the thin film transistor of the present invention exhibits excellent carrier mobility and has a high current amplification factor, so that the switching operation can be performed more quickly and reliably, the threshold voltage is low, and the power consumption is suppressed. It is done.
  • the TFT of the present invention The mode of the thin film transistor of the present invention (hereinafter simply referred to as “the TFT of the present invention”) will be described below.
  • the TFT of the present invention is provided on a substrate, in contact with the semiconductor layer, a gate electrode, a semiconductor layer, a gate insulating layer provided between the gate electrode and the semiconductor layer, and through the semiconductor. And a source electrode and a drain electrode connected to each other.
  • a current channel channel is formed at the interface between the semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode and the adjacent layer. That is, the current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled according to the input voltage applied to the gate electrode.
  • FIGS. 1A and 1B are longitudinal sectional views each schematically showing a typical preferable embodiment of a TFT of the present invention.
  • 1A to 1D 1 is a semiconductor layer
  • 2 is a gate insulating layer
  • 3 is a source electrode
  • 4 is a drain electrode
  • 5 is a gate electrode
  • 6 is a substrate.
  • 1A is a bottom gate / bottom contact type
  • FIG. 1B is a bottom gate / top contact type
  • FIG. 1C is a top gate / bottom contact type
  • FIG. 1D is a top.
  • a gate-top contact type TFT is shown. All of the above four forms are included in the TFT of the present invention.
  • an overcoat layer may be formed on the top of each TFT in the drawing (opposite to the substrate 6).
  • the substrate may be any substrate that can support the TFT and the display panel or the like produced thereon.
  • the substrate is not particularly limited as long as the surface is insulative, has a sheet shape, and has a flat surface.
  • An inorganic material may be used as the material for the substrate.
  • a substrate made of an inorganic material for example, various glass substrates such as soda lime glass and quartz glass, various glass substrates with an insulating film formed on the surface, a quartz substrate with an insulating film formed on the surface, and an insulating film on the surface Examples thereof include a silicon substrate, a sapphire substrate, a metal substrate made of various alloys such as stainless steel, aluminum, nickel, and various metals, metal foil, and paper.
  • a conductive or semiconducting material such as stainless steel sheet, aluminum foil, copper foil or silicon wafer, an insulating polymer material or metal oxide is usually applied or laminated on the surface. Used.
  • an organic material may be used as the material of the substrate.
  • polymethyl methacrylate polymethyl methacrylate, PMMA
  • polyvinyl alcohol PVA
  • polyvinyl phenol PVP
  • polyethersulfone PES
  • polyimide polyamide
  • polyacetal polycarbonate
  • PC polyethylene terephthalate
  • flexible plastic substrate also referred to as a plastic film or a plastic sheet
  • an organic polymer exemplified by polyethylene naphthalate (PEN), polyethyl ether ketone, polyolefin, and polycycloolefin.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PEN polyethyl ether ketone
  • polyolefin polycycloolefin
  • the thing formed with the mica can also be mentioned. If such a flexible plastic substrate or the like is used, for example, a TFT can be incorporated or integrated into a display device or electronic device having a curved shape
  • the glass transition point is preferably high and the glass transition point is preferably 40 ° C. or higher.
  • the coefficient of linear expansion is small from the viewpoint that the dimensional change is hardly caused by the heat treatment at the time of manufacture and the transistor performance is stable.
  • a material having a linear expansion coefficient of 25 ⁇ 10 ⁇ 5 cm / cm ⁇ ° C. or less is preferable, and a material having a coefficient of 10 ⁇ 10 ⁇ 5 cm / cm ⁇ ° C. or less is more preferable.
  • the organic material constituting the substrate is preferably a material having resistance to a solvent used at the time of TFT fabrication, and a material excellent in adhesion to the gate insulating layer and the electrode is preferable.
  • a plastic substrate made of an organic polymer having a high gas barrier property. It is also preferable to provide a dense silicon oxide film or the like on at least one surface of the substrate, or to deposit or laminate an inorganic material.
  • a conductive substrate (a substrate made of a metal such as gold or aluminum, a substrate made of highly oriented graphite, a stainless steel substrate, etc.) can also be mentioned.
  • a functional layer such as a buffer layer for improving adhesion and flatness, a barrier film for improving gas barrier properties, and a surface treatment layer such as an easy adhesion layer may be formed on the surface. Further, surface treatment such as corona treatment, plasma treatment, UV / ozone treatment may be performed.
  • the thickness of the substrate is preferably 10 mm or less, more preferably 2 mm or less, and particularly preferably 1 mm or less. On the other hand, it is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.05 mm or more. In particular, in the case of a plastic substrate, the thickness is preferably about 0.05 to 0.1 mm. In the case of a substrate made of an inorganic material, the thickness is preferably about 0.1 to 10 mm.
  • a conductive material (also referred to as an electrode material) constituting the gate electrode is not particularly limited.
  • metals such as platinum, gold, silver, aluminum, chromium, nickel, copper, molybdenum, titanium, magnesium, calcium, barium, sodium, palladium, iron, manganese; InO 2 , SnO 2 , indium / tin oxide (ITO ), Conductive metal oxides such as fluorine-doped tin oxide (FTO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO); polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly (3,4-ethylenedioxy) Conductive polymers such as thiophene) / polystyrene sulfonic acid (PEDOT / PSS); acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid,
  • the method of forming the gate electrode there is no limitation on the method of forming the gate electrode.
  • a film formed by physical vapor deposition (PVD) such as vacuum vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), sputtering, printing (coating), transfer, sol-gel, or plating is necessary.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • sputtering sputtering
  • printing coating
  • sol-gel sol-gel
  • plating sol-gel
  • a solution, paste, or dispersion of the above material can be prepared and applied, and a film can be formed or an electrode can be directly formed by drying, baking, photocuring, aging, or the like.
  • patterning can be performed in combination with the following photolithography method or the like.
  • Examples of the photolithography method include a method in which a patterning of a photoresist is combined with etching such as wet etching with an etchant or dry etching with reactive plasma, a lift-off method, or the like.
  • etching such as wet etching with an etchant or dry etching with reactive plasma, a lift-off method, or the like.
  • a method of irradiating the material with an energy beam such as a laser or an electron beam to polish the material or changing the conductivity of the material may be used.
  • substrate is also mentioned.
  • the thickness of the gate electrode is arbitrary, but is preferably 1 nm or more, particularly preferably 10 nm or more. Moreover, 500 nm or less is preferable and 200 nm or less is especially preferable.
  • the gate insulating layer contains an insulating organic polymer compound.
  • the gate insulating layer is preferably formed of an insulating organic polymer compound.
  • the organic polymer compound constituting the gate insulating layer does not have an amide bond or an imide bond.
  • the gate insulating layer is not particularly limited as long as it is a layer containing the above organic polymer compound, and may be a single layer or a multilayer.
  • the gate insulating layer constituting the TFT of the present invention has a water content of 0.01 to 1000 ppm.
  • the organic polymer compound contained in the gate insulating layer has neither an amide bond nor an imide bond. That is, it is difficult to form a leak path by keeping the moisture content of the gate insulating layer low within a specific range, and the organic polymer compound contained in the gate insulating layer has a highly polar structure such as an amide bond or an imide bond (hydrophilic bond). Since it does not have a high structure, interaction between the gate insulating layer and water hardly occurs. Therefore, the TFT of the present invention exhibits a high current amplification factor with the excellent insulating property of the gate insulating layer.
  • the current amplification factor is further increased when the gate insulating layer contains a specific amount of moisture defined in the present invention.
  • the TFT of the present invention has a low threshold voltage.
  • the insulating property of the gate insulating layer and the threshold voltage of the TFT are positively correlated. That is, when the insulating property of the gate insulating layer is high, the threshold voltage is also increased.
  • the gate insulating layer contains a specific amount of moisture specified in the present invention, so that the threshold voltage can be kept low while maintaining high insulation of the gate insulating layer. That is, the present invention provides a TFT that can perform a switching operation more reliably with less power consumption.
  • the TFT of the present invention also improves the carrier mobility by containing a specific amount of moisture specified in the present invention in the gate insulating layer.
  • the gate insulating layer of the TFT of the present invention preferably has a moisture content of 0.05 to 100 ppm, more preferably a moisture content of 0.05 to 50 ppm, still more preferably a moisture content of 0.05 to 20 ppm, Preferably it is 0.05 to 10 ppm.
  • the moisture content of the gate insulating layer can be adjusted, for example, by subjecting the gate insulating layer to a drying treatment after forming the gate insulating layer in the manufacture of TFT.
  • the organic polymer compound used for the gate insulating layer of the TFT of the present invention include, for example, polyvinylphenol, novolac resin, polystyrene, poly (meth) acrylate, epoxy resin, epoxy (meth) acrylate resin, polyvinyl alcohol, and fluororesin. , Polycycloolefin, polysilsesquioxane, polysiloxane, polyester, polyester, polyethersulfone, and polyetherketone, or one or more thereof.
  • poly (meth) acrylate polyalkyl methacrylate is preferable, and polymethyl methacrylate is more preferable.
  • fluororesin examples include cyclic fluoroalkyl polymers represented by polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and CYTOP.
  • polysiloxane dialkyl polysiloxane is preferable and polydimethylsiloxane is more preferable.
  • the organic polymer compound used in the gate insulating layer of the TFT of the present invention is polyvinylphenol, polystyrene, poly (meth) acrylate, epoxy (meth) acrylate, fluororesin, polycycloolefin, polysilsesquioxane, and It is 1 type, or 2 or more types chosen from polysiloxane, More preferably, it is 1 type, or 2 or more types chosen from polyvinyl phenol, polysilsesquioxane, and a fluororesin.
  • the exemplified organic polymer compound may be in the form of a copolymer having the constituent components of the exemplified organic polymer compound (polymer) as a constituent unit.
  • the organic polymer compound exemplified above includes a form having a desired substituent.
  • the organic polymer compound can be used in combination with a compound having a reactive substituent such as an alkoxysilyl group, a vinyl group, an acryloyloxy group, an epoxy group, or a methylol group.
  • the above-described organic polymer compound included in the gate insulating layer includes a form having a crosslinked structure.
  • Crosslinking is preferably carried out by generating an acid or radical using light, heat or both.
  • radical generator that generates radicals by light or heat
  • a radical generator that generates radicals by light or heat for example, the heat described in JP-A-2013-214649, [0182] to [0186]
  • the photo-radical polymerization initiator and the like described in [0056] can be suitably used, and the contents thereof are preferably incorporated in the present specification.
  • the “number average molecular weight (Mn) is 140 to 5,000 described in JP 2013-214649 A [0167] to [0177]”. Yes, it is preferred to use a compound (G) having a crosslinkable functional group and no fluorine atom, the contents of which are preferably incorporated herein.
  • a photoacid generator for generating an acid by light for example, a photocation described in JP-A 2010-285518, [0033] to [0034]
  • Polymerization initiators, acid generators described in JP-A-2012-163946, [0120] to [0136], particularly sulfonium salts, iodonium salts, and the like can be preferably used. Incorporated into.
  • a thermal acid generator (catalyst) that generates an acid by heat
  • thermal cationic polymerization initiators described in JP-A-2010-285518, [0035] to [0038] particularly onium salts, etc.
  • the catalysts described in [0034] to [0035] of Kaikai 2005-354012 can be preferably used, and the contents thereof are preferably incorporated herein.
  • the crosslinking agent described in JP-A-2005-354012 [0032] to [0033] particularly a bifunctional or higher functional epoxy compound, an oxetane compound
  • the cross-linking agent described in [0046] to [0062] of JP-A-2006-303465 particularly having two or more cross-linking groups, wherein at least one of the cross-linking groups is a methylol group or an NH group.
  • compounds having two or more hydroxymethyl groups or alkoxymethyl groups in the molecule described in JP 2012-163946 A, [0137] to [0145] are preferably used.
  • Examples of a method for forming the gate insulating layer with an organic polymer include a method of coating and curing an organic polymer.
  • the coating method is not particularly limited, and includes the above printing methods. Of these, a wet coating method such as a micro gravure coating method, a dip coating method, a screen coating printing, a die coating method or a spin coating method is preferable.
  • the gate insulating layer can be provided by a method in which any one of the lift-off method, the sol-gel method, the electrodeposition method, and the shadow mask method is combined with the patterning method as necessary.
  • the gate insulating layer may be subjected to surface treatment such as corona treatment, plasma treatment, UV / ozone treatment, etc. In this case, it is preferable not to roughen the surface roughness due to the treatment.
  • the arithmetic mean roughness of the surface of the gate insulating layer Ra or root mean square roughness R MS is 0.5nm or less.
  • the gate insulating layer may be formed of one or more insulating layers containing the organic polymer compound, or one or more insulating layers containing the organic polymer compound.
  • a structure in which two or more layers and one or more inorganic insulating layers are stacked may be employed.
  • the inorganic oxide is not particularly limited.
  • silicon oxide in addition to silicon oxide (SiO X ), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, silicon oxynitride (SiON), SOG (spin on glass), low dielectric constant SiO 2 based material (for example, , Polyaryl ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, organic SOG).
  • SiO 2 based material for example, Polyaryl ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, organic SOG).
  • a vacuum film formation method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, or the like can be used.
  • Assist may be performed with the plasma, ion gun, radical gun, or the like used.
  • precursors corresponding to the respective metal oxides specifically metal halides such as chlorides and bromides, metal alkoxides, metal hydroxides, and the like, such as acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid in alcohol and water, You may form by making it react with bases, such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and hydrolyzing. When such a solution process is used, the above wet coating method can be used.
  • a self-assembled monolayer may be formed on the gate insulating layer.
  • the compound that forms the self-assembled monolayer is not particularly limited as long as it is a compound that self-assembles.
  • one or more compounds represented by the following formula 1S are used as the compound that self-assembles. be able to.
  • R 1S represents any of an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, or a heterocyclic group (thienyl, pyrrolyl, pyridyl, fluorenyl, etc.).
  • X S represents an adsorptive or reactive substituent, specifically, —SiX 4 X 5 X 6 group (X 4 represents a halide group or an alkoxy group, and X 5 and X 6 are each independently a halide group.
  • X 4 , X 5 , and X 6 are preferably the same, more preferably a chloro group, a methoxy group, and an ethoxy group, and a phosphonic acid group (— PO 3 H 2 ), phosphinic acid group (—PRO 2 H, R is an alkyl group), phosphoric acid group, phosphorous acid group, amino group, halide group, carboxy group, sulfonic acid group, boric acid group (—B ( OH) 2 ), a hydroxy group, a thiol group, an ethynyl group, a vinyl group, a nitro group, or a cyano group.
  • R 1S is preferably not branched, for example, a linear normal alkyl (n-alkyl) group, a ter-phenyl group in which three phenyl groups are arranged in series, or a para-position of the phenyl group.
  • n-alkyl groups are arranged on both sides.
  • the alkyl chain may have an ether bond, and may have a carbon-carbon double bond or a triple bond.
  • Self-assembled monolayer layer, adsorptive or reactive substituent X S is, interacting with the reactive sites (e.g., -OH groups) of the corresponding surface of the gate insulating layer, by forming the adsorption or reaction bonded Formed on the gate insulating layer.
  • the reactive sites e.g., -OH groups
  • the surface of the self-assembled monolayer provides a smoother surface with a lower surface energy. Therefore, the main skeleton of the compound represented by the above formula 1S is linear. It is preferable that the molecular length is uniform.
  • alkyl such as methyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, butyltrichlorosilane, octyltrichlorosilane, decyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, and phenethyltrichlorosilane
  • alkyltrialkoxysilane compounds such as trichlorosilane compounds, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, butyltrimethoxysilane, octyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, octadecyltrimethoxysilane, alkylphosphonic acid, arylphosphonic acid, alkyl Examples thereof include carboxylic acid, arylphosphonic acid, alkylboric
  • the self-assembled monolayer may be formed using a method in which the above compound is deposited on the gate insulating layer under vacuum, a method in which the gate insulating layer is immersed in a solution of the above compound, a Langmuir-Blodgett method, or the like. it can. Further, for example, the gate insulating layer can be formed by treating the alkyl chlorosilane compound or the alkylalkoxysilane compound with a solution of 1 to 10% by mass in an organic solvent. In the present invention, the method for forming the self-assembled monolayer is not limited to these. For example, as a preferable method for obtaining a denser self-assembled monolayer, Langmuir 19, 1159 (2003) and J. Org. Phys. Chem. B 110, 21101 (2006) etc. are mentioned.
  • the gate insulating layer is immersed in a highly volatile dry solvent in which the above compound is dispersed to form a film, the gate insulating layer is taken out, and if necessary, the above compound such as annealing and the gate insulating layer After performing the above reaction step, it is possible to form a self-assembled monolayer by rinsing with a dry solvent and then drying.
  • a dry solvent For example, chloroform, a trichloroethylene, anisole, diethyl ether, hexane, toluene etc. can be used individually or in mixture.
  • an inert gas such as nitrogen as the dry gas.
  • the organic semiconductor layer is a layer that exhibits semiconductor properties and can accumulate carriers.
  • the organic semiconductor layer may be a layer containing an organic semiconductor. It does not specifically limit as an organic semiconductor, An organic polymer, its derivative (s), a low molecular weight compound, etc. are mentioned.
  • the low molecular compound means a compound other than the organic polymer and its derivative. That is, it refers to a compound having no repeating unit. As long as the low molecular weight compound is such a compound, the molecular weight is not particularly limited.
  • the molecular weight of the low molecular weight compound is preferably 300 to 2000, more preferably 400 to 1000.
  • Examples of the low molecular weight compound include condensed polycyclic aromatic compounds.
  • acene such as naphthacene, pentacene (2,3,6,7-dibenzoanthracene), hexacene, heptacene, dibenzopentacene, tetrabenzopentacene, anthradithiophene, pyrene, benzopyrene, dibenzopyrene, chrysene, perylene, coronene, terylene , Ovalene, quaterrylene, circumanthracene, and derivatives obtained by substituting a part of these carbon atoms with atoms such as N, S, O, etc., or at least one hydrogen atom bonded to the carbon atom is a functional group such as a carbonyl group Derivatives substituted with a group (dioxaanthanthrene compounds including perixanthenoxanthene and derivatives thereof, triphenodio
  • metal phthalocyanines represented by copper phthalocyanine, tetrathiapentalene and derivatives thereof, naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (4-trifluoromethylbenzyl) naphthalene— 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (1H, 1H-perfluorooctyl), N, N′-bis (1H, 1H-perfluorobutyl), N, N′-dioctylnaphthalene -1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide derivatives, naphthalene tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid diimide, anthracene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid Condensed ring tetracarboxylic acid di
  • Further examples include polyanthracene, triphenylene, and quinacridone.
  • low molecular weight compound examples include 4,4′-biphenyldithiol (BPDT), 4,4′-diisocyanobiphenyl, 4,4′-diisocyano-p-terphenyl, 2,5-bis (5 '-Thioacetyl-2'-thiophenyl) thiophene, 2,5-bis (5'-thioacetoxyl-2'-thiophenyl) thiophene, 4,4'-diisocyanophenyl, benzidine (biphenyl-4,4'- Diamine), TCNQ (tetracyanoquinodimethane), tetrathiafulvalene (TTF) and its derivatives, tetrathiafulvalene (TTF) -TCNQ complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTF-iodine complex , A charge transfer complex represented by TCNQ-iod
  • the organic semiconductor is preferably a low molecular compound, and among them, a condensed polycyclic aromatic compound is preferable.
  • the condensed polycyclic aromatic compound has a high effect of improving carrier mobility and durability, and also exhibits an excellent threshold voltage reduction effect.
  • the condensed polycyclic aromatic compound is preferably an acene represented by any one of formulas (A1) to (A4) and a compound represented by any one of the following general formulas (C) to (T).
  • a compound represented by any one of formulas (C) to (T) is more preferred.
  • a preferable acene as the condensed polycyclic aromatic compound is represented by the following formula (A1) or (A2).
  • R A1 to R A6 , X A1 and X A2 represent a hydrogen atom or a substituent.
  • Z A1 and Z A2 represent S, O, Se, or Te.
  • nA1 and nA2 represent an integer of 0 to 3. However, nA1 and nA2 are not 0 at the same time.
  • R A1 to R A6 , X A1 and X A2 are not particularly limited, but are alkyl groups (eg, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, tert-butyl, pentyl, tert-pentyl, hexyl).
  • R A7 , R A8 , X A1 and X A2 represent a hydrogen atom or a substituent.
  • R A7 , R A8 , X A1 and X A2 may be the same or different.
  • the substituents represented by R A7 and R A8 are preferably those listed above as substituents that can be employed as R A1 to R A6 in formulas (A1) and (A2).
  • Z A1 and Z A2 represent S, O, Se, or Te.
  • nA1 and nA2 represent an integer of 0 to 3. However, nA1 and nA2 are not 0 simultaneously.
  • R A7 and R A8 are preferably those represented by the following formula (SG1).
  • R A9 to R A11 represent substituents.
  • X A represents Si, Ge or Sn.
  • the substituents represented by R A9 to R A11 are preferably those listed above as substituents that can be employed as R A1 to R A6 in formulas (A1) and (A2).
  • acene or acene derivative represented by formulas (A1) to (A4) are shown below, but are not limited thereto.
  • a C1 and A C2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • both A C1 and A C2 represent an oxygen atom and a sulfur atom, more preferably a sulfur atom.
  • R C1 to R C6 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R C1 to R C6 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X D1 and X D2 represent NR D9 , an oxygen atom or a sulfur atom.
  • a D1 represents CR D7 or N atom
  • a D2 represents CR D8 or N atom
  • R D9 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group or an acyl group.
  • R D1 to R D8 represent a hydrogen atom or a substituent
  • at least one of R D1 to R D8 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X E1 and X E2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or NR E7 .
  • a E1 and A E2 represent CR E8 or a nitrogen atom.
  • R E1 to R E8 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R E1 to R E8 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • XF1 and XF2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom.
  • X F1 and X F2 preferably represent an oxygen atom or a sulfur atom, and more preferably represent a sulfur atom.
  • R F1 to R F10 , R Fa and R Fb represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R F1 to R F10 , R Fa and R Fb is a substituent represented by the general formula (W).
  • p and q each represents an integer of 0-2.
  • X G1 and X G2 represent NR G9 , an oxygen atom, or a sulfur atom.
  • a G1 represents CR G7 or an N atom.
  • a G2 represents CR G8 or an N atom.
  • R G9 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an acyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • R G1 to R G8 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R G1 to R G8 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X H1 to X H4 represent NR H7 , an oxygen atom or a sulfur atom.
  • X H1 to X H4 preferably represent a sulfur atom.
  • R H7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an acyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • R H1 to R H6 each represents a hydrogen atom or a substituent. At least one of R H1 to R H6 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X J1 and X J2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR J9 .
  • X J3 and X J4 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • X J1 , X J2 , X J3 and X J4 preferably represent a sulfur atom.
  • R J1 to R J9 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R J1 to R J9 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X K1 and X K2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR K9 .
  • X K3 and X K4 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • X K1 , X K2 , X K3 and X K4 preferably represent a sulfur atom.
  • R K1 to R K9 represent a hydrogen atom or a substituent.
  • At least one of R K1 to R K9 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X L1 and X L2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or NR L11 .
  • X L1 and X L2 preferably represent an oxygen atom or a sulfur atom.
  • R L1 to R L11 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R L1 to R L11 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X M1 and X M2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR M9 .
  • X M1 and X M2 preferably represent a sulfur atom.
  • R M1 to R M9 represent a hydrogen atom or a substituent.
  • At least one of R M1 to R M9 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • XN1 and XN2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NRN13 .
  • X N1 and X N2 preferably represent a sulfur atom.
  • R N1 to R N13 each represent a hydrogen atom or a substituent.
  • At least one of R N1 to R N13 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X P1 and X P2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NRP13 .
  • X P1 and X P2 preferably represent a sulfur atom.
  • R P1 to R P13 each represents a hydrogen atom or a substituent.
  • At least one of R P1 to R P13 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X Q1 and X Q2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR Q13 .
  • X Q1 and X Q2 preferably represent a sulfur atom.
  • R Q1 to R Q13 each represents a hydrogen atom or a substituent.
  • At least one of R Q1 to R Q13 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X R1 , X R2 and X R3 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR R9 .
  • X R1 , X R2 and X R3 preferably represent a sulfur atom.
  • R R1 to R R9 represent a hydrogen atom or a substituent.
  • At least one of R R1 to R R9 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X S1 , X S2 , X S3 and X S4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR S7 .
  • X S1 , X S2 , X S3 and X S4 preferably represent a sulfur atom.
  • R S1 to R S7 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R S1 to R S7 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • X T1 , X T2 , X T3 , and X T4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR T7 .
  • X T1 , X T2 , X T3 and X T4 preferably represent a sulfur atom.
  • R T1 to R T7 each represents a hydrogen atom or a substituent. At least one of R T1 to R T7 is a substituent represented by the following general formula (W).
  • Substituents R C to R T can be a halogen atom, an alkyl group (methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl Alkyl groups having 1 to 40 carbon atoms such as 2,6-dimethyloctyl, 2-decyltetradecyl, 2-hexyldecyl, 2-ethyloctyl, 2-decyltetradecyl, 2-butyldecyl, 1-octylnonyl , 2-ethyloctyl, 2-octyltetradecyl, 2-ethylhexyl, cycloalkyl, bicycloalkyl, tricycloalkyl, etc.),
  • the substituents that the substituents R C to R T can take include an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an alkylthio group, and a general formula (W) described later.
  • the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, acyl group, and aryl group of R D9 , R G9, and R H7 are the alkyl groups and alkenyl groups described above for the substituents that R C to R T can take.
  • the heteroaryl group has the same meaning as the heteroaryl group described for the substituents of R A1 to R A6 .
  • L represents a divalent linking group represented by any one of the following general formulas (L-1) to (L-25), or the following general formulas (L-1) to (L-25).
  • R W is a substituted or unsubstituted alkyl group, a cyano group, a vinyl group, an ethynyl group, an oxyethylene group, repetition number v of oxyethylene units is more than one oligo oxyethylene group, a siloxane group, the number of silicon atoms is more than one It represents an oligosiloxane group or a substituted or unsubstituted trialkylsilyl group.
  • the wavy line represents the bonding position with any ring forming each skeleton represented by the general formulas (C) to (T).
  • L represents a divalent linking group in which two or more divalent linking groups represented by any of the general formulas (L-1) to (L-25) are bonded
  • the moiety is a bonding position with any ring forming each skeleton represented by the general formulas (C) to (T) and a divalent group represented by the general formulas (L-1) to (L-25).
  • R LZ is independently It represents a hydrogen atom or a substituent, formula (L-1) and (L-2) R LZ may form a condensed ring by combining with R W adjacent L respectively in.
  • R N represents a hydrogen atom or a substituent
  • R si each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group.
  • the divalent linking groups represented by the general formulas (L-17) to (L-21), (L-23) and (L-24) are represented by the following general formulas (L-17A) to (L It is more preferably a divalent linking group represented by -21A), (L-23A) and (L-24A).
  • a substituted or unsubstituted alkyl group an oxyethylene group, an oligooxyethylene group having a repeating number v of 2 or more, a siloxane group, an oligosiloxane group having 2 or more silicon atoms, or a substituted or unsubstituted group. If a trialkylsilyl group substitutions present on the end of the substituent of the general formula (W) -R W alone and can also be interpreted in, be interpreted as -L-R W in the general formula (W) it can.
  • two (2) R LZ is a hydrogen atom (L-1) and n-heptyl having 7 carbon atoms.
  • the substituent represented by the general formula (W) is an alkoxy group having 8 carbon atoms
  • one linking group represented by the general formula (L-4) which is —O— and two R This is interpreted as a substituent in which one linking group represented by (L-1), in which LZ is a hydrogen atom, and an n-heptyl group having 7 carbon atoms are bonded.
  • an oxyethylene group an oligooxyethylene group having a repeating number v of 2 or more, a siloxane group, an oligosiloxane group having 2 or more silicon atoms, or a substituted or unsubstituted trialkylsilyl group. If a group is present at the end of the substituents on including a linking group as possible from the end of the substituent, it is interpreted as R W alone in the general formula (W).
  • the substituent R LZ in the general formulas (L-1), (L-2), (L-6) and (L-13) to (L-24) is represented by the general formulas (C) to (T). It may be mentioned those exemplified as the substituents of the substituents R C ⁇ R T can be taken.
  • substituents R LZ in that in any general formula (L-6) is an alkyl group if (L-6) in the R LZ is an alkyl group has a carbon number of the alkyl group of 1 to It is preferably 9, more preferably 4 to 9 from the viewpoint of chemical stability and carrier transport properties, and further preferably 5 to 9.
  • R LZ in (L-6) is an alkyl group
  • the alkyl group is preferably a linear alkyl group from the viewpoint of increasing carrier mobility.
  • the R N may be mentioned those exemplified as the substituents which may take the substituents R C ⁇ R T. Among them a hydrogen atom or a methyl group is preferable as also R N.
  • R si is preferably an alkyl group. There are no particular limitations on the alkyl group R si can take, the preferred range of the alkyl group R si can take is the same as the preferred ranges of the alkyl group can take the silyl group when R W is a silyl group .
  • the alkenyl group that R si can take is not particularly limited, but is preferably a substituted or unsubstituted alkenyl group, more preferably a branched alkenyl group, and the alkenyl group preferably has 2 to 3 carbon atoms.
  • the alkynyl group that R si can take is not particularly limited, but is preferably a substituted or unsubstituted alkynyl group, more preferably a branched alkynyl group, and the alkynyl group has 2 to 3 carbon atoms. preferable.
  • L is a divalent linking group represented by any one of the general formulas (L-1) to (L-5), (L-13), (L-17) or (L-18), or A divalent linkage in which two or more divalent linking groups represented by any one of (L-1) to (L-5), (L-13), (L-17) or (L-18) are bonded.
  • divalent divalent linking group represented by the linking group and formula (L-1) of that is a divalent linking group attached is particularly preferred.
  • There divalent linking group bonded is preferably a divalent linking group represented by formula (L-1) binds to R W side.
  • a divalent linking group including a divalent linking group represented by the general formula (L-1) is particularly preferred, represented by the general formula (L-1).
  • L is a divalent linking group represented by the general formulas (L-18) and (L-1), and (L-1) bonded to R W, more particularly preferably more that R W is a substituted or unsubstituted alkyl group, a divalent linking group L is represented by the general formula (L-18A) and (L-1) Yes, (L-1) via bonded to R W, it is even more particularly preferred R W is a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R W may be a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R W represents a substituted or unsubstituted alkyl group, an oxyethylene group, It is preferably an oligooxyethylene group having 2 or more repeating oxyethylene units, a siloxane group, or an oligosiloxane group having 2 or more silicon atoms, more preferably a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R W when L adjacent to R W is a divalent linking group represented by formula (L-2) and (L-4) ⁇ (L -25) is, R W is It is more preferably a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R W when L adjacent to R W is a divalent linking group represented by the general formula (L-3) is, R W represents a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted The silyl group is preferable.
  • R W is a substituted or unsubstituted alkyl group, it preferably has a carbon number of 4-17, it is chemically stable is 6 to 14, more preferably from the viewpoint of carrier transportability, 6-12 More preferably it is.
  • R W are long-chain alkyl group having the above-mentioned range, and particularly a straight-chain alkyl group of chain increases the linearity of the molecule, from the viewpoint of capable of enhancing the carrier mobility. If R W represents an alkyl group, a straight-chain alkyl group, even branched alkyl group, it may be a cyclic alkyl group, a straight-chain alkyl groups, increases the linearity of the molecules, to increase the carrier mobility It is preferable from the viewpoint that can be achieved.
  • a divalent linking group L in formula (C) ⁇ (T) is represented by formula (L-1), and either an alkyl group R W is 1-4 carbon atoms, straight-chain 17; or, L is the general formula (L-3), any one Tsudehyo of (L-13) or (L-18) a divalent divalent divalent linking group linking group is attached, which is represented by the linking group and formula (L-1) that are, and that R W is a straight chain alkyl group, This is preferable from the viewpoint of increasing carrier mobility.
  • L is a divalent linking group represented by formula (L-1), and, if R W is an alkyl group having a carbon number of 4 to 17 linear, carbon atoms R W is a linear 6 From the viewpoint of increasing carrier mobility, a linear alkyl group having 6 to 12 carbon atoms is particularly preferable.
  • L is a divalent linking group represented by any one of general formulas (L-3), (L-13) or (L-18) and a divalent linking group represented by general formula (L-1).
  • a divalent linking group of the linking group is bonded, and, if R W is a straight chain alkyl group, more preferably R W is an alkyl group having a carbon number of 4 to 17 linear, straight-chain
  • the alkyl group having 6 to 14 carbon atoms is more preferable from the viewpoints of chemical stability and carrier transport properties, and the straight chain alkyl group having 6 to 12 carbon atoms is particularly preferable from the viewpoint of increasing carrier mobility. preferable.
  • R W is a branched alkyl group.
  • R W is an alkyl group having a substituent
  • substituents when R W is an alkyl group having a substituent include a halogen atom, a fluorine atom is preferred. It is also possible if R W is an alkyl group having a fluorine atom is substituted with any hydrogen atom of the alkyl group a fluorine atom to form a perfluoroalkyl group. However, it is preferred that R W is an unsubstituted alkyl group.
  • R W is ethylene group or an oligo ethylene group, and represented by R W "oligooxyethylene group" herein, - (OCH 2 CH 2) v refers to the group represented by OY (
  • the repeating number v of the oxyethylene unit represents an integer of 2 or more, and Y at the terminal represents a hydrogen atom or a substituent.
  • Y at the terminal of the oligooxyethylene group is a hydrogen atom, it becomes a hydroxy group.
  • the number of repeating oxyethylene units v is preferably 2 to 4, and more preferably 2 to 3.
  • the terminal hydroxy group of the oligooxyethylene group is preferably sealed, that is, Y represents a substituent.
  • the hydroxy group is preferably sealed with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, that is, Y is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and Y is a methyl group or an ethyl group. Is more preferable, and a methyl group is particularly preferable.
  • R W is, for siloxane group or an oligosiloxane groups, the number of repetitions of the siloxane units is preferably from 2 to 4, more preferably 2-3. Further, it is preferable that a hydrogen atom or an alkyl group is bonded to the Si atom. When an alkyl group is bonded to the Si atom, the alkyl group preferably has 1 to 3 carbon atoms, and for example, a methyl group or an ethyl group is preferably bonded. The same alkyl group may be bonded to the Si atom, or different alkyl groups or hydrogen atoms may be bonded thereto. Moreover, although all the siloxane units which comprise an oligosiloxane group may be the same or different, it is preferable that all are the same.
  • R W is a substituted or unsubstituted silyl group. If R W is a substituted or unsubstituted silyl group Among them, it is preferred that R W is a substituted silyl group. Although there is no restriction
  • R W is a trialkylsilyl group
  • the carbon number of the alkyl group bonded to the Si atom is 1-3, for example, it is preferable to bind a methyl group or an ethyl group or an isopropyl group.
  • the same alkyl group may be bonded to the Si atom, or different alkyl groups may be bonded thereto. Examples of the substituents when R W is a trialkylsilyl group having a substituent on the alkyl group is not particularly limited.
  • the total number of carbon atoms contained in L and R W is 5 to 18. If the total number of carbon atoms contained in L and R W is at least the lower limit within the above range, the carrier mobility is high, lower the driving voltage. If the total number of carbon atoms contained in L and R W is not more than the upper limit of the above range, solubility in an organic solvent is increased. Preferably the total number of carbon atoms contained in L and R W is 5 to 14, more preferably 6 to 14, particularly preferably from 6 to 12, in particular more to be 8-12 preferable.
  • the number of the groups represented by the general formula (W) is 1 to 4, and the carrier mobility is It is preferable from the viewpoint of increasing the solubility in an organic solvent, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 2.
  • the position of the group represented by the general formula (W) is not particularly limited.
  • any one of R C1 , R C2 , R C3 and R C6 is preferably a group represented by the general formula (W), and R C1 and R C2 It is more preferable that both or both R C3 and R C6 are groups represented by the general formula (W).
  • R D6 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R D5 and R D6 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
  • R E6 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R E5 and R E6 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group. Further, when R E5 and R E6 are substituents other than the group represented by the general formula (W), it is also preferable that two R E7 are groups represented by the general formula (W).
  • R F2 , R F3 , R F8 and R F9 is a substituent represented by the general formula (W).
  • R G5 or R G6 is a group represented by the general formula (W) from the viewpoint of increasing carrier mobility and increasing solubility in an organic solvent. preferable.
  • R H4 or R H6 is preferably a group represented by the general formula (W), and R H4 or R H6 and R H3 or R H5 are generally used. The group represented by the formula (W) is more preferable.
  • R J8 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R J8 and R J4 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
  • R K7 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R K7 and R K3 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
  • R L2 , R L3 , R L6 and R L7 is a group represented by the general formula (W).
  • R M2 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R M2 and R M6 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
  • R N3 is represented by the general formula (W)
  • both R N3 and R N9 are represented by formula (W) More preferably, it is a group.
  • R P2 or R P3 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R P2 and R P8 or both R P3 and R P9 It is more preferable that both are groups represented by the general formula (W).
  • R Q3 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R Q3 and R Q9 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
  • R R2 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R R2 and R R7 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
  • R S2 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R S2 and R S5 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
  • R T2 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R T2 and R T5 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
  • the number of substituents other than the group represented by the general formula (W) is preferably 0 to 4, more preferably 0 to 2.
  • the compound represented by the general formula (C) preferably has a molecular weight of 3000 or less, more preferably 2000 or less, further preferably 1000 or less, and particularly preferably 850 or less.
  • the molecular weight is within the above range, solubility in a solvent can be enhanced.
  • the molecular weight is preferably 300 or more, more preferably 350 or more, and further preferably 400 or more.
  • the molecular weight of the compound represented by the general formula (D) is preferably the same as that of the compound represented by the general formula (C) because the solubility in a solvent can be increased.
  • the molecular weight is preferably 400 or more, more preferably 450 or more, and further preferably 500 or more.
  • the molecular weights of the compound E, the compound F, the compound G, and the compound H are preferably the same as the compound C whose upper limit is represented by the general formula (C), so that the solubility in a solvent can be improved. .
  • the lower limit of the molecular weight is the same as the compound represented by the general formula (D).
  • the upper limit of the molecular weights of the compound J and the compound K is the same as that of the compound C represented by the general formula (C), so that the solubility in a solvent can be improved.
  • the lower limit of the molecular weight is the same as the compound represented by the general formula (D).
  • the molecular weights of the compound L, the compound M, the compound N, the compound P, and the compound Q are the same as those of the compound C represented by the general formula (C) in the upper limit, which increases the solubility in a solvent. It is possible and preferable.
  • the lower limit of the molecular weight is the same as the compound represented by the general formula (D).
  • the molecular weights of the compound R, the compound S, and the compound T are preferably the same as those of the compound C represented by the general formula (C), because the solubility in the solvent can be improved.
  • the lower limit of the molecular weight is the same as the compound represented by the general formula (D).
  • organic polymer and derivatives thereof examples include polypyrrole and substituted products thereof, polydiketopyrrole and substituted products thereof, polythiophene and derivatives thereof, isothianaphthene such as polyisothianaphthene, thienylene vinylene such as polythienylene vinylene, poly Poly (p-phenylene vinylene) such as (p-phenylene vinylene), polyaniline and its derivatives, polyacetylene, polydiacetylene, polyazulene, polypyrene, polycarbazole, polyselenophene, polyfuran, poly (p-phenylene), polyindole, poly Examples thereof include polymers such as pyridazine, polytellurophene, polynaphthalene, polyvinylcarbazole, polyphenylene sulfide, and polyvinylene sulfide, and polymers of condensed polycyclic aromatic compounds.
  • the polythiophene and derivatives thereof are not particularly limited.
  • poly-3-hexylthiophene (P3HT) in which hexyl group is introduced into polythiophene, polyethylenedioxythiophene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrenesulfone An acid (PEDOT / PSS) etc. are mentioned.
  • the oligomer for example, oligothiophene which has the same repeating unit as these polymers can also be mentioned.
  • Examples of the organic polymer include polymer compounds in which compounds represented by the following general formulas (C) to (T) have a repeating structure.
  • a compound represented by the general formulas (C) to (T) has a ⁇ -conjugated structure in which a repeating structure is formed via at least one arylene group or heteroarylene group (thiophene, bithiophene, etc.).
  • Examples thereof include a polymer and a pendant polymer in which compounds represented by the general formulas (C) to (T) are bonded to a polymer main chain via a side chain.
  • the polymer main chain is preferably polyacrylate, polyvinyl, polysiloxane or the like, and the side chain is preferably an alkylene group or a polyethylene oxide group.
  • the polymer main chain may be formed by polymerizing at least one of the substituents R C to R T having a group derived from a polymerizable group.
  • These organic polymers preferably have a weight average molecular weight of 30,000 or more, more preferably 50,000 or more, and even more preferably 100,000 or more.
  • the weight average molecular weight is not less than the above lower limit value, the intermolecular interaction can be enhanced and high mobility can be obtained.
  • the inorganic semiconductor material for forming the semiconductor layer is not particularly limited, but a coating type semiconductor is preferable, and an oxide semiconductor is given as a preferable example.
  • the oxide semiconductor is not particularly limited as long as it is made of a metal oxide.
  • the semiconductor layer made of an oxide semiconductor is preferably formed using an oxide semiconductor precursor, that is, a material that is converted into a semiconductor material made of a metal oxide by a conversion process such as thermal oxidation.
  • the oxide semiconductor is not particularly limited.
  • InGaZnO x , InGaO x , InSnZnO x , GaZnO x , InSnO x , InZnO x , SnZnO x (all x> 0), ZnO, and SnO 2 can be given.
  • oxide semiconductor precursor examples include metal nitrates, metal halides, and alkoxides.
  • metal contained in the oxide semiconductor precursor include Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Ir, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Bi, Ce, Pr, Examples thereof include at least one selected from the group consisting of Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.
  • oxide semiconductor precursor examples include, for example, indium nitrate, zinc nitrate, gallium nitrate, tin nitrate, aluminum nitrate, indium chloride, zinc chloride, tin chloride (divalent), tin chloride (tetravalent), and gallium chloride.
  • Aluminum chloride tri-i-propoxy indium, diethoxy zinc, bis (dipivaloylmethanato) zinc, tetraethoxy tin, tetra-i-propoxy tin, tri-i-propoxy gallium, tri-i-propoxy aluminum It is done.
  • the source electrode is an electrode through which current flows from the outside through the wiring.
  • the drain electrode is an electrode that sends current to the outside through wiring, and is usually provided in contact with the semiconductor layer.
  • a conductive material used in a conventional thin film transistor can be used, and examples thereof include the conductive material described for the gate electrode.
  • the source electrode and the drain electrode can be formed by a method similar to the method for forming the gate electrode, respectively.
  • a lift-off method or an etching method can be employed.
  • the source electrode and the drain electrode can be preferably formed by an etching method.
  • the etching method is a method of removing unnecessary portions by etching after forming a conductive material.
  • the conductive material remaining on the base when the resist is removed can be peeled off, and the resist residue or the removed conductive material can be prevented from reattaching to the base, and the shape of the electrode edge portion is excellent. This is preferable to the lift-off method.
  • a resist is applied to a part of the base, a conductive material is formed thereon, and the resist is removed together with the solvent by elution or peeling with a solvent.
  • This is a method of forming a film of a conductive material only on a portion where no is applied.
  • a source electrode and a drain electrode is arbitrary, 1 nm or more is preferable respectively and 10 nm or more is especially preferable. Moreover, 500 nm or less is preferable and 300 nm or less is especially preferable.
  • the interval (channel length) between the source electrode and the drain electrode is arbitrary, but is preferably 100 ⁇ m or less, and particularly preferably 50 ⁇ m or less.
  • the channel width is preferably 5000 ⁇ m or less, and particularly preferably 1000 ⁇ m or less.
  • the TFT of the present invention may have an overcoat layer.
  • the overcoat layer is usually a layer formed as a protective layer on the surface of the TFT.
  • a single layer structure or a multilayer structure may be used.
  • the overcoat layer may be an organic overcoat layer or an inorganic overcoat layer.
  • the material for forming the organic overcoat layer is not particularly limited, and examples thereof include organic polymers such as polystyrene, acrylic resin, polyvinyl alcohol, polyolefin, polyimide, polyurethane, polyacetylene, and epoxy resin, and these organic polymers. Derivatives in which a crosslinkable group or a water repellent group is introduced may be mentioned.
  • organic polymers and derivatives thereof can be used in combination with a crosslinking component, a fluorine compound, a silicon compound, and the like.
  • the material for forming the inorganic overcoat layer is not particularly limited, and examples thereof include metal oxides such as silicon oxide and aluminum oxide, and metal nitrides such as silicon nitride. These materials may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.
  • the organic overcoat layer is, for example, a solution containing a material to be an overcoat layer is applied and dried on the underlying layer, a solution containing a material to be an overcoat layer is applied, and exposure is performed after drying. It can be formed by a method such as development and patterning. The patterning of the overcoat layer can also be directly formed by a printing method, an inkjet method, or the like. The overcoat layer may be crosslinked by exposure or heating after the patterning of the overcoat layer.
  • the inorganic overcoat layer can be formed by a dry method such as a sputtering method or a vapor deposition method or a wet method such as a sol-gel method.
  • the TFT of the present invention may be provided with layers and members other than those described above.
  • Examples of other layers or members include banks.
  • the bank is used for the purpose of blocking the discharge liquid at a predetermined position when a semiconductor layer, an overcoat layer, or the like is formed by an inkjet method or the like. For this reason, the bank usually has liquid repellency.
  • Examples of the bank forming method include a method of performing liquid repellency treatment such as a fluorine plasma method after patterning by a photolithography method or the like, a method of curing a photosensitive composition containing a liquid repellent component such as a fluorine compound, and the like.
  • the method of curing the photosensitive composition containing the latter liquid repellent component does not cause the gate insulating layer to be affected by the liquid repellent treatment. ,preferable.
  • a technique may be used in which a liquid repellent contrast is given to the base without using the bank so as to have the same role as the bank.
  • the TFT of the present invention is preferably used by being mounted on a display panel.
  • the display panel include a liquid crystal panel, an organic EL panel, and an electronic paper panel.
  • the above compound L9 is a compound represented by the general formula (L), Journal of Organic Physics / Bioelectronics, 2011, 22, 9-12. And synthesized according to the method described in International Publication No. 2009/148016 pamphlet and the like.
  • the compound C16 is a compound represented by the general formula (C), and was synthesized according to the following synthesis method of the following compound C1.
  • FIG. 1 Production of bottom-gate TFT-1 A bottom-gate / bottom-contact TFT shown in FIG. A doped silicon substrate (also serving as the gate electrode 5) having a thickness of 1 mm was used as the substrate 6, and the gate insulating layer 2 was formed thereon.
  • Diphenyliodonium hexafluorophosphate salt as an acid catalyst was added to the obtained filtrate so that it might become 0.1 wt%, it apply
  • Production of bottom gate TFT-3 In Production Example 1, a commercially available polysilsesquioxane was used instead of poly (4-vinylphenol) in forming the gate insulating layer, tetrahydrofuran was used as a solvent, and no cross-linking agent and acid catalyst were added. A TFT was produced in the same manner as in Production Example 1 except that.
  • a TFT was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the gate insulating layer 2 was formed as follows.
  • a polyimide precursor solution composed of the following structural units dissolved in N-methylpyrrolidone at a concentration of 5 wt% was filtered with a 0.2 ⁇ m filter, and this filtrate was applied onto the substrate 6 on which the gate electrode 5 was formed, and then 150 ° C. For 10 minutes, 200 ° C. for 2 hours, and 300 ° C. for 6 hours to form a gate insulating layer 2 made of a polyimide film having a thickness of 0.7 ⁇ m.
  • TFT performance evaluation The TFT performance of the TFTs obtained in Production Examples 1 to 5 was examined by evaluating the carrier mobility and the on / off ratio by the following method.
  • Id (w / 2L) ⁇ Ci (Vg ⁇ Vth) 2 (Where L is the gate length, w is the gate width, Ci is the capacitance per unit area of the insulating layer, Vg is the gate voltage, and Vth is the threshold voltage)
  • On / Off ratio is (maximum value of
  • Example 1-1 as the organic semiconductor, A26, A27, C1, C4, C7, D1, E2, F2, F5, F10, G12, G14, H10, H11, J2, J3, K2, K3,
  • the TFT shown in FIG. 1A is formed in the same manner as in Example 1-1 except that L2, L5, L6, L8, L15, M8, N4, P3, Q3, R1, S1, or T1 is used.
  • Each was manufactured.
  • the carrier mobility ⁇ , the On / Off ratio, and the threshold voltage Vth were evaluated in the same manner as in Test Example 4.
  • the results were superior in performance as compared with the gate insulating layer having a moisture content outside the range defined by the present invention.
  • top gate TFT-1 A top gate / bottom contact TFT shown in FIG. 1C was manufactured.
  • a glass substrate manufactured by NEC Corning, OA10 washed with water and dried was used as the substrate 6.
  • a chromium / gold electrode as a source electrode and a drain electrode was formed on the glass substrate by vacuum deposition using a mask. Thereby, a source electrode 3 and a drain electrode 4 having a thickness of 100 nm were provided.
  • the gate width W was 100 mm and the gate length L was 100 ⁇ m.
  • Diphenyliodonium hexafluorophosphate salt as an acid catalyst was added to the obtained filtrate so that it might become 0.1 wt%, it apply
  • an Ag fine particle aqueous dispersion was applied onto the gate insulating layer by an inkjet method and dried to form a gate electrode having a thickness of 200 nm.
  • FIG. 10 Fabrication of top gate TFT-5
  • a TFT was produced in the same manner as in Production Example 6 except that the gate insulating layer 2 was formed as follows.
  • a polyimide precursor solution filtrate prepared in the same manner as in Production Example 5 dissolved in N-methylpyrrolidone at a concentration of 5 wt% was applied on the organic semiconductor layer, then at 150 ° C. for 10 minutes, and at 200 ° C. for 2 hours. And a heat treatment at 300 ° C. for 6 hours to form a gate insulating layer 2 made of a polyimide film having a thickness of 0.7 ⁇ m.
  • Example 11-1 as the organic semiconductor, A26, A27, C1, C4, C7, D1, E2, F2, F5, F10, G12, G14, H10, H11, J2, J3, K2, K3,
  • the TFT shown in FIG. 1C is obtained in the same manner as in Example 11-1, except that L2, L5, L6, L8, L15, M8, N4, P3, Q3, R1, S1, or T1 is used.
  • Each was manufactured.
  • the carrier mobility ⁇ , the On / Off ratio, and the threshold voltage Vth were evaluated in the same manner as in Test Example 4.
  • the results were superior in performance as compared with the gate insulating layer having a moisture content outside the range defined by the present invention.
  • the threshold voltage of the TFT was high even when the moisture content of the gate insulating layer was within the range defined by the present invention. Further, this TFT had low mobility and an on / off ratio and was inferior in performance (Comparative Examples 5-1, 5-2, 15-1, and 15-2). In contrast, a TFT whose gate insulating layer contains the organic polymer defined in the present invention and whose moisture content is within the range defined in the present invention has a low threshold voltage, and further has a carrier mobility and on / off. Both ratios showed high values. That is, it was shown that the TFT of the present invention is a TFT that has both excellent carrier mobility and current amplification factor, low threshold voltage, and low power consumption.

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Abstract

 基板上に、ゲート電極と、半導体層と、ゲート電極と半導体層との間に設けられたゲート絶縁層と、半導体層に接して設けられ、半導体層を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、 ゲート絶縁層がアミド結合及びイミド結合を有さない有機高分子を含有し、且つ、ゲート絶縁層の含水率が0.01~1000ppmである、薄膜トランジスタ。

Description

薄膜トランジスタ
 本発明は、薄膜トランジスタに関する。
 液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ及び電気泳動型ディスプレイ等の表示装置の多くは薄膜トランジスタ(以下、「TFT」ともいう。)が表示スイッチングデバイスとして組み込まれている。TFTは、基板上に、ゲート電極、半導体層、ゲート電極と半導体層の間に設けられたゲート絶縁層からなる構造体を有しており、さらに半導体層に接してソース電極及びドレイン電極が設けられている。TFTは、ゲート電極に電圧を印加することで駆動する。ゲート電極に電圧を印加することで半導体中の電子又はホールからなるキャリア量をコントロールし、ソース電極-ドレイン電極間に流れる電流が制御される。
 TFTに用いる半導体には、従来からアモルファスもしくは多結晶の薄膜シリコンといった無機半導体が用いられてきた。しかし、TFTの半導体層を無機半導体で形成する場合、真空プロセスや300℃以上の高温プロセスを要し、生産性の向上には制約がある。
 これに対し近年では、有機半導体を用いたTFTも普及してきている。有機半導体層は、インクジェット、スピンコート、フレキソ印刷等の方法により成膜できるため、成膜プロセスをより低温で、高速・効率的に、低コストで行うことができる。
 半導体層に有機半導体を用いたTFTの多くは、ゲート絶縁層としてシリコンを熱酸化した酸化ケイ素を用いている。酸化ケイ素膜を用いる場合、その上に形成する有機半導体のキャリア伝導性能を十分に引き出すために、通常は酸化ケイ素膜表面をヘキサメチルジシラザン(HMDS)やオクタデシルトリクロロシラン(OTS)等により処理し、表面を撥水性にする。この表面処理により、酸化ケイ素膜表面のヒドロキシル基がクエンチされ、また、ゲート絶縁膜の表面エネルギーが低下して半導体の結晶性が向上するため、キャリア移動度が向上する。しかし、HMDSやOTSは、ゲート絶縁膜表面で凝集したりポリマー化したりすることがある。そうなると半導体が結晶成長しにくくなり、十分なキャリア移動度が得られない。
 また、ゲート絶縁膜を有機高分子化合物で形成したTFTも知られており、例えば特許文献1には、ゲート絶縁層にポリイミドで形成したTFTが記載されている。この特許文献1には、ポリイミドからなるゲート絶縁層の吸水量を0.65mg/cm以下とすることで、TFTの電界効果移動度とon/off比(電流増幅率)を良化したことが記載されている。
特開2005-303271号公報
 本発明は、優れたキャリア移動度と高い電流増幅率とを両立し、スイッチング動作をより速く確実に行うことができ、しかも、閾値電圧が低く消費電力も抑えた薄膜トランジスタを提供することを課題とする。
 本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた。その結果、ゲート絶縁層に特定の有機高分子を含有する薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層の含水率を特定の範囲内とすると、優れた電流増幅率(on/off比)を示すことを見い出した。さらに、含水率が上記特定の範囲内にあるゲート絶縁層を有するTFTは、電流増幅率と通常は正の相関を示す閾値電圧が意外にも低く抑えられ、且つ、キャリア移動度も向上することを見い出した。本発明はこれらの知見に基づき完成されるに至った。
 上記の課題は以下の手段により達成された。
〔1〕
 基板上に、ゲート電極と、半導体層と、ゲート電極と半導体層との間に設けられたゲート絶縁層と、半導体層に接して設けられ、半導体層を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、
 ゲート絶縁層がアミド結合及びイミド結合を有さない有機高分子化合物を含有し、且つ、前記ゲート絶縁層の含水率が0.01~1000ppmである、薄膜トランジスタ。
〔2〕
 ゲート絶縁層の含水率が0.05~100ppmである、〔1〕に記載の薄膜トランジスタ。
〔3〕
 ゲート絶縁層の含水率が0.05~20ppmである、〔1〕に記載の薄膜トランジスタ。
〔4〕
 上記ゲート絶縁層の含水率が、薄膜トランジスタの製造において、ゲート絶縁層を形成した後にゲート絶縁層を乾燥処理に付して調整される、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
〔5〕
 上記有機高分子化合物が、ポリビニルフェノール、ノボラック樹脂、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、エポキシ樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリシクロオレフィン、ポリシルセスキオキサン、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリエーテルスルホン、及びポリエーテルケトンから選ばれる有機高分子化合物である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
〔6〕
 上記有機高分子化合物が、ポリビニルフェノール、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、フッ素樹脂、ポリシクロオレフィン、ポリシルセスキオキサン、及びポリシロキサンから選ばれる有機高分子化合物である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
〔7〕
 半導体層が有機半導体を含む、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
〔8〕
 有機半導体が、下記一般式(C)~(T)のいずれかで表される、〔7〕に記載の薄膜トランジスタ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 一般式(C)中、AC1、AC2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RC1~RC6は水素原子又は置換基を表し、RC1~RC6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又は窒素原子を表し、AD2はCRD8又は窒素原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1~RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1~RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1~RE8は水素原子又は置換基を表し、RE1~RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(F)中、XF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RF1~RF10、RFa及びRFbは水素原子又は置換基を表し、RF1~RF10、RFa及びRFbのうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基である。p及びqは0~2の整数を表す。
 一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又は窒素原子を表し、AG2はCRG8又は窒素原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表し、RG1~RG8は水素原子又は置換基を表し、RG1~RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(H)中、XH1~XH4はNRH7、酸素原子又は硫黄原子を表し、RH7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RH1~RH6は水素原子又は置換基を表し、RH1~RH6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(J)中、XJ1及びXJ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRJ9を表す。XJ3及びXJ4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RJ1~RJ9は水素原子又は置換基を表し、RJ1~RJ9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RK1~RK9は水素原子又は置換基を表し、RK1~RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。RL1~RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1~RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(M)中、XM1及びXM2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRM9を表す。RM1~RM9は水素原子又は置換基を表し、RM1~RM9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。RN1~RN13は水素原子又は置換基を表し、RN1~RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。RP1~RP13は水素原子又は置換基を表し、RP1~RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(Q)中、XQ1及びXQ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRQ13を表す。RQ1~RQ13は水素原子又は置換基を表し、RQ1~RQ13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。RR1~RR9は水素原子又は置換基を表し、RR1~RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(S)中、XS1、XS2、XS3及びXS4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRS7を表す。RS1~RS7は水素原子又は置換基を表し、RS1~RS7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(T)中、XT1、XT2、XT3及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。RT1~RT7は水素原子又は置換基を表し、RT1~RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(W):  -L-R
 一般式(W)中、Lは下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基又は2以上の下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した2価の連結基を表す。
 Rは置換又は無置換のアルキル基、シアノ基、ビニル基、エチニル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 一般式(L-1)~(L-25)中、波線部分は上記一般式(C)~(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置を表す。*はRとの連結位置または一般式(L-1)~(L-25)の波線部分との結合位置を表す。
 一般式(L-13)におけるmは4を表し、一般式(L-14)及び(L-15)におけるmは3を表し、一般式(L-16)~(L-20)におけるmは2を表し、(L-22)におけるmは6を表す。
 一般式(L-1)、(L-2)、(L-6)及び(L-13)~(L19)及び(L-21)~(L-24)におけるRLZはそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。
 Rは水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。
〔9〕
 有機半導体が、一般式(C)、(F)、(J)及び(L)のいずれかで表される、〔8〕に記載の薄膜トランジスタ。
 本明細書において、特定の符号で表示された置換基や連結基等(以下、置換基等という)が複数あるとき、あるいは複数の置換基等を同時もしくは択一的に規定するときには、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよいことを意味する。このことは、置換基等の数の規定についても同様である。また、式中に同一の表示で表された複数の部分構造の繰り返しがある場合は、各部分構造ないし繰り返し単位は同一でも異なっていてもよい。また、特に断らない限り、複数の置換基等が近接(特に隣接)するときにはそれらが互いに連結したり縮環したりして環を形成していてもよい意味である。
 本明細書において化合物(ポリマーを含む)の表示については、当該化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、目的の効果を奏する範囲で、構造の一部を変化させたものを含む意味である。
 本明細書において置換・無置換を明記していない置換基(連結基についても同様)については、目的の効果を損なわない範囲で、その基にさらに置換基を有していてもよい意味である。これは置換・無置換を明記していない化合物についても同義である。
 本明細書において「ppm」は質量基準である。
 なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
 本発明の薄膜トランジスタは、優れたキャリア移動度を示し、且つ、電流増幅率も高められているため、スイッチング動作をより速く、より確実に行うことができ、しかも閾値電圧が低く、消費電力も抑えられる。
 本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
本発明の薄膜トランジスタの好ましい形態を模式的に示す図である。
 以下、本発明について詳細に説明する。
[薄膜トランジスタ]
 本発明の薄膜トランジスタ(以下、単に「本発明のTFT」という。)の形態を以下に説明する。
 本発明のTFTは、基板上に、ゲート電極と、半導体層と、上記ゲート電極と上記半導体層との間に設けられたゲート絶縁層と、上記半導体層に接して設けられ、上記半導体を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する。ゲート電極に電圧が印加されると、ソース電極-ドレイン電極間の半導体層と隣接する層との界面に電流の流路(チャネル)が形成される。すなわち、ゲート電極に印加される入力電圧に応じて、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流が制御される。
 本発明のTFTの好ましい形態を図面に基づいて説明する。各図面に示されるTFTは、本発明の理解を容易にするための模式図であり、各部材のサイズないし相対的な大小関係等は説明の便宜上大小を変えている場合があり、実際の関係をそのまま示すものではない。また、本発明で規定する事項以外はこれらの図面に示された外形、形状に限定されるものでもない。例えば、図1(A)及び(B)において、ゲート電極は必ずしも基板のすべてを覆っている必要はなく、基板の中央部分に設けられた形態も、本発明のTFTの形態として好ましい。
 図1(A)~(D)は、各々、本発明のTFTの代表的な好ましい形態を模式的に表わす縦断面図である。図1(A)~(D)において、1は半導体層、2はゲート絶縁層、3はソース電極、4はドレイン電極、5はゲート電極、6は基板を示す。
 また、図1(A)は、ボトムゲート・ボトムコンタクト型、図1(B)は、ボトムゲート・トップコンタクト型、図1(C)はトップゲート・ボトムコンタクト型、図1(D)はトップゲート・トップコンタクト型のTFTを示している。本発明のTFTには上記4つの形態のすべてが包含される。図示を省略するが、各TFTの図面最上部(基板6に対して反対側)には、オーバーコート層が形成されている場合もある。
[基板]
 基板は、TFT及びその上に作製される表示パネル等を支持できるものであればよい。基板は、表面に絶縁性があり、シート状で、表面が平坦であれば特に限定されない。
 基板の材料として、無機材料を用いてもよい。無機材料からなる基板として、例えば、ソーダライムガラス、石英ガラス等の各種ガラス基板や、表面に絶縁膜が形成された各種ガラス基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、表面に絶縁膜が形成されたシリコン基板、サファイヤ基板、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル等の各種合金や各種金属からなる金属基板、金属箔、紙等を挙げることができる。
 基板がステンレスシート、アルミ箔、銅箔又はシリコンウェハ等の導電性あるいは半導体性の材料で形成されている場合、通常は、表面に絶縁性の高分子材料あるいは金属酸化物等を塗布又は積層して用いられる。
 また、基板の材料として、有機材料を用いてもよい。例えば、ポリメチルメタクリレート(ポリメタクリル酸メチル、PMMA)やポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリシクロオレフィンに例示される有機ポリマーから構成された可撓性を有するプラスチック基板(プラスチックフィルム、プラスチックシートともいう)を挙げることができる。また雲母で形成したものも挙げることができる。
 このような可撓性を有するプラスチック基板等を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器へのTFTの組込みあるいは一体化が可能となる。
 基板を形成する有機材料は、他の層の積層時や加熱時に軟化し難いことから、ガラス転移点が高いことが好ましく、ガラス転移点が40℃以上であるのが好ましい。また、製造時の熱処理により寸法変化を起こし難く、トランジスタ性能の安定性に優れる点から、線膨張係数が小さいことが好ましい。例えば、線膨張係数が25×10-5cm/cm・℃以下である材料が好ましく、10×10-5cm/cm・℃以下である材料がさらに好ましい。
 また、基板を構成する有機材料は、TFT作製時に用いる溶媒に対する耐性を有する材料が好ましく、また、ゲート絶縁層及び電極との密着性に優れる材料が好ましい。
 さらに、ガスバリア性の高い有機ポリマーからなるプラスチック基板を用いることも好ましい。
 基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けたり、無機材料を蒸着又は積層したりすることも好ましい。
 基板として、上記の他に、導電性基板(金やアルミニウム等の金属からなる基板、高配向性グラファイトからなる基板、ステンレス鋼製基板等)も挙げることができる。
 基板には、密着性や平坦性を改善するためのバッファー層、ガスバリア性を向上させるためのバリア膜等の機能性膜、また表面に易接着層等の表面処理層を形成してもよいし、コロナ処理、プラズマ処理、UV/オゾン処理等の表面処理を施してもよい。
 基板の厚みは、10mm以下であるのが好ましく、2mm以下であるのがさらに好ましく、1mm以下であるのが特に好ましい。また、一方で、0.01mm以上であるのが好ましく、0.05mm以上であるのがさらに好ましい。特に、プラスチック基板の場合は、厚みが0.05~0.1mm程度であるのが好ましい。また、無機材料からなる基板の場合は、厚みが0.1~10mm程度であるのが好ましい。
[ゲート電極]
 ゲート電極は、TFTのゲート電極として用いられている従来公知の電極を用いることができる。ゲート電極を構成する導電性材料(電極材料ともいう)としては、特に限定されない。例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、モリブデン、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム、パラジウム、鉄、マンガン等の金属;InO、SnO、インジウム・錫酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等の導電性金属酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)等の導電性高分子;塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF、AsF、FeCl等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等のドーパントを添加した上記導電性高分子、並びに、カーボンブラック、グラファイト粉、金属微粒子等を分散した導電性の複合材料等が挙げられる。これらの材料は、1種のみを用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
 また、ゲート電極は、上記導電性材料からなる1層でもよく、2層以上を積層してもよい。
 ゲート電極の形成方法に制限は無い。例えば、真空蒸着法等の物理蒸着法(PVD)、化学蒸着法(CVD法)、スパッタ法、印刷法(塗布法)、転写法、ゾルゲル法、メッキ法等により形成された膜を、必要に応じて所望の形状にパターンニングする方法が挙げられる。
 塗布法では、上記材料の溶液、ペースト又は分散液を調製、塗布し、乾燥、焼成、光硬化又はエージング等により、膜を形成し、又は直接電極を形成できる。
 また、インクジェット印刷、スクリーン印刷、(反転)オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、熱転写印刷、マイクロコンタクトプリンティング法等は、所望のパターニングが可能であり、工程の簡素化、コスト低減、高速化の点で好ましい。
 スピンコート法、ダイコート法、マイクログラビアコート法、ディップコート法を採用する場合も、下記フォトリソグラフィー法等と組み合わせてパターニングすることができる。
 フォトリソグラフィー法としては、例えば、フォトレジストのパターニングと、エッチング液によるウェットエッチングや反応性のプラズマによるドライエッチング等のエッチングやリフトオフ法等とを組み合わせる方法等が挙げられる。
 他のパターニング方法として、上記材料に、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して、研磨し、又は材料の導電性を変化させる方法も挙げられる。
 さらに、基板以外の支持体に印刷したゲート電極用組成物を基板等の下地層の上に転写させる方法も挙げられる。
 ゲート電極の厚みは、任意であるが、1nm以上が好ましく、10nm以上が特に好ましい。また、500nm以下が好ましく、200nm以下が特に好ましい。
[ゲート絶縁層]
 本発明のTFTにおいて、ゲート絶縁層は絶縁性の有機高分子化合物を含有する。ゲート絶縁層は好ましくは絶縁性の有機高分子化合物で形成される。本発明においてゲート絶縁層を構成する有機高分子化合物はアミド結合及びイミド結合を有さない。ゲート絶縁層は、上記有機高分子化合物を含有する層であれば特に限定されず、単層であってもよいし、多層であってもよい。
 本発明のTFTを構成するゲート絶縁層は、その含水率が0.01~1000ppmである。本発明のTFTにおいて、ゲート絶縁層に含まれる有機高分子化合物はアミド結合及びイミド結合のいずれも有さない。すなわち、ゲート絶縁層の含水率を特定の範囲に低く抑えることでリークパスが形成されにくく、さらに、ゲート絶縁層に含まれる有機高分子化合物がアミド結合やイミド結合といった極性の高い構造(親水性の高い構造)を有さないので、ゲート絶縁層と水との相互作用も生じにくい。そのため、本発明のTFTはゲート絶縁層の優れた絶縁性に伴い高い電流増幅率を示す。しかも、意外なことに、この電流増幅率は、ゲート絶縁層が本発明で規定する特定量の水分を含有することでさらに高められる。さらに、本発明のTFTは閾値電圧が低い。通常、ゲート絶縁層の絶縁性とTFTの閾値電圧とは正に相関する。すなわち、ゲート絶縁層の絶縁性が高いと閾値電圧も高くなる。しかし、本発明のTFTは、ゲート絶縁層が本発明で規定する特定量の水分を含有することで、ゲート絶縁層の高い絶縁性を維持しながら閾値電圧は低く抑えられる。すなわち、本発明により、少ない消費電力でより確実にスイッチング動作を行うことができるTFTが提供される。さらに本発明のTFTは、ゲート絶縁層に本発明で規定する特定量の水分を含有することでキャリア移動度も良化する。本発明のTFTのゲート絶縁層は、その含水率が0.05~100ppmであることが好ましく、より好ましくは含水率が0.05~50ppm、さらに好ましくは含水率が0.05~20ppm、さらに好ましくは0.05~10ppmである。ゲート絶縁層の含水率は、例えば、TFTの製造においてゲート絶縁層を形成後、乾燥処理等に付することで調整することができる。
 本発明のTFTのゲート絶縁層に用いる有機高分子化合物の好ましい例として、例えば、ポリビニルフェノール、ノボラック樹脂、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、エポキシ樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリシクロオレフィン、ポリシルセスキオキサン、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリエステル、ポリエーテルスルホン、及びポリエーテルケトンから選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。
 上記ポリ(メタ)アクリレートとしては、ポリアルキルメタクリレートが好ましく、ポリメチルメタクリレートがより好ましい。上記フッ素樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、CYTOPに代表される環状フルオロアルキルポリマーを挙げることができる。上記ポリシロキサンとしては、ジアルキルポリシロキサンが好ましく、ポリジメチルシロキサンがより好ましい。
 本発明のTFTのゲート絶縁層に用いる有機高分子化合物は、より好ましくはポリビニルフェノール、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、フッ素樹脂、ポリシクロオレフィン、ポリシルセスキオキサン、及びポリシロキサンから選ばれる1種又は2種以上であり、さらに好ましくはポリビニルフェノール、ポリシルセスキオキサン及びフッ素樹脂から選ばれる1種又は2種以上である。
 上記例示の有機高分子化合物は、上記例示の有機高分子化合物(ポリマー)の構成成分を構成単位とする共重合体の形態であってもよい。また、上記例示の有機高分子化合物には、所望の置換基を有している形態も含まれる。上記有機高分子化合物は、アルコキシシリル基やビニル基、アクリロイルオキシ基、エポキシ基、メチロール基等の反応性置換基を有する化合物と併用することもできる。
 また、有機高分子化合物を用いてゲート絶縁層を形成する場合、ゲート絶縁層の耐溶剤性や絶縁耐性を増す目的等で、有機高分子化合物を架橋し、硬化させることも好ましい。すなわち、ゲート絶縁層に含まれる上記例示の有機高分子化合物には、架橋構造を有する形態も含まれる。架橋は、光、熱又はこれら双方を用いて、酸又はラジカルを発生させることにより行うのが好ましい。
 ラジカルを発生させて高分子化合物に架橋構造を導入する場合、光又は熱によりラジカルを発生させるラジカル発生剤として、例えば、特開2013-214649号公報の[0182]~[0186]に記載の熱重合開始剤(H1)及び光重合開始剤(H2)、特開2011-186069号公報の[0046]~[0051]に記載の光ラジカル発生剤、特開2010-285518号公報の[0042]~[0056]に記載の光ラジカル重合開始剤等を好適に用いることができ、好ましくはこれらの内容は本願明細書に組み込まれる。
 また、ラジカルを発生させて高分子化合物に架橋構造を導入する場合、特開2013-214649号公報の[0167]~[0177]に記載の「数平均分子量(Mn)が140~5,000であり、架橋性官能基を有し、フッ素原子を有さない化合物(G)」を用いるのが好ましく、これらの内容は好ましくは本願明細書に組み込まれる。
 酸を発生させて高分子化合物に架橋構造を導入する場合、光により酸を発生させる光酸発生剤として、例えば、特開2010-285518号公報の[0033]~[0034]に記載の光カチオン重合開始剤、特開2012-163946号公報の[0120]~[0136]に記載の酸発生剤、特にスルホニウム塩、ヨードニウム塩等を好ましく使用することができ、好ましくはこれらの内容は本願明細書に組み込まれる。また、熱により酸を発生させる熱酸発生剤(触媒)として、例えば、特開2010-285518号公報の[0035]~[0038]に記載の熱カチオン重合開始剤、特にオニウム塩等や、特開2005-354012号公報の[0034]~[0035]に記載の触媒、特にスルホン酸類及びスルホン酸アミン塩等を好ましく使用することができ、好ましくはこれらの内容は本願明細書に組み込まれる。
 また、酸を発生させて高分子化合物に架橋構造を導入する場合、特開2005-354012号公報の[0032]~[0033]に記載の架橋剤、特に二官能以上のエポキシ化合物、オキセタン化合物、特開2006-303465号公報の[0046]~[0062]に記載の架橋剤、特に2個以上の架橋基を有し、該架橋基の少なくとも一つがメチロール基もしくはNH基であることを特徴とする化合物、及び、特開2012-163946号公報の[0137]~[0145]に記載の、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を分子内に2個以上有する化合物を用いるのが好ましく、これらの内容は好ましくは本願明細書に組み込まれる。
 ゲート絶縁層を有機高分子で形成する方法としては、例えば、有機高分子を塗工、硬化する方法が挙げられる。塗工方法は、特に限定されず、上記の各印刷法が挙げられる。なかでも、マイクログラビアコート法、ディップコート法、スクリーンコート印刷、ダイコート法又はスピンコート法等のウエットコーティング法が好ましい。
 ゲート絶縁層は、上記の方法以外にも、リフトオフ法、ゾル-ゲル法、電着法及びシャドウマスク法のいずれかと、必要に応じてパターニング法とを組合せた方法により、設けることもできる。
 ゲート絶縁層は、コロナ処理、プラズマ処理、UV/オゾン処理等の表面処理を施してもよいが、この場合、処理による表面粗さを粗くしないのが好ましい。好ましくは、ゲート絶縁層表面の算術平均粗さRa又は二乗平均粗さRMSは0.5nm以下である。
 本発明のTFTにおいて、ゲート絶縁層は、上記有機高分子化合物を含む絶縁層の1層又は2層以上からから形成されていても良いし、上記有機高分子化合物を含む絶縁層の1層又は2層以上と、無機絶縁層の1層又は2層以上とを積層した構造であってもよい。
 上記無機絶縁層の材料に特に制限はないが、無機酸化物から形成されることが好ましい。無機酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素(SiN)、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化ニッケル等の酸化物、また、SrTiO、CaTiO、BaTiO、MgTiO、SrNbのようなペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物又は混合物等が挙げられる。ここで、酸化ケイ素としては、酸化シリコン(SiO)の他に、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、低誘電率SiO系材料(例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機SOG)を含む。
 ゲート絶縁層を無機酸化物で形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング又はCVD法等の真空成膜法を用いることができ、また成膜中に任意のガスを用いたプラズマやイオン銃、ラジカル銃等でアシストを行ってもよい。
 また、それぞれの金属酸化物に対応する前駆体、具体的には塩化物、臭化物等の金属ハロゲン化物や金属アルコキシド、金属水酸化物等を、アルコールや水中で塩酸、硫酸、硝酸等の酸や水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基と反応させて加水分解することにより、形成してもよい。このような溶液系のプロセスを用いる場合、上記ウエットコーティング法を用いることができる。
[自己組織化単分子膜層(SAM)]
 ゲート絶縁層上には、自己組織化単分子膜層を形成することもできる。
 自己組織化単分子膜層を形成する化合物としては、自己組織化する化合物であれば特に限定されず、例えば、自己組織化する化合物として、下記式1Sで表される一種類以上の化合物を用いることができる。
  式1S:R1S-X
 式1S中、R1Sは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、又は、ヘテロ環基(チエニル、ピロリル、ピリジル、フルオレニル等)のいずれかを表す。
 Xは吸着性又は反応性置換基を表し、具体的には、-SiX基(Xは、ハライド基又はアルコキシ基を表し、X、Xはそれぞれ独立にハライド基、アルコキシ基、アルキル基、アリール基を表す。X、X、Xはそれぞれ同じであることが好ましく、クロロ基、メトキシ基、エトキシ基であることがより好ましい)、ホスホン酸基(-PO)、ホスフィン酸基(-PROH、Rはアルキル基)、リン酸基、亜リン酸基、アミノ基、ハライド基、カルボキシ基、スルホン酸基、ホウ酸基(-B(OH))、ヒドロキシ基、チオール基、エチニル基、ビニル基、ニトロ基又はシアノ基のいずれかを表す。
 R1Sは、好ましくは分岐しておらず、例えば、直鎖状のノルマルアルキル(n-アルキル)基や、フェニル基が三個直列に配置されたter-フェニル基や、フェニル基のパラ位の両側にn-アルキル基が配置されたような構造が好ましい。また、アルキル鎖の中にエーテル結合を有していてもよく、炭素-炭素の二重結合や三重結合を有していてもよい。
 自己組織化単分子膜層は、吸着性又は反応性置換基Xが、対応するゲート絶縁層表面の反応性部位(例えば-OH基)と相互作用、吸着又は反応し結合を形成することにより、ゲート絶縁層上に形成される。分子がより緻密に充填されることにより、自己組織化単分子膜層の表面は、より平滑で表面エネルギーの低い表面を与えることから、上記式1Sで表される化合物は、主骨格が直線状であり、分子長が揃っていることが好ましい。
 式1Sで表される化合物の特に好ましい例として具体的には、例えば、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ブチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、デシルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、フェネチルトリクロロシラン、等のアルキルトリクロロシラン化合物、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン化合物、アルキルホスホン酸、アリールホスホン酸、アルキルカルボン酸、アリールホスホン酸、アルキルホウ酸基、アリールホウ酸基、アルキルチオール基、アリールチオール基等が挙げられる。
 自己組織化単分子膜層は、上記化合物を真空下でゲート絶縁層に蒸着する方法、上記化合物の溶液中にゲート絶縁層を浸漬する方法、Langmuir-Blodgett法等を用いて、形成することができる。また、例えば、アルキルクロロシラン化合物又はアルキルアルコキシシラン化合物を有機溶媒中に1~10質量%溶解した溶液でゲート絶縁層を処理することにより形成できる。本発明において、自己組織化単分子膜層を形成する方法はこれらに限るものではない。
 例えば、より緻密な自己組織化単分子膜層を得る好ましい方法として、Langmuir 19, 1159 (2003)及びJ. Phys. Chem. B 110, 21101 (2006)等に記載の方法が挙げられる。
 具体的には、上記化合物を分散させた揮発性の高い乾燥溶媒中にゲート絶縁層を浸漬させて膜を形成し、ゲート絶縁層を取り出し、必要に応じてアニール等の上記化合物とゲート絶縁層の反応工程を行なった後、乾燥溶媒で洗い流してから、乾燥させて自己組織化単分子膜層を形成できる。
 乾燥溶媒としては、特に限定されないが、例えば、クロロホルム、トリクロロエチレン、アニソール、ジエチルエーテル、ヘキサン、トルエン等を単独又は混合して用いることかできる。
 さらに、乾燥雰囲気中又は乾燥気体の噴きつけによって、膜を乾燥させることが好ましい。乾燥気体には窒素等の不活性気体を用いるのが好ましい。このような自己組織化単分子膜層の製造方法を用いることにより、緻密で凝集や欠損のない自己組織化単分子膜層が形成されることから、自己組織化単分子膜層の表面粗さを0.3nm以下に抑えることができる。
[半導体層]
<有機半導体層>
 有機半導体層は、半導体性を示し、キャリアを蓄積可能な層である。
 有機半導体層は、有機半導体を含有する層であればよい。
 有機半導体としては、特に限定されず、有機ポリマー及びその誘導体、低分子化合物等が挙げられる。
 本発明において、低分子化合物は、有機ポリマー及びその誘導体以外の化合物を意味する。すなわち、繰り返し単位を有さない化合物をいう。低分子化合物は、このような化合物である限り、分子量は特に限定されるものではない。低分子化合物の分子量は、好ましくは300~2000であり、さらに好ましくは400~1000である。
 低分子化合物としては、縮合多環芳香族化合物が挙げられる。例えば、ナフタセン、ペンタセン(2,3,6,7-ジベンゾアントラセン)、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン等のアセン、アントラジチオフェン、ピレン、ベンゾピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセン、及び、これらの炭素原子の一部をN、S、O等の原子で置換した誘導体又は上記炭素原子に結合している少なくとも1つの水素原子をカルボニル基等の官能基で置換した誘導体(ペリキサンテノキサンテン及びその誘導体を含むジオキサアンタントレン系化合物、トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン-6,15-キノン等)、並びに、上記水素原子を他の官能基で置換した誘導体を挙げることができる。
 また、銅フタロシアニンで代表される金属フタロシアニン、テトラチアペンタレン及びその誘導体、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸ジイミド、N,N’-ビス(4-トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸ジイミド、N,N’-ビス(1H,1H-ペルフルオロオクチル)、N,N’-ビス(1H,1H-ペルフルオロブチル)、N,N’-ジオクチルナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸ジイミド等のナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、アントラセン-2,3,6,7-テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド、C60、C70、C76、C78、C84等のフラーレン及びこれらの誘導体、SWNT等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素、ヘミシアニン色素等の色素とこれらの誘導体等を挙げることもできる。
 さらに、ポリアントラセン、トリフェニレン、キナクリドンを挙げることができる。
 また、低分子化合物としては、例えば、4,4’-ビフェニルジチオール(BPDT)、4,4’-ジイソシアノビフェニル、4,4’-ジイソシアノ-p-テルフェニル、2,5-ビス(5’-チオアセチル-2’-チオフェニル)チオフェン、2,5-ビス(5’-チオアセトキシル-2’-チオフェニル)チオフェン、4,4’-ジイソシアノフェニル、ベンジジン(ビフェニル-4,4’-ジアミン)、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)、テトラチアフルバレン(TTF)及びその誘導体、テトラチアフルバレン(TTF)-TCNQ錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)-過塩素酸錯体、BEDTTTF-ヨウ素錯体、TCNQ-ヨウ素錯体に代表される電荷移動錯体、ビフェニル-4,4’-ジカルボン酸、1,4-ジ(4-チオフェニルアセチリニル)-2-エチルベンゼン、1,4-ジ(4-イソシアノフェニルアセチリニル)-2-エチルベンゼン、1,4-ジ(4-チオフェニルエチニル)-2-エチルベンゼン、2,2”-ジヒドロキシ-1,1’:4’,1”-テルフェニル、4,4’-ビフェニルジエタナール、4,4’-ビフェニルジオール、4,4’-ビフェニルジイソシアネート、1,4-ジアセチニルベンゼン、ジエチルビフェニル-4,4’-ジカルボキシレート、ベンゾ[1,2-c;3,4-c’;5,6-c”]トリス[1,2]ジチオール-1,4,7-トリチオン、α-セキシチオフェン、テトラチアテトラセン、テトラセレノテトラセン、テトラテルルテトラセン、ポリ(3-アルキルチオフェン)、ポリ(3-チオフェン-β-エタンスルホン酸)、ポリ(N-アルキルピロール)ポリ(3-アルキルピロール)、ポリ(3,4-ジアルキルピロール)、ポリ(2,2’-チエニルピロール)、ポリ(ジベンゾチオフェンスルフィド)を例示することができる。
 有機半導体は低分子化合物が好ましく、なかでも、縮合多環芳香族化合物が好ましい。縮合多環芳香族化合物はキャリア移動度及び耐久性の向上効果が高く、さらには優れた閾値電圧の低減効果をも示す。
 縮合多環芳香族化合物は、式(A1)~(A4)のいずれかで表されるアセン、及び、下記一般式(C)~(T)のいずれかで表される化合物が好ましく、下記一般式(C)~(T)のいずれかで表される化合物がより好ましい。
 縮合多環芳香族化合物として好ましいアセンは、下記式(A1)又は(A2)で表されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 式中、RA1~RA6、XA1及びXA2は、水素原子又は置換基を表す。
 ZA1及びZA2は、S、O、Se又はTeを表す。
 nA1及びnA2は0~3の整数を表す。ただし、nA1及びnA2が同時に0になることはない。
 RA1~RA6、XA1及びXA2で各々表される置換基としては、特に限定されないが、アルキル基(例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、tert-ブチル、ペンチル、tert-ペンチル、ヘキシル、オクチル、tert-オクチル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル等)、アルケニル基(例えば、ビニル、アリル、1-プロペニル、2-ブテニル、1,3-ブタジエニル、2-ペンテニル、イソプロペニル等)、アルキニル基(例えば、エチニル、プロパルギル等)、芳香族炭化水素基(芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル、p-クロロフェニル、メシチル、トリル、キシリル、ナフチル、アントリル、アズレニル、アセナフテニル、フルオレニル、フェナントリル、インデニル、ピレニル、ビフェニリル等)、芳香族複素環基(ヘテロアリール基ともいい、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4-トリアゾール-1-イル基、1,2,3-トリアゾール-1-イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(ヘテロアリール環基等ともいい、例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ、ドデシルオキシ等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ、ナフチルオキシ等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ペンチルチオ、ヘキシルチオ、オクチルチオ、ドデシルチオ等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ、シクロヘキシルチオ等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ、ナフチルチオ等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル、エチルオキシカルボニル、ブチルオキシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル、ナフチルオキシカルボニル等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル、メチルアミノスルホニル、ジメチルアミノスルホニル、ブチルアミノスルホニル、ヘキシルアミノスルホニル、シクロヘキシルアミノスルホニル、オクチルアミノスルホニル、ドデシルアミノスルホニル、フェニルアミノスルホニル、ナフチルアミノスルホニル、2-ピリジルアミノスルホニル等)、アシル基(例えば、アセチル、エチルカルボニル、プロピルカルボニル、ペンチルカルボニル、シクロヘキシルカルボニル、オクチルカルボニル、2-エチルヘキシルカルボニル、ドデシルカルボニル、フェニルカルボニル、ナフチルカルボニル、ピリジルカルボニル等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ、エチルカルボニルオキシ、ブチルカルボニルオキシ、オクチルカルボニルオキシ、ドデシルカルボニルオキシ、フェニルカルボニルオキシ等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ、エチルカルボニルアミノ、ジメチルカルボニルアミノ、プロピルカルボニルアミノ、ペンチルカルボニルアミノ、シクロヘキシルカルボニルアミノ、2-エチルヘキシルカルボニルアミノ、オクチルカルボニルアミノ、ドデシルカルボニルアミノ、フェニルカルボニルアミノ、ナフチルカルボニルアミノ等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル、メチルアミノカルボニル、ジメチルアミノカルボニル、プロピルアミノカルボニル、ペンチルアミノカルボニル、シクロヘキシルアミノカルボニル、オクチルアミノカルボニル、2-エチルヘキシルアミノカルボニル、ドデシルアミノカルボニル、フェニルアミノカルボニル、ナフチルアミノカルボニル、2-ピリジルアミノカルボニル等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド、エチルウレイド、ペンチルウレイド、シクロヘキシルウレイド、オクチルウレイド、ドデシルウレイド、フェニルウレイド、ナフチルウレイド、2-ピリジルアミノウレイド等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、ブチルスルフィニル、シクロヘキシルスルフィニル、2-エチルヘキシルスルフィニル、ドデシルスルフィニル、フェニルスルフィニル、ナフチルスルフィニル、2-ピリジルスルフィニル等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、ブチルスルホニル、シクロヘキシルスルホニル、2-エチルヘキシルスルホニル、ドデシルスルホニル等)、アリールスルホニル基(フェニルスルホニル、ナフチルスルホニル、2-ピリジルスルホニル等)、アミノ基(例えば、アミノ、エチルアミノ、ジメチルアミノ、ブチルアミノ、シクロペンチルアミノ、2-エチルヘキシルアミノ、ドデシルアミノ、アニリノ、ナフチルアミノ、2-ピリジルアミノ等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、ペンタフルオロフェニル等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル、トリイソプロピルシリル、トリフェニルシリル、フェニルジエチルシリル等)、下記一般式(SG1)で表される基(ただし、XはGe又はSn)等が挙げられる。
 これらの置換基は、さらに置換基を複数有していてもよい。複数有していてもよい置換基としては、上記、RA1~RA6で表される置換基が挙げられる。
 上記アセンのなかでも、下記式(A3)又は(A4)で表されるものがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 式中、RA7、RA8、XA1及びXA2は、水素原子又は置換基を表す。RA7、RA8、XA1及びXA2は同じであっても異なっていてもよい。RA7及びRA8で表される置換基は式(A1)及び(A2)のRA1~RA6として採用しうる置換基として上記で列挙したものが好ましい。
 ZA1及びZA2は、S、O、Se又はTeを表す。
 nA1及びnA2は0~3の整数を表す。ただし、nA1とnA2が同時に0になることはない。
 式(A3)又は(A4)において、RA7及びRA8は、下記式(SG1)で表されるものが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 式中、RA9~RA11は置換基を表す。XはSi、Ge又はSnを表す。RA9~RA11で表される置換基は、式(A1)及び(A2)のRA1~RA6として採用しうる置換基として上記で列挙したものであることが好ましい。
 以下に、式(A1)~(A4)で表されるアセン又はアセン誘導体の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 縮合多環芳香族化合物としては、さらに、下記一般式(C)~(T)で表される化合物も好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 一般式(C)中、AC1、AC2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。好ましくはAC1、AC2共に酸素原子、硫黄原子を表し、より好ましくは硫黄原子を表す。RC1~RC6は水素原子又は置換基を表す。RC1~RC6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又はN原子を表し、AD2はCRD8又はN原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1~RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1~RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1~RE8は水素原子又は置換基を表す。RE1~RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(F)中、XF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。好ましくはXF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子を表し、より好ましくは、硫黄原子を表す。RF1~RF10、RFa及びRFbは水素原子又は置換基を表す。RF1~RF10、RFa及びRFbのうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基である。p及びqは0~2の整数を表す。
 一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又はN原子を表す。AG2はCRG8又はN原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RG1~RG8は水素原子又は置換基を表す。RG1~RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(H)中、XH1~XH4は、NRH7、酸素原子又は硫黄原子を表す。XH1~XH4は、好ましくは硫黄原子を表す。RH7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RH1~RH6は水素原子又は置換基を表す。RH1~RH6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(J)中、XJ1及びXJ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRJ9を表す。XJ3及びXJ4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。XJ1、XJ2、XJ3及びXJ4は好ましくは硫黄原子を表す。RJ1~RJ9は水素原子又は置換基を表す。RJ1~RJ9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。XK1、XK2、XK3及びXK4は好ましくは硫黄原子を表す。RK1~RK9は水素原子又は置換基を表す。RK1~RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。XL1及びXL2は好ましくは酸素原子又は硫黄原子を表す。RL1~RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1~RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(M)中、XM1及びXM2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRM9を表す。XM1及びXM2は好ましくは硫黄原子を表す。RM1~RM9は水素原子又は置換基を表す。RM1~RM9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。XN1及びXN2は好ましくは硫黄原子を表す。RN1~RN13は水素原子又は置換基を表す。RN1~RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。XP1及びXP2は好ましくは硫黄原子を表す。RP1~RP13は水素原子又は置換基を表す。RP1~RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(Q)中、XQ1及びXQ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRQ13を表す。XQ1及びXQ2は好ましくは硫黄原子を表す。RQ1~RQ13は水素原子又は置換基を表す。RQ1~RQ13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。XR1、XR2及びXR3は好ましくは硫黄原子を表す。RR1~RR9は水素原子又は置換基を表す。RR1~RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(S)中、XS1、XS2、XS3及びXS4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRS7を表す。XS1、XS2、XS3及びXS4は好ましくは硫黄原子を表す。RS1~RS7は水素原子又は置換基を表す。RS1~RS7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 一般式(T)中、XT1、XT2、XT3、及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。XT1、XT2、XT3及びXT4は好ましくは硫黄原子を表す。RT1~RT7は水素原子又は置換基を表す。RT1~RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
 以下に、上記一般式(C)~(T)において、水素原子又は置換基を表す、RC1~RC6、RD1~RD8、RE1~RE8、RF1~RF10、RFa及びRFb、RG1~RG8、RH1~RH6、RJ1~RJ9、RK1~RK9、RL1~RL11、RM1~RM9、RN1~RN13、RP1~RP13、RQ1~RQ13、RR1~RR9、RS1~RS7及びRT1~RT7(以下、置換基R~Rという)について、説明する。
 置換基R~Rが、とりうる置換基として、ハロゲン原子、アルキル基(メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル等の炭素数1~40のアルキル基、ただし、2,6-ジメチルオクチル、2-デシルテトラデシル、2-ヘキシルドデシル、2-エチルオクチル、2-デシルテトラデシル、2-ブチルデシル、1-オクチルノニル、2-エチルオクチル、2-オクチルテトラデシル、2-エチルヘキシル、シクロアルキル、ビシクロアルキル、トリシクロアルキル等を含む)、アルケニル基(1-ペンテニル、シクロアルケニル、ビシクロアルケニル等を含む)、アルキニル基(1-ペンチニル、トリメチルシリルエチニル、トリエチルシリルエチニル、トリ-i-プロピルシリルエチニル、2-p-プロピルフェニルエチニル等を含む)、アリール基(フェニル、ナフチル、p-ペンチルフェニル、3,4-ジペンチルフェニル、p-ヘプトキシフェニル、3,4-ジヘプトキシフェニルの炭素数6~20のアリール基等を含む)、複素環基(ヘテロ環基といってもよい。2-ヘキシルフラニル等を含む)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、アシル基(ヘキサノイル、ベンゾイル等を含む。)、アルコキシ基(ブトキシ等を含む)、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基(ウレイド基含む)、アルコキシ及びアリールオキシカルボニルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキル及びアリールチオ基(メチルチオ、オクチルチオ等を含む)、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アルキル及びアリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基(ジトリメチルシロキシメチルブトキシ基等)、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(-B(OH))、ホスファト基(-OPO(OH))、スルファト基(-OSOH)、その他の公知の置換基が挙げられる。
 これら置換基は、さらに上記置換基を有していてもよい。
 これらの中でも、置換基R~Rがとりうる置換基として、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、複素環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、後述の一般式(W)で表される基が好ましく、炭素数1~12のアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数2~12のアルケニル基、炭素数2~12のアルキニル基、炭素数1~11のアルコキシ基、炭素数5~12の複素環基、炭素数1~12のアルキルチオ基、後述の一般式(W)で表される基がより好ましく、後述の一般式(W)で表される基が特に好ましく、後述の一般式(W)で表される基がより特に好ましい。
 上記RD9、RG9及びRH7の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基は、それぞれ、置換基R~Rがとりうる置換基で説明した、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基と同義である。
 また、ヘテロアリール基は、RA1~RA6の置換基で説明したヘテロアリール基と同義である。
 一般式(W):-L-R で表される基について説明する。
 一般式(W)中、Lは下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基又は下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基が2つ以上(好ましくは2~10個、より好ましくは2~6個、さらに好ましくは2又は3個)結合した2価の連結基を表す。Rは置換又は無置換のアルキル基、シアノ基、ビニル基、エチニル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 一般式(L-1)~(L-25)中、波線部分は上記一般式(C)~(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置を表す。なお、本明細書中、Lが一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基が2つ以上結合した2価の連結基を表す場合、波線部分は上記一般式(C)~(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置及び一般式(L-1)~(L-25)で表される2価の連結基のいずれかとの結合位置を表してもよい。
 *はRとの結合位置または一般式(L-1)~(L-25)の波線部分との結合位置を表す。
 一般式(L-13)におけるmは4を表し、一般式(L-14)及び(L-15)におけるmは3を表し、一般式(L-16)~(L-20)におけるmは2を表し、(L-22)におけるmは6を表す。
 一般式(L-1)、(L-2)、(L-6)及び(L-13)~(L-19)及び(L-21)~(L-24)におけるRLZはそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表し、一般式(L-1)及び(L-2)中のRLZはそれぞれLに隣接するRと結合して縮合環を形成してもよい。
 Rは水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。
 この中でも、一般式(L-17)~(L-21)、(L-23)及び(L-24)で表される2価の連結基は、下記一般式(L-17A)~(L-21A)、(L-23A)及び(L-24A)で表される2価の連結基であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 ここで、置換又は無置換のアルキル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基が置換基の末端に存在する場合は、一般式(W)における-R単独と解釈することもでき、一般式(W)における-L-Rと解釈することもできる。
 本発明では、主鎖が炭素数N個の置換又は無置換のアルキル基が置換基の末端に存在する場合は、置換基の末端から可能な限りの連結基を含めた上で一般式(W)における-L-Rと解釈することとし、一般式(W)における-R単独とは解釈しない。具体的には「一般式(W)におけるLに相当する(L-1)1個」と「一般式(W)におけるRに相当する主鎖が炭素数N-1個の置換又は無置換のアルキル基」とが結合した置換基として解釈する。例えば、炭素数8のアルキル基であるn-オクチル基が置換基の末端に存在する場合、2個のRLZが水素原子である(L-1)1個と、炭素数7のn-ヘプチル基とが結合した置換基として解釈する。また、一般式(W)で表される置換基が炭素数8のアルコキシ基である場合、-O-である一般式(L-4)で表される連結基1個と、2個のRLZが水素原子である(L-1)で表される連結基1個と、炭素数7のn-ヘプチル基とが結合した置換基として解釈する。
 一方、本発明では、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基が置換基の末端に存在する場合は、置換基の末端から可能な限りの連結基を含めた上で、一般式(W)におけるR単独と解釈する。例えば、-(OCHCH)-(OCHCH)-(OCHCH)-OCH基が置換基の末端に存在する場合、オキシエチレン単位の繰り返し数vが3のオリゴオキシエチレン基単独の置換基として解釈する。
 Lが一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した連結基を形成する場合、一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基の結合数は2~4であることが好ましく、2又は3であることがより好ましい。
 一般式(L-1)、(L-2)、(L-6)及び(L-13)~(L-24)中の置換基RLZとしては、一般式(C)~(T)の置換基R~Rが採りうる置換基として例示したものを挙げることができる。その中でも一般式(L-6)中の置換基RLZはアルキル基であることが好ましく、(L-6)中のRLZがアルキル基である場合は、該アルキル基の炭素数は1~9であることが好ましく、4~9であることが化学的安定性、キャリア輸送性の観点からより好ましく、5~9であることがさらに好ましい。(L-6)中のRLZがアルキル基である場合は、該アルキル基は直鎖アルキル基であることが、キャリア移動度を高めることができる観点から好ましい。
 Rとしては、置換基R~Rが採りうる置換基として例示したものを挙げることができる。その中でもRとしては水素原子又はメチル基が好ましい。
 Rsiは、アルキル基であることが好ましい。Rsiがとり得るアルキル基としては特に制限はないが、Rsiがとり得るアルキル基の好ましい範囲はRがシリル基である場合に該シリル基がとり得るアルキル基の好ましい範囲と同様である。Rsiがとり得るアルケニル基としては特に制限はないが、置換又は無置換のアルケニル基が好ましく、分枝アルケニル基であることがより好ましく、該アルケニル基の炭素数は2~3であることが好ましい。Rsiがとり得るアルキニル基としては特に制限はないが、置換又は無置換のアルキニル基が好ましく、分枝アルキニル基であることがより好ましく、該アルキニル基の炭素数は2~3であることが好ましい。
 Lは、一般式(L-1)~(L-5)、(L-13)、(L-17)もしくは(L-18)のいずれかで表される2価の連結基、又は一般式(L-1)~(L-5)、(L-13)、(L-17)もしくは(L-18)のいずれかで表される2価の連結基が2以上結合した2価の連結基であることが好ましく、一般式(L-1)、(L-3)、(L-13)もしくは(L-18)のいずれかで表される2価の連結基又は一般式(L-1)、(L-3)、(L-13)もしくは(L-18)で表される2価の連結基が2以上結合した2価の連結基であることがより好ましく、(L-1)、(L-3)、(L-13)もしくは(L-18)で表される2価の連結基、あるいは一般式(L-3)、(L-13)又は(L-18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L-1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基であることが特に好ましい。一般式(L-3)、(L-13)又は(L-18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L-1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基は、一般式(L-1)で表される2価の連結基がR側に結合することが好ましい。
 化学的安定性、キャリア輸送性の観点から一般式(L-1)で表される2価の連結基を含む2価の連結基であることが特に好ましく、一般式(L-1)で表される2価の連結基であることがより特に好ましく、Lが一般式(L-18)及び(L-1)で表される2価の連結基であり、(L-1)を介してRと結合し、Rが置換又は無置換のアルキル基であることがさらにより特に好ましく、Lが一般式(L-18A)及び(L-1)で表される2価の連結基であり、(L-1)を介してRと結合し、Rが置換又は無置換のアルキル基であることがさらにより特に好ましい。
 一般式(W)において、Rは、好ましくは、置換又は無置換のアルキル基である。一般式(W)において、Rに隣接するLが一般式(L-1)で表される2価の連結基である場合は、Rは置換又は無置換のアルキル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数が2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基であることが好ましく、置換又は無置換のアルキル基であることがより好ましい。
 一般式(W)において、Rに隣接するLが一般式(L-2)及び(L-4)~(L-25)で表される2価の連結基である場合は、Rは置換又は無置換のアルキル基であることがより好ましい。
 一般式(W)において、Rに隣接するLが一般式(L-3)で表される2価の連結基である場合は、Rは置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のシリル基であることが好ましい。
 Rが置換又は無置換のアルキル基の場合、炭素数は4~17であることが好ましく、6~14であることが化学的安定性、キャリア輸送性の観点からより好ましく、6~12であることがさらに好ましい。Rが上記の範囲の長鎖アルキル基であること、特に長鎖の直鎖アルキル基であることが、分子の直線性が高まり、キャリア移動度を高めることができる観点から好ましい。
 Rがアルキル基を表す場合、直鎖アルキル基でも、分枝アルキル基でも、環状アルキル基でもよいが、直鎖アルキル基であることが、分子の直線性が高まり、キャリア移動度を高めることができる観点から好ましい。
 これらの中でも、一般式(W)におけるRとLの組み合わせとしては、一般式(C)~(T)のLが一般式(L-1)で表される2価の連結基であり、かつ、Rが直鎖の炭素数4~17のアルキル基であるか;あるいは、Lが一般式(L-3)、(L-13)又は(L-18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L-1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基であり、かつ、Rが直鎖のアルキル基であることが、キャリア移動度を高める観点から好ましい。
 Lが一般式(L-1)で表される2価の連結基であり、かつ、Rが直鎖の炭素数4~17のアルキル基である場合、Rが直鎖の炭素数6~14のアルキル基であることがキャリア移動度を高める観点からより好ましく、直鎖の炭素数6~12のアルキル基であることが特に好ましい。
 Lが一般式(L-3)、(L-13)又は(L-18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L-1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基であり、かつ、Rが直鎖のアルキル基である場合、Rが直鎖の炭素数4~17のアルキル基であることがより好ましく、直鎖の炭素数6~14のアルキル基であることが化学的安定性、キャリア輸送性の観点からより好ましく、直鎖の炭素数6~12のアルキル基であることがキャリア移動度を高める観点から特に好ましい。
 一方、有機溶媒への溶解度を高める観点からは、Rが分枝アルキル基であることが好ましい。
 Rが置換基を有するアルキル基である場合の該置換基としては、ハロゲン原子等を挙げることができ、フッ素原子が好ましい。なお、Rがフッ素原子を有するアルキル基である場合は該アルキル基の水素原子が全てフッ素原子で置換されてパーフルオロアルキル基を形成してもよい。ただし、Rは無置換のアルキル基であることが好ましい。
 Rがエチレンオキシ基又はオリゴエチレンオキシ基の場合、Rが表す「オリゴオキシエチレン基」とは本明細書中、-(OCHCHOYで表される基のことを言う(オキシエチレン単位の繰り返し数vは2以上の整数を表し、末端のYは水素原子又は置換基を表す)。なお、オリゴオキシエチレン基の末端のYが水素原子である場合はヒドロキシ基となる。オキシエチレン単位の繰り返し数vは2~4であることが好ましく、2~3であることがさらに好ましい。オリゴオキシエチレン基の末端のヒドロキシ基は封止されていること、すなわちYが置換基を表すことが好ましい。この場合、ヒドロキシ基は、炭素数が1~3のアルキル基で封止されること、すなわちYが炭素数1~3のアルキル基であることが好ましく、Yがメチル基やエチル基であることがより好ましく、メチル基であることが特に好ましい。
 Rが、シロキサン基又はオリゴシロキサン基の場合、シロキサン単位の繰り返し数は2~4であることが好ましく、2~3であることがさらに好ましい。また、Si原子には、水素原子やアルキル基が結合することが好ましい。Si原子にアルキル基が結合する場合、アルキル基の炭素数は1~3であることが好ましく、例えば、メチル基やエチル基が結合することが好ましい。Si原子には、同一のアルキル基が結合してもよく、異なるアルキル基又は水素原子が結合してもよい。また、オリゴシロキサン基を構成するシロキサン単位はすべて同一であっても異なっていてもよいが、すべて同一であることが好ましい。
 Rに隣接するLが一般式(L-3)で表される2価の連結基である場合、Rが置換又は無置換のシリル基であることも好ましい。Rが置換又は無置換のシリル基である場合はその中でも、Rが置換シリル基であることが好ましい。シリル基の置換基としては特に制限はないが、置換又は無置換のアルキル基が好ましく、分枝アルキル基であることがより好ましい。Rがトリアルキルシリル基の場合、Si原子に結合するアルキル基の炭素数は1~3であることが好ましく、例えば、メチル基やエチル基やイソプロピル基が結合することが好ましい。Si原子には、同一のアルキル基が結合してもよく、異なるアルキル基が結合してもよい。Rがアルキル基上にさらに置換基を有するトリアルキルシリル基である場合の該置換基としては、特に制限はない。
 一般式(W)において、L及びRに含まれる炭素数の合計は5~18であることが好ましい。L及びRに含まれる炭素数の合計が上記範囲の下限値以上であると、キャリア移動度が高くなり、駆動電圧を低くなる。L及びRに含まれる炭素数の合計が上記範囲の上限値以下であると、有機溶媒に対する溶解性が高くなる。
 L及びRに含まれる炭素数の合計は5~14であることが好ましく、6~14であることがより好ましく、6~12であることが特に好ましく、8~12であることがより特に好ましい。
 一般式(C)~(T)で表される各化合物において置換基R~Rのうち、一般式(W)で表される基は1~4個であることが、キャリア移動度を高め、有機溶媒への溶解性を高める観点から好ましく、1又は2個であることがより好ましく、2個であることが特に好ましい。
 置換基R~Rのうち、一般式(W)で表される基の位置に特に制限はない。
 一般式(C)で表される化合物においては、RC1、RC2、RC3、RC6のいずれかが一般式(W)で表される基であることが好ましく、RC1とRC2との両方又はRC3とRC6の両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。
 一般式(D)で表される化合物においては、RD6が一般式(W)で表される基であることが好ましく、RD5とRD6との両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。
 一般式(E)で表される化合物においては、RE6が一般式(W)で表される基であることが好ましく、RE5とRE6との両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。また、RE5及びRE6が一般式(W)で表される基以外の置換基である場合、2つのRE7が一般式(W)で表される基であるのも好ましい。
 一般式(F)で表される化合物においては、RF2、RF3、RF8及びRF9のうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基であるのが好ましい。
 一般式(G)で表される化合物においては、RG5又はRG6が一般式(W)で表される基であることが、キャリア移動度を高め、有機溶媒への溶解性を高める観点から好ましい。
 一般式(H)で表される化合物においては、RH4又はRH6が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RH4又はRH6、及び、RH3又はRH5が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(J)で表される化合物においては、RJ8が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RJ8とRJ4との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(K)で表される化合物においては、RK7が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RK7とRK3との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(L)で表される化合物においては、RL2、RL3、RL6及びRL7のうち少なくとも一つが一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(M)で表される化合物においては、RM2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RM2とRM6との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(N)で表される化合物においては、RN3が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RN3とRN9との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(P)で表される化合物においては、RP2又はRP3が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RP2とRP8との両方又はRP3とRP9との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(Q)で表される化合物においては、RQ3が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RQ3とRQ9との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(R)で表される化合物においては、RR2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RR2とRR7との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(S)で表される化合物においては、RS2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RS2とRS5との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 一般式(T)で表される化合物においては、RT2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RT2とRT5との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
 置換基R~Rのうち、一般式(W)で表される基以外の置換基は、0~4個であることが好ましく、0~2個であることがより好ましい。
 以下に、一般式(C)~式(T)で表される各化合物の具体例を以下に示すが、本発明で用いることができる化合物は、これらの具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
 一般式(C)で表される化合物Cの具体例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 一般式(C)で表される化合物は、分子量が3000以下であることが好ましく、2000以下であることがより好ましく、1000以下であることがさらに好ましく、850以下であることが特に好ましい。分子量が上記範囲内にあると、溶媒への溶解性を高めることができる。
 一方で、薄膜の膜質安定性の観点からは、分子量は300以上であることが好ましく、350以上であることがより好ましく、400以上であることがさらに好ましい。
 一般式(D)で表される化合物Dの具体例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 一般式(D)で表される化合物の分子量は、上限が一般式(C)で表される化合物と同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点からは、分子量は400以上であることが好ましく、450以上であることがより好ましく、500以上であることがさらに好ましい。
 一般式(E)で表される化合物E、一般式(F)で表される化合物F、一般式(G)で表される化合物G及び一般式(H)で表される化合物Hそれぞれの具体例を、順に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 上記化合物E、化合物F、化合物G及び化合物Hの分子量は、それぞれ、上限が一般式(C)で表される化合物Cと同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点から、分子量の下限は一般式(D)で表される化合物と同じである。
 一般式(J)及び一般式(K)で表される化合物J及び化合物Kの具体例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 上記化合物J及び化合物Kの分子量は、それぞれ、上限が一般式(C)で表される化合物Cと同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点から、分子量の下限は一般式(D)で表される化合物と同じである。
 一般式(L)で表される化合物L、一般式(M)で表される化合物M、一般式(N)で表される化合物N、一般式(P)で表される化合物P及び一般式(Q)で表される化合物Qそれぞれの具体例を、順に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
 上記化合物L、化合物M、化合物N、化合物P及び化合物Qの分子量は、それぞれ、上限が一般式(C)で表される化合物Cと同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点から、分子量の下限は一般式(D)で表される化合物と同じである。
 一般式(R)で表される化合物R、一般式(S)で表される化合物S及び一般式(T)で表される化合物Tそれぞれの具体例を、順に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
 上記化合物R、化合物S及び化合物Tの分子量は、それぞれ、上限が一般式(C)で表される化合物Cと同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点から、分子量の下限は一般式(D)で表される化合物と同じである。
 有機ポリマー及びその誘導体としては、例えば、ポリピロール及びその置換体、ポリジケトピロール及びその置換体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリイソチアナフテン等のイソチアナフテン、ポリチエニレンビニレン等のチエニレンビニレン、ポリ(p-フェニレンビニレン)等のポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリアニリン及びその誘導体、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリアズレン、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリセレノフェン、ポリフラン、ポリ(p-フェニレン)、ポリインドール、ポリピリダジン、ポリテルロフェン、ポリナフタレン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィド等のポリマー及び縮合多環芳香族化合物の重合体等を挙げることができる。
 ポリチオフェン及びその誘導体としては、特に限定されないが、例えば、ポリチオフェンにヘキシル基を導入したポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)等が挙げられる。
 また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するオリゴマー(例えば、オリゴチオフェン)を挙げることもできる。
 また、有機ポリマーとして、下記一般式(C)~(T)で表される化合物が繰り返し構造を有する高分子化合物が挙げられる。
 このような高分子化合物としては、一般式(C)~(T)で表される化合物が少なくとも1つ以上のアリーレン基、ヘテロアリーレン基(チオフェン、ビチオフェン等)を介して繰り返し構造を示すπ共役ポリマーや、一般式(C)~(T)で表される化合物が高分子主鎖に側鎖を介して結合したペンダント型ポリマーが挙げられる。高分子主鎖としては、ポリアクリレート、ポリビニル、ポリシロキサン等が好ましく、側鎖としては、アルキレン基、ポリエチレンオキシド基等が好ましい。ペンダント型ポリマーの場合、高分子主鎖は置換基R~Rの少なくとも1つが重合性基由来の基を有し、これが重合してなるものであってもよい。
 これらの有機ポリマーは、重量平均分子量が3万以上であることが好ましく、5万以上であることがより好ましく、10万以上であることがさらに好ましい。重量平均分子量が上記下限値以上とすることにより、分子間相互作用を高めることができ、高い移動度が得られる。
<無機半導体層>
 半導体層を形成する無機半導体材料としては、特に限定されないが、塗布型半導体が好ましく、その好ましい例として酸化物半導体が挙げられる。
 酸化物半導体としては、金属酸化物からなるものであれば特に限定されない。酸化物半導体からなる半導体層は、酸化物半導体前駆体、すなわち熱酸化等の変換処理によって金属酸化物からなる半導体材料に変換される材料を用いて形成するのが好ましい。
 酸化物半導体は特に限定されるものではないが、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛、酸化インジウムガリウム、酸化インジウムスズ亜鉛、酸化ガリウム亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ亜鉛、酸化亜鉛、酸化スズ、例えば、InGaZnO、InGaO、InSnZnO、GaZnO、InSnO、InZnO、SnZnO(いずれもx>0)、ZnO、SnOが挙げられる。
 上記酸化物半導体前駆体としては、例えば、金属の硝酸塩、金属のハロゲン化物、アルコキシドが挙げられる。上記酸化物半導体前駆体が含有する金属は、例えば、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Ir、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
 酸化物半導体前駆体の具体例としては、例えば、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム、硝酸スズ、硝酸アルミニウム、塩化インジウム、塩化亜鉛、塩化スズ(2価)、塩化スズ(4価)、塩化ガリウム、塩化アルミニウム、トリ-i-プロポキシインジウム、ジエトキシ亜鉛、ビス(ジピバロイルメタナト)亜鉛、テトラエトキシスズ、テトラ-i-プロポキシスズ、トリ-i-プロポキシガリウム、トリ-i-プロポキシアルミニウムが挙げられる。
[ソース電極、ドレイン電極]
 本発明のTFTにおいて、ソース電極は、配線を通じて外部から電流が流入する電極である。また、ドレイン電極は、配線を通じて外部に電流を送り出す電極であり、通常、上記半導体層に接して設けられる。
 ソース電極及びドレイン電極の材料としては、従来の薄膜トランジスタに用いられている導電性材料を用いることができ、例えば、上記ゲート電極で説明した導電性材料等が挙げられる。
 ソース電極及びドレイン電極は、それぞれ、上記ゲート電極の形成方法と同様の方法により形成することができる。
 上記フォトリソグラフィー法としては、リフトオフ法又はエッチング法を採用できる。
 特に、ゲート絶縁層がエッチング液や剥離液に対する耐性に優れていることから、ソース電極及びドレイン電極はエッチング法でも好適に形成することができる。エッチング法は、導電性材料を成膜した後に不要部分をエッチングにより除去する方法である。エッチング法によりパターニングすると、レジスト除去時に下地に残った導電性材料の剥がれ、レジスト残渣や除去された導電性材料の下地への再付着を防止でき、電極エッジ部の形状に優れる。この点で、リフトオフ法よりも好ましい。
 リフトオフ法は、下地の一部にレジストを塗布し、この上に導電性材料を成膜し、レジスト等を溶媒により溶出又は剥離等することにより、レジスト上の導電性材料ごと除去して、レジストが塗布されていなかった部分にのみ導電性材料の膜を形成する方法である。
 ソース電極及びドレイン電極の厚みは、任意であるが、それぞれ、1nm以上が好ましく、10nm以上が特に好ましい。また、500nm以下が好ましく、300nm以下が特に好ましい。
 ソース電極とドレイン電極との間の間隔(チャネル長)は、任意であるが、100μm以下が好ましく、50μm以下が特に好ましい。また、チャネル幅は、5000μm以下が好ましく、1000μm以下が特に好ましい。
[オーバーコート層]
 本発明のTFTは、オーバーコート層を有していてもよい。オーバーコート層は、通常、TFTの表面に保護層として形成される層である。単層構造でも多層構造でもよい。
 オーバーコート層は、有機系のオーバーコート層でも無機系のオーバーコート層でもよい。
 有機系のオーバーコート層を形成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアセナチレン、エポキシ樹脂等の有機ポリマー、及び、これらの有機ポリマーに架橋性基や撥水基等を導入した誘導体等が挙げられる。これらの有機ポリマーやその誘導体は、架橋成分、フッ素化合物、シリコン化合物等と併用することもできる。
 無機系のオーバーコート層を形成する材料としては、特に限定されないが、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の金属酸化物、窒化ケイ素等の金属窒化物等が挙げられる。
 これらの材料は、1種を用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
 オーバーコート層の形成方法に制限は無く、公知の各種の方法により形成することができる。
 例えば、有機系のオーバーコート層は、例えば、その下地となる層に、オーバーコート層となる材料を含む溶液を塗布後に乾燥させる、オーバーコート層となる材料を含む溶液を塗布、乾燥後に露光、現像してパターニングする等の方法により形成することができる。なお、オーバーコート層のパターニングは、印刷法やインクジェット法等により直接形成することもできる。また、オーバーコート層のパターニング後に、露光や加熱することにより、オーバーコート層を架橋させてもよい。
 一方、無機系のオーバーコート層は、スパッタリング法、蒸着法等の乾式法やゾルゲル法のような湿式法により形成することができる。
[その他の層]
 本発明のTFTは、上記以外の層や部材を設けてもよい。
 その他の層又は部材としては、例えば、バンク等が挙げられる。バンクは、インクジェット法等により半導体層やオーバーコート層等を形成するときに、吐出液を所定の位置に塞き止める目的等で用いられる。このため、バンクには、通常、撥液性がある。バンクの形成方法としては、フォトリソグラフィー法等によりパターニングした後にフッ素プラズマ法等の撥液処理を施す方法、フッ素化合物等の撥液成分を含む感光性組成物等を硬化させる方法等が挙げられる。
 本発明の薄膜トランジスタの場合、ゲート絶縁層が有機層であることから、後者の撥液成分を含む感光性組成物を硬化させる方法が、ゲート絶縁層が撥液処理の影響を受ける可能性がなく、好ましい。なお、バンクを用いずに下地に撥液性のコントラストを持たせてバンクと同じ役割を持たせる技術を用いてもよい。
[TFTの用途]
 本発明のTFTは好ましくは表示パネルに搭載して使用される。表示パネルとしては、例えば、液晶パネル、有機ELパネル、電子ペーパーパネル等が挙げられる。
 以下に実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
[合成例]
 各例に用いた有機半導体としての化合物を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
 上記化合物L9は、一般式(L)で表される化合物であり、応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌、2011、22、9-12.、国際公開第2009/148016号パンフレット等に記載の方法に準じて、合成した。
 上記化合物C16は、一般式(C)で表される化合物あり、下記化合物C1の下記合成方法に準じて、合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 (化合物C1aの合成)
 1,5-ジアミノナフタレン(10g)のピリジン溶液(125mL)に、p-トルエンスルホニルクロリド(34g)をゆっくりと添加し、室温で2時間撹拌した。反応液を氷水に注ぎ、析出物を減圧濾過した。得られた粗結晶をメタノールで洗浄し、化合物C1a(29g)を得た。
 (化合物C1bの合成)
 化合物C1a(10g)の氷酢酸溶液を95℃で加熱撹拌し、そこに氷酢酸10mLで希釈した臭素(2mL)をゆっくりと滴下した。10分間反応させ、放冷後にろ過することで粗結晶を灰色固体として得た。粗結晶をニトロベンゼン中で再結晶することで化合物C1b(6.8g)を得た。
 (化合物C1cの合成)
 化合物C1b(5g)の濃硫酸溶液を室温で24時間撹拌した。反応液を氷水に注ぎ、析出している固体をろ過して回収した。その固体を氷水中に再度分散し、アンモニア水で中和し、化合物C1c(0.5g)を得た。
 (化合物C1dの合成)
 室温下、化合物C1c(2g)のピリジン溶液にペンタノイルクロリド(バレリン酸クロリド)(2.6mL)を滴下して2時間撹拌した。氷水に反応液を注ぎ、固体を減圧濾過した。メタノール中に分散し1時間撹拌した後、固体をろ過することで化合物C1d(1.39g)を得た。
 (化合物C1eの合成)
 THF(360mL)及びトルエン(72mL)の混合溶液中に化合物C1d(1.2g)とローソン試薬(1.48g)を添加した後、加熱還流しながら3時間撹拌した。エバポレーションでTHFのみ除去してトルエン溶液とした後、60℃で1時間撹拌した。その後、不溶物をろ過することで化合物C1e(0.5g)を得た。
 (化合物C1の合成)
 化合物C1e(0.4g)と炭酸セシウム(1.33g)をジメチルアセトアミド中、120℃で2時間反応させた。反応液を水に注ぎ析出物をろ過した。ろ過した固体をTHF中で再結晶を繰返し、目的化合物C1(0.12g)を合成した。得られた化合物C1の同定は、H-NMR及びMassスペクトルにより行った。
 なお、化合物A6(TIPS-ペンタセン)及び化合物M3(C8-BTBT)は、公知の方法に準じて、合成した。
[製造例1] ボトムゲート型TFTの作製-1
 図1(A)に示すボトムゲート・ボトムコンタクト型のTFTを作製した。基板6として厚さ1mmのドープシリコン基板(ゲート電極5を兼ねる)を用い、その上にゲート絶縁層2を形成した。
 ゲート絶縁層2は以下のように形成した。
 市販のポリ(4-ビニルフェノール)6.3gと、架橋剤として2,2-ビス(3,5-ジヒドロキシメチル-4-ヒドロキシ)プロパン2.7gとを、91gの1-ブタノール/エタノール=1/1の混合溶媒に室温で完全に溶解した。この溶解液をφ0.2μmのPTFE製メンブランフィルタでろ過した。得られたろ液に酸触媒としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩を0.1wt%となるように加え、基板6上に塗布し、乾燥して成膜した。その後、100℃に加熱して架橋構造を形成させ、厚さ0.7μmのゲート絶縁層2を形成した。
 上記で形成したゲート絶縁層2上に、図1(A)に示すようにソース及びドレイン電極としてくし型に配置されたクロム/金(ゲート幅W=100mm、ゲート長L=100μm)電極を、マスクを用いて真空蒸着にて形成した。
 続いて、ソース電極及びドレイン電極を覆うように、下記表1に示す有機半導体5mgをトルエン1mLに溶解した溶液をスピンコートして成膜し、図1(A)に示される形態のTFTを作製した。有機半導体層の厚さは150nmとした。
[製造例2] ボトムゲート型TFTの作製-2
 上記製造例1において、ゲート絶縁層の形成の際に架橋剤及び酸触媒を添加しなかったこと以外は製造例1と同様にしてTFTを製造した。
[製造例3] ボトムゲート型TFTの作製-3
 上記製造例1において、ゲート絶縁層の形成の際にポリ(4-ビニルフェノール)に代えて市販のポリシルセスキオキサンを用い、溶媒としてテトラヒドロフランを用い、架橋剤及び酸触媒を添加しなかったこと以外は製造例1と同様にしてTFTを製造した。
[製造例4] ボトムゲート型TFTの作製-4
 上記製造例1において、ゲート絶縁層の形成の際にポリ(4-ビニルフェノール)に代えて市販のフッ素樹脂(CYTOP)を用い、溶媒に専用のフッ素化溶媒を用い、架橋剤及び酸触媒を添加しなかったこと以外は製造例1と同様にしてTFTを製造した。
[製造例5] ボトムゲート型TFTの作製-5
 ゲート絶縁層2を下記のように形成したこと以外は上記製造例1と同様にしてTFTを製造した。
 5wt%濃度でN-メチルピロリドンに溶解した下記構造単位からなるポリイミド前駆体溶液を0.2μmのフィルターでろ過し、このろ液を、ゲート電極5を形成した基板6上に塗布後、150℃で10分間、200℃で2時間、及び300℃で6時間加熱処理して、厚さ0.7μmのポリイミド膜からなるゲート絶縁層2を形成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
[ゲート絶縁層の含水率の調整]
 上記製造例1~5において、ゲート絶縁層を形成後、室温、大気下で1日~1ヶ月放置させたり(含水率>1000ppmの比較例)、温度120℃、真空下で1~24時間乾燥させたり(実施例及び含水率<0.01ppmの比較例)して、ゲート絶縁層2の含水率を下表に記載する値に調節した。
[試験例1] ゲート絶縁層の絶縁性の評価(体積抵抗率の測定)
 上記製造例1~5と全く同じにゲート絶縁層を形成し、製造例1~5と全く同じにゲート絶縁層の含水率を調整した後、その上に厚さ100nmの金電極を真空蒸着により形成した。これをサンプルとして、ソースメジャーユニット237(Keithley社製)を用いて、体積抵抗率(Ω・cm)を測定した。
[試験例2] ゲート絶縁層の絶縁性の評価(比誘電率の測定)
 上記製造例1~5と全く同じにゲート絶縁層を形成し、製造例1~5と全く同じにゲート絶縁層の含水率を調整した後、その上に厚さ100nmの金電極を真空蒸着により形成した。これをサンプルとして、誘電体測定システム126096W型(ソーラトロン社製)を用いて、比誘電率を測定した。
[試験例3] ゲート絶縁層の含水率の測定
 ゲート絶縁層の含水率はカールフィッシャー水分測定装置を用いて測定した。具体的には、ゲート絶縁層を脱水溶媒に溶解して含水率測定用サンプルとした。
[試験例4] TFTの性能評価
 製造例1~5で得られたTFTについて、キャリア移動度とon/off比を下記方法により評価することでTFTの性能を調べた。
(閾値電圧の測定)
 ソース電極-ドレイン電極間に-40Vの電圧を印加し、ゲート電圧を40V~-40Vの範囲で変化させ、閾値電圧を測定した。
(キャリア移動度の評価)
 ソース電極-ドレイン電極間に-40Vの電圧を印加し、ゲート電圧を40V~-400Vの範囲で変化させ、ドレイン電流Idを表わす下記式を用いてキャリア移動度μを算出した。
  Id=(w/2L)μCi(Vg-Vth)
(式中、Lはゲート長、wはゲート幅、Ciは絶縁層の単位面積当たりの容量、Vgはゲート電圧、Vthは閾値電圧)
(on/off比の評価基準)
 ソース電極-ドレイン電極間にかかる電圧を-40Vに固定し、Vgを40Vから-40Vまでスイープさせた時の(|Id|の最大値)/(|Id|の最小値)をOn/Off比とした。
 結果を下記表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000037
 なお、実施例1-1において、有機半導体として、上記A26、A27、C1、C4、C7、D1、E2、F2、F5、F10、G12,G14、H10、H11、J2、J3、K2、K3、L2、L5、L6、L8、L15、M8、N4、P3、Q3、R1、S1又はT1を用いたこと以外は実施例1-1と同様にして、図1(A)に示されるTFTを、それぞれ、製造した。
 製造したTFTそれぞれについて、試験例4と同様にして、キャリア移動度μ、On/Off比及び閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1-1と同様に、ゲート絶縁層の含水率が本発明で規定する範囲外のものに比べて、性能に優れる結果となった。
[製造例6] トップゲート型TFTの作製-1
 図1(C)に示すトップゲート・ボトムコンタクト型のTFTを作製した。ガラス基板(NECコーニング社製、OA10)を水で洗浄し、乾燥したものを基板6として用いた。このガラス基板上にソース電極及びドレイン電極としてクロム/金電極を、マスクを用いて真空蒸着にて形成した。これにより厚さ100nmのソース電極3及びドレイン電極4を設けた。ゲート幅Wは100mm、ゲート長Lは100μmとした。
 基板6、ソース電極3及びドレイン電極4を覆うように、表2に記載の有機半導体5mgをトルエン1mLに溶解した溶液をスピンコートして成膜した。これにより厚さ 150nmの有機半導体層を形成した。
 続いて、有機半導体層を覆うようにゲート絶縁層を形成した。より詳細には、市販のポリ(4-ビニルフェノール)6.3gと、架橋剤として2,2-ビス(3,5-ジヒドロキシメチル-4-ヒドロキシ)プロパン2.7gとを、91gの1-ブタノール/エタノール=1/1の混合溶媒に室温で完全に溶解した。この溶解液をφ0.2μmのPTFE製メンブランフィルタでろ過した。得られたろ液に酸触媒としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩を0.1wt%となるように加え、有機半導体層上に塗布し、乾燥して成膜した。その後、100℃に加熱して架橋構造を形成させ、厚さ0.7μmのゲート絶縁層2を形成した。
 続いて、ゲート絶縁層上にAg微粒子水分散液をインクジェット法により塗布し、乾燥して厚さ200nmのゲート電極を形成した。
[製造例7] トップゲート型TFTの作製-2
 上記製造例6において、ゲート絶縁層の形成の際に架橋剤及び酸触媒を添加しなかったこと以外は製造例1と同様にしてTFTを製造した。
[製造例8] トップゲート型TFTの作製-3
 上記製造例6において、ゲート絶縁層の形成の際にポリ(4-ビニルフェノール)に代えて市販のポリシルセスキオキサンを用い、溶媒としてテトラヒドロフランを用い、架橋剤及び酸触媒を添加しなかったこと以外は製造例1と同様にしてTFTを製造した。
[製造例9] トップゲート型TFTの作製-4
 上記製造例6において、ゲート絶縁層の形成の際にポリ(4-ビニルフェノール)に代えて市販のフッ素樹脂(CYTOP)を用い、溶媒に専用のフッ素化溶媒を用い、架橋剤及び酸触媒を添加しなかったこと以外は製造例1と同様にしてTFTを製造した。
[製造例10] トップゲート型TFTの作製-5
 ゲート絶縁層2を下記のように形成したこと以外は上記製造例6と同様にしてTFTを製造した。
 5wt%濃度でN-メチルピロリドンに溶解した、上記製造例5と同様にして調製したポリイミド前駆体溶液のろ液を、有機半導体層上に塗布後、150℃で10分間、200℃で2時間、及び300℃で6時間加熱処理して、厚さ0.7μmのポリイミド膜からなるゲート絶縁層2を形成した。
[ゲート絶縁層の含水率の調整]
 上記製造例1~5において、ゲート絶縁層を形成後、室温、大気下で1日~1ヶ月放置させたり(含水率>1000ppmの比較例)、温度120℃、真空下で1~24時間乾燥させたり(実施例及び含水率<0.01ppmの比較例)して、ゲート絶縁層2の含水率を下表に記載する値に調節した。
 得られたトップゲート・ボトムコンタクト型TFTについて、上記試験例1~4と同様にして、ゲート絶縁層の絶縁性及び含水率、並びにTFTの性能を評価した。結果を下記表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000038
 なお、実施例11-1において、有機半導体として、上記A26、A27、C1、C4、C7、D1、E2、F2、F5、F10、G12,G14、H10、H11、J2、J3、K2、K3、L2、L5、L6、L8、L15、M8、N4、P3、Q3、R1、S1又はT1を用いたこと以外は実施例11-1と同様にして、図1(C)に示されるTFTを、それぞれ、製造した。
 製造したTFTそれぞれについて、試験例4と同様にして、キャリア移動度μ、On/Off比及び閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例11-1と同様に、ゲート絶縁層の含水率が本発明で規定する範囲外のものに比べて、性能に優れる結果となった。
 上記の結果から、ゲート絶縁層の含水率が本発明で規定するよりも低いと、TFTの閾値電圧が高くなり、移動度及びon/off比は劣る結果となった(比較例1-1、2、3、4;比較例11-1、12、13、14)。また、ゲート絶縁層の含水率が本発明で規定するよりも高いと、ゲート絶縁層の体積抵抗率が低くなってTFTのon/off比に劣る結果となり、さらに、移動度が低下し閾値電圧は上昇する結果となった(比較例1-2、11-2)。
 また、ゲート絶縁層に含まれる有機高分子がイミド結合を有する場合には、ゲート絶縁層の含水率が本発明で規定する範囲内であってもTFTの閾値電圧が高かった。また、このTFTは移動度及びon/off比が低く性能に劣るものであった(比較例5-1、5-2、15-1、15-2)。
 これに対し、ゲート絶縁層が本発明で規定する有機高分子を含有し、且つその含水率が本発明で規定する範囲内にあるTFTは、閾値電圧が低く、さらにキャリア移動度とon/off比が共に高い値を示した。すなわち、本発明のTFTが、優れたキャリア移動度と電流増幅率を両立し、且つ、閾値電圧が低く消費電力をも抑えたTFTであることが示された。
 本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
 本願は、2014年3月7日に日本国で特許出願された特願2014-045167に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。
1 半導体層
2 ゲート絶縁層
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
6 基板

Claims (9)

  1.  基板上に、ゲート電極と、半導体層と、該ゲート電極と該半導体層との間に設けられたゲート絶縁層と、該半導体層に接して設けられ、該半導体層を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、
     前記ゲート絶縁層がアミド結合及びイミド結合を有さない有機高分子を含有し、且つ、前記ゲート絶縁層の含水率が0.01~1000ppmである、薄膜トランジスタ。
  2.  前記ゲート絶縁層の含水率が0.05~100ppmである、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
  3.  前記ゲート絶縁層の含水率が0.05~20ppmである、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
  4.  前記ゲート絶縁層の含水率が、薄膜トランジスタの製造において、ゲート絶縁層を形成した後に該ゲート絶縁層を乾燥処理に付して調整される、請求項1~3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
  5.  前記有機高分子化合物が、ポリビニルフェノール、ノボラック樹脂、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、エポキシ樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリシクロオレフィン、ポリシルセスキオキサン、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリエーテルスルホン、及びポリエーテルケトンから選ばれる有機高分子化合物である、請求項1~4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
  6.  前記有機高分子化合物が、ポリビニルフェノール、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、フッ素樹脂、ポリシクロオレフィン、ポリシルセスキオキサン、及びポリシロキサンから選ばれる有機高分子化合物である、請求項1~4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
  7.  前記半導体層が有機半導体を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
  8.  前記有機半導体が、下記一般式(C)~(T)のいずれかで表される、請求項7に記載の薄膜トランジスタ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     一般式(C)中、AC1、AC2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RC1~RC6は水素原子又は置換基を表し、RC1~RC6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又は窒素原子を表し、AD2はCRD8又は窒素原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1~RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1~RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1~RE8は水素原子又は置換基を表し、RE1~RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(F)中、XF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RF1~RF10、RFa及びRFbは水素原子又は置換基を表し、RF1~RF10、RFa及びRFbのうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基である。p及びqは0~2の整数を表す。
     一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又は窒素原子を表し、AG2はCRG8又は窒素原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表し、RG1~RG8は水素原子又は置換基を表し、RG1~RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(H)中、XH1~XH4はNRH7、酸素原子又は硫黄原子を表し、RH7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RH1~RH6は水素原子又は置換基を表し、RH1~RH6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(J)中、XJ1及びXJ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRJ9を表す。XJ3及びXJ4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RJ1~RJ9は水素原子又は置換基を表し、RJ1~RJ9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RK1~RK9は水素原子又は置換基を表し、RK1~RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。RL1~RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1~RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(M)中、XM1及びXM2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRM9を表す。RM1~RM9は水素原子又は置換基を表し、RM1~RM9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。RN1~RN13は水素原子又は置換基を表し、RN1~RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。RP1~RP13は水素原子又は置換基を表し、RP1~RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(Q)中、XQ1及びXQ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRQ13を表す。RQ1~RQ13は水素原子又は置換基を表し、RQ1~RQ13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。RR1~RR9は水素原子又は置換基を表し、RR1~RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(S)中、XS1、XS2、XS3及びXS4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRS7を表す。RS1~RS7は水素原子又は置換基を表し、RS1~RS7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
     一般式(T)中、XT1、XT2、XT3及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。RT1~RT7は水素原子又は置換基を表し、RT1~RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(W):  -L-R
     一般式(W)中、Lは下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基又は2以上の下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した2価の連結基を表す。
     Rは置換又は無置換のアルキル基、シアノ基、ビニル基、エチニル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基を表す。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     一般式(L-1)~(L-25)中、波線部分は上記一般式(C)~(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置を表す。*はRとの連結位置または一般式(L-1)~(L-25)の波線部分との結合位置を表す。
     一般式(L-13)におけるmは4を表し、一般式(L-14)及び(L-15)におけるmは3を表し、一般式(L-16)~(L-20)におけるmは2を表し、(L-22)におけるmは6を表す。
     一般式(L-1)、(L-2)、(L-6)及び(L-13)~(L19)及び(L-21)~(L-24)におけるRLZはそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。
     Rは水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。
  9.  前記有機半導体が、一般式(C)、(F)、(J)及び(L)のいずれかで表される、請求項8に記載の薄膜トランジスタ。
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