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JP6214938B2 - Organic semiconductor and its use, and semiconductor layer forming ink - Google Patents
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JP6214938B2 - Organic semiconductor and its use, and semiconductor layer forming ink - Google Patents

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Description

本発明は、有機半導体、特にトランジスタ用の有機半導体と、その有機半導体を用いた半導体層及びその形成方法と、その半導体層の形成に使用する半導体層形成用インクと、その半導体層を用いた有機エレクトロニクスデバイス、特に電界効果トランジスタと、その電界効果トランジスタの製造方法に関するものである。   The present invention uses an organic semiconductor, particularly an organic semiconductor for a transistor, a semiconductor layer using the organic semiconductor, a method for forming the organic semiconductor, a semiconductor layer forming ink used for forming the semiconductor layer, and the semiconductor layer. The present invention relates to an organic electronic device, in particular, a field effect transistor and a method for manufacturing the field effect transistor.

従来より、トランジスタ用の有機半導体が知られている。例えば、特許文献1には、半導体材料として下記式   Conventionally, organic semiconductors for transistors are known. For example, Patent Document 1 discloses the following formula as a semiconductor material:

Figure 0006214938
Figure 0006214938

(式中、X1及びX2はそれぞれ独立に硫黄原子、セレン原子またはテルル原子を表す。R及びR’はそれぞれ独立に無置換またはハロゲノ置換C1−C36脂肪族炭化水素基を表す。)
で表される化合物を、半導体材料として電界効果トランジスタに用いることが記載されている。
(Wherein, X 1 and X 2 each independently represent a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom. R and R ′ each independently represent an unsubstituted or halogeno-substituted C1-C36 aliphatic hydrocarbon group.)
Is used for a field effect transistor as a semiconductor material.

上記化合物は、優れたキャリア移動度等の半導体特性を有する半導体材料であるが、さらなるキャリア移動度の向上が求められている。   Although the above compound is a semiconductor material having semiconductor characteristics such as excellent carrier mobility, further improvement in carrier mobility is required.

さらに、特許文献1には、上記式で表される化合物の数種類を混合して半導体層の材料として用いてもよいことが記載されている。   Furthermore, Patent Document 1 describes that several types of compounds represented by the above formula may be mixed and used as a material for the semiconductor layer.

しかしながら、特許文献1には、上記式で表される2種類以上の特定の化合物を混合することは記載されていない。また、本願発明者の検討によれば、上記式で表される多数の化合物の中から任意に2種類以上を選んで混合した場合、2種類以上の化合物の組み合わせとして適切な組み合わせを選択しなかった場合には、2種類以上の化合物が相分離した状態となる。このような相分離した状態の混合物では、キャリア移動度の向上効果が得られない。   However, Patent Document 1 does not describe mixing two or more kinds of specific compounds represented by the above formula. Further, according to the study of the present inventor, when two or more kinds are arbitrarily selected and mixed from the many compounds represented by the above formula, an appropriate combination is not selected as a combination of two or more kinds of compounds. In such a case, two or more kinds of compounds are phase-separated. In such a phase-separated mixture, the carrier mobility improvement effect cannot be obtained.

また、非特許文献1には、電界効果トランジスタ中で高いキャリア移動度を示すペンタセン及びフルオロペンタセンを真空共蒸着することにより作製した薄膜が記載されており、この薄膜は「結晶で(分子長スケールで)混合したペンタセン及びフルオロペンタセンの薄膜」であると記載されている。   Non-Patent Document 1 describes a thin film prepared by vacuum co-evaporation of pentacene and fluoropentacene that exhibit high carrier mobility in a field effect transistor. A thin film of pentacene and fluoropentacene mixed).

しかしながら、上記薄膜は、X線回折スペクトル(非特許文献1の図3(a))において、ペンタセン及びフルオロペンタセンそれぞれの単体のX線回折スペクトルのピークに対応する位置にピークが存在していることから、ペンタセンとフルオロペンタセンとが相分離した状態にあると考えられる。そのため、キャリア移動度の向上効果が得られない。   However, in the X-ray diffraction spectrum (FIG. 3A of Non-Patent Document 1), the thin film has a peak at a position corresponding to the peak of each X-ray diffraction spectrum of pentacene and fluoropentacene. Therefore, it is considered that pentacene and fluoropentacene are in a state of phase separation. Therefore, the effect of improving the carrier mobility cannot be obtained.

また、従来より、トランジスタ用の有機半導体以外の有機半導体として、2種類以上の有機半導体化合物を混合したものが知られている。   Moreover, what mixed 2 or more types of organic-semiconductor compounds is conventionally known as organic semiconductors other than the organic semiconductor for transistors.

例えば、非特許文献2には、用途不明な有機半導体として、α−セキシチオフェン及びα,ω−ジヘキシルセキシチオフェンを共蒸着することにより作製した薄膜が記載されている。   For example, Non-Patent Document 2 describes a thin film produced by co-evaporating α-sexithiophene and α, ω-dihexylsexithiophene as an organic semiconductor whose use is unknown.

しかしながら、上記薄膜は、キャリア移動度がそれほど高くない。また、上記薄膜は、有機溶媒への溶解度が低いα−セキシチオフェンを用いているために、塗布や印刷等の溶液プロセスによる形成が不可能である。なお、非特許文献2には、上記薄膜をトランジスタに用いることについて、開示も示唆もない。   However, the thin film has not so high carrier mobility. In addition, since the thin film uses α-sexithiophene having low solubility in an organic solvent, it cannot be formed by a solution process such as coating or printing. Note that Non-Patent Document 2 does not disclose or suggest the use of the thin film for a transistor.

また、非特許文献3には、太陽電池用の有機半導体として、銅フタロシアニン及びフッ素化銅フタロシアニンを共蒸着することにより作製した混晶膜が記載されている。   Non-Patent Document 3 describes a mixed crystal film prepared by co-evaporation of copper phthalocyanine and fluorinated copper phthalocyanine as an organic semiconductor for a solar cell.

しかしながら、上記混晶膜は、キャリア移動度が低い。また、上記混晶膜は、有機溶媒への溶解度が低い銅フタロシアニンを用いているために、塗布や印刷等の溶液プロセスによる形成が不可能である。なお、非特許文献3には、上記混晶膜をトランジスタに用いることについて、開示も示唆もない。   However, the mixed crystal film has low carrier mobility. Further, since the mixed crystal film uses copper phthalocyanine having low solubility in an organic solvent, it cannot be formed by a solution process such as coating or printing. Non-Patent Document 3 does not disclose or suggest the use of the above mixed crystal film for a transistor.

国際公開第2008/047896号International Publication No. 2008/047896

I. Salzmann, et al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, pp 12870-12871I. Salzmann, et al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, pp 12870-12871 J. Vogel, et al., J. Phys. Chem. B, 2007, 111, pp 14097-14101J. Vogel, et al., J. Phys. Chem. B, 2007, 111, pp 14097-14101 A. Opitz, et al., Organic Electronics, 10, 2009, pp 1259-1267A. Opitz, et al., Organic Electronics, 10, 2009, pp 1259-1267

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、キャリア移動度が向上したトランジスタ用の有機半導体、及び、塗布や印刷等の溶液プロセスによる半導体層の形成が可能であり、キャリア移動度が向上した有機半導体を提供することにある。本発明の他の目的は、キャリア移動度が向上した半導体層及びその形成方法、キャリア移動度が向上した半導体層を形成できる半導体層形成用インク、キャリア移動度が向上した有機エレクトロニクスデバイス、特に電界効果トランジスタ、及びキャリア移動度が向上した電界効果トランジスタを製造できる電界効果トランジスタの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to form an organic semiconductor for a transistor with improved carrier mobility and a semiconductor layer by a solution process such as coating or printing. Another object is to provide an organic semiconductor with improved carrier mobility. Another object of the present invention is to provide a semiconductor layer having improved carrier mobility and a method for forming the same, an ink for forming a semiconductor layer capable of forming a semiconductor layer having improved carrier mobility, an organic electronic device having improved carrier mobility, particularly an electric field. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a field effect transistor capable of manufacturing an effect transistor and a field effect transistor with improved carrier mobility.

本発明のトランジスタ用の有機半導体は、トランジスタ用のp型の有機半導体であって、2種類以上の異なる化合物で構成される固溶体であることを特徴としている。   The organic semiconductor for a transistor of the present invention is a p-type organic semiconductor for a transistor and is characterized by being a solid solution composed of two or more different compounds.

上記構成によれば、2種類以上の異なる化合物で構成される固溶体であるため、それぞれの化合物単体からなるトランジスタ用の有機半導体と比較してキャリア移動度が向上する。   According to the said structure, since it is a solid solution comprised by two or more types of different compounds, carrier mobility improves compared with the organic semiconductor for transistors which consists of each compound single-piece | unit.

本発明の有機半導体は、下記一般式(1)   The organic semiconductor of the present invention has the following general formula (1)

Figure 0006214938
Figure 0006214938

(上記式中、R1及びR2はそれぞれ独立に、ハロゲン原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基を表す)
で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体であることを特徴としている。
(In the above formula, R 1 and R 2 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group optionally having a halogen atom)
It is the solid solution containing 2 or more types of different compounds represented by these.

上記構成によれば、上記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体であるため、上記一般式(1)で表される化合物単体からなる有機半導体と比較してキャリア移動度が向上する。さらに、上記構成によれば、上記一般式(1)で表される化合物は有機溶媒への溶解度が高いため、塗布や印刷等の溶液プロセスによって上記有機半導体からなる半導体層の形成が可能であり、良好な作業性かつ低コストで製造が可能である。   According to the said structure, since it is a solid solution containing 2 or more types of different compounds represented by the said General formula (1), compared with the organic semiconductor which consists of a compound simple substance represented by the said General formula (1) Carrier mobility is improved. Furthermore, according to the said structure, since the compound represented by the said General formula (1) has high solubility to an organic solvent, formation of the semiconductor layer which consists of said organic semiconductor is possible by solution processes, such as application | coating and printing. It can be manufactured with good workability and low cost.

本発明の半導体層は、本発明の有機半導体からなることを特徴としている。   The semiconductor layer of the present invention is characterized by comprising the organic semiconductor of the present invention.

上記構成によれば、キャリア移動度が向上した本発明の有機半導体からなるので、キャリア移動度が向上する。   According to the said structure, since it consists of the organic semiconductor of this invention with improved carrier mobility, carrier mobility improves.

本発明の半導体層形成用インクは、本発明の半導体層の形成に使用する半導体層形成用インクであって、上記固溶体を構成する2種類以上の異なる化合物と、溶媒とを含むことを特徴としている。   The semiconductor layer forming ink of the present invention is a semiconductor layer forming ink used for forming the semiconductor layer of the present invention, and includes two or more different compounds constituting the solid solution and a solvent. Yes.

上記構成の半導体層形成用インクを使用することで、塗布や印刷等の方法により、キャリア移動度が向上した本発明の半導体層を容易に形成することができる。   By using the semiconductor layer forming ink having the above structure, the semiconductor layer of the present invention with improved carrier mobility can be easily formed by a method such as coating or printing.

本発明の半導体層の形成方法は、半導体層を形成しようとする表面上に、本発明の半導体層形成用インクを塗布し、乾燥させることを特徴としている。   The method for forming a semiconductor layer of the present invention is characterized in that the semiconductor layer forming ink of the present invention is applied to the surface on which the semiconductor layer is to be formed and dried.

上記方法によれば、キャリア移動度が向上した本発明の半導体層を容易に形成することができる。   According to the above method, the semiconductor layer of the present invention with improved carrier mobility can be easily formed.

本発明の有機エレクトロニクスデバイスは、上記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体である本発明の有機半導体からなる半導体層を含むことを特徴としている。   The organic electronic device of the present invention is characterized by including a semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention, which is a solid solution containing two or more different compounds represented by the general formula (1).

上記構成によれば、溶液プロセスによる半導体層の形成が可能であり、キャリア移動度が向上した本発明の有機半導体からなる半導体層を含むので、キャリア移動度が向上し、また、良好な作業性かつ低コストで製造が可能である。   According to the above configuration, since the semiconductor layer can be formed by a solution process and includes the semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention with improved carrier mobility, carrier mobility is improved and good workability is achieved. Moreover, it can be manufactured at low cost.

本発明の電界効果トランジスタは、本発明の半導体層を含むことを特徴としている。   The field effect transistor of the present invention is characterized by including the semiconductor layer of the present invention.

上記構成によれば、キャリア移動度が向上した本発明の半導体層を含むので、キャリア移動度が向上する。   According to the above configuration, since the semiconductor layer of the present invention with improved carrier mobility is included, carrier mobility is improved.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、本発明の電界効果トランジスタを製造する方法であって、前記半導体層を形成する第1の工程と、第1の工程の後に半導体層を熱処理する第2の工程とを含むことを特徴としている。   The field effect transistor manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing the field effect transistor of the present invention, which includes a first step of forming the semiconductor layer, and a second step of heat-treating the semiconductor layer after the first step. These processes are included.

上記方法によれば、キャリア移動度が向上した本発明の半導体層を形成した後に半導体層を熱処理することによって、電界効果トランジスタの特性の向上や安定化を図ることができる。   According to the above method, the characteristics of the field effect transistor can be improved and stabilized by heat-treating the semiconductor layer after forming the semiconductor layer of the present invention with improved carrier mobility.

本発明によれば、キャリア移動度が向上したトランジスタ用の有機半導体、及び、塗布や印刷等の溶液プロセスによる半導体層の形成が可能であり、キャリア移動度が向上した有機半導体を提供できる。   According to the present invention, an organic semiconductor for a transistor with improved carrier mobility and a semiconductor layer with a solution process such as coating or printing can be formed, and an organic semiconductor with improved carrier mobility can be provided.

また、本発明によれば、キャリア移動度が向上した半導体層及びその形成方法、キャリア移動度が向上した半導体層を形成できる半導体層形成用インク、キャリア移動度が向上した有機エレクトロニクスデバイス、特に電界効果トランジスタ、及びキャリア移動度が向上した電界効果トランジスタを製造できる電界効果トランジスタの製造方法を提供できる。   In addition, according to the present invention, a semiconductor layer having improved carrier mobility and a method for forming the same, a semiconductor layer forming ink capable of forming a semiconductor layer having improved carrier mobility, an organic electronics device having improved carrier mobility, particularly an electric field An effect transistor and a method for manufacturing a field effect transistor capable of manufacturing a field effect transistor with improved carrier mobility can be provided.

本発明の電界効果トランジスタの幾つかの態様例を示す概略断面図であり、(a)はボトムコンタクト−ボトムゲート型電界効果トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(b)はトップコンタクト−ボトムゲート型電界効果トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(c)はボトムコンタクト−トップゲート型電界効果トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(d)はトップ&ボトムコンタクト型電界効果トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(e)は静電誘導トランジスタの態様例を示す概略断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows the some example of a field effect transistor of this invention, (a) is a schematic sectional drawing which shows the example of an aspect of a bottom contact-bottom gate type field effect transistor, (b) is a top contact. -It is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a bottom gate type field effect transistor, (c) is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a bottom contact-top gate type field effect transistor, and (d) is a top & bottom contact. It is a schematic sectional drawing which shows the example of an aspect of a type | mold field effect transistor, (e) is a schematic sectional drawing which shows the example of an aspect of an electrostatic induction transistor. 本発明の電界効果トランジスタの一態様例としてのボトムコンタクト−ボトムゲート型電界効果トランジスタの製造方法を説明するための説明図であり、(a)〜(f)は上記製造方法の各工程を示す概略断面図である。It is explanatory drawing for demonstrating the manufacturing method of the bottom contact-bottom gate type field effect transistor as one example of the field effect transistor of this invention, (a)-(f) shows each process of the said manufacturing method. It is a schematic sectional drawing. 本発明の一例に係る有機半導体の薄膜の面外(Out−of−Plane)X線回折スペクトルを、その有機半導体を構成する2種類の化合物それぞれの単体の面外X線回折スペクトルと共に示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an out-of-plane X-ray diffraction spectrum of an organic semiconductor thin film according to an example of the present invention, together with a single out-of-plane X-ray diffraction spectrum of each of two types of compounds constituting the organic semiconductor. is there. 本発明の一例に係る有機半導体の薄膜の面外X線回折スペクトルを、その有機半導体を構成する2種類の化合物それぞれの単体の面外X線回折スペクトルと共に示すグラフである。It is a graph which shows the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the thin film of the organic semiconductor which concerns on an example of this invention with the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of each of two types of compounds which comprise the organic semiconductor. 比較例に係る固溶体でない状態の混合物である有機半導体の薄膜の面外X線回折スペクトルを、その混合物を構成する2種類の化合物それぞれの単体の面外X線回折スペクトルと共に示すグラフである。It is a graph which shows the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the organic-semiconductor thin film which is a mixture of the state which is not a solid solution which concerns on a comparative example with the single-piece | unit out-of-plane X-ray diffraction spectrum of each of two types of compounds which comprise the mixture.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明のトランジスタ用の有機半導体は、トランジスタ用のp型の有機半導体であって、固溶体である。   The organic semiconductor for a transistor of the present invention is a p-type organic semiconductor for a transistor and is a solid solution.

ここで、「固溶体」とは、2種類以上の元素が互いに溶け合い、全体が均一の固相となっているものをいう。したがって、本発明の有機半導体を構成する固溶体は、有機半導体として機能する2種類以上の異なる化合物からなる混合物であって、2種類以上の異なる化合物が互いに溶け合い、全体が均一の固相になっているものである。   Here, the “solid solution” refers to a solid solution in which two or more elements are dissolved in each other and the whole is a uniform solid phase. Therefore, the solid solution constituting the organic semiconductor of the present invention is a mixture composed of two or more different compounds functioning as an organic semiconductor, and the two or more different compounds are melted together to form a uniform solid phase as a whole. It is what.

本発明の有機半導体が固溶体であるかは、以下の方法によって確認できる。まず、本発明の有機半導体が2種類以上の異なる化合物からなる混合物であるかは、1H−NMR(核磁気共鳴)スペクトル、1C−NMRスペクトル、マススペクトル(MS)等のスペクトルを用いる一般的な分子構造分析法を用いて、2種類以上の異なる化合物のそれぞれに対応するピークがスペクトル中に含まれているかを判別することによって確認できる。また、2種類以上の異なる化合物からなる混合物が固溶体の状態となっているかは、面外X線回折スペクトルにおいて、混合物を構成する各単体の面外X線回折スペクトルのピークに対応する位置の何れにもピークが存在せず、かつ、これら位置の中間位置に単一のピークが存在しているかを判別することによって確認できる。言い換えると、本出願書類において、「固溶体」とは、上記確認方法によって固溶体と判別されるものを意味する。 Whether the organic semiconductor of the present invention is a solid solution can be confirmed by the following method. First, whether the organic semiconductor of the present invention is a mixture composed of two or more different compounds is generally determined by using a spectrum such as 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance) spectrum, 1 C-NMR spectrum, mass spectrum (MS), etc. It can be confirmed by discriminating whether the peak corresponding to each of two or more different compounds is contained in the spectrum using a typical molecular structure analysis method. Whether or not a mixture of two or more different compounds is in a solid solution state is determined in the out-of-plane X-ray diffraction spectrum at a position corresponding to the peak of each single-piece out-of-plane X-ray diffraction spectrum constituting the mixture. Further, it can be confirmed by determining whether there is no peak and a single peak is present at an intermediate position between these positions. In other words, in the present application document, the “solid solution” means that determined as a solid solution by the above confirmation method.

本発明のトランジスタ用の有機半導体は、正孔移動度が0.01cm2/V・s以上であることが好ましく、正孔移動度が0.1cm2/V・s以上であることがより好ましい。これにより、実用的な特性を有するトランジスタを実現できる。 The organic semiconductor for a transistor of the present invention preferably has a hole mobility of 0.01 cm 2 / V · s or more, and more preferably has a hole mobility of 0.1 cm 2 / V · s or more. . Thereby, a transistor having practical characteristics can be realized.

ここで、本発明のトランジスタ用の有機半導体の正孔移動度は、トランジスタ用の有機半導体を用いてチャネル長200μmの半導体層を有する電界効果トランジスタを作製し、この電界効果トランジスタのドレイン電流−ゲート電圧特性から算出される値であるものとする。   Here, the hole mobility of the organic semiconductor for a transistor of the present invention is such that a field effect transistor having a semiconductor layer with a channel length of 200 μm is produced using the organic semiconductor for a transistor, and the drain current-gate of this field effect transistor It is assumed that the value is calculated from the voltage characteristics.

本発明のトランジスタ用の有機半導体を構成する2種類以上の異なる化合物としては、固溶体を形成できる程度に類似した分子構造を有するものであればよく、特に限定されないが、下記一般式(1)   The two or more different compounds constituting the organic semiconductor for the transistor of the present invention are not particularly limited as long as they have a molecular structure similar to the extent that a solid solution can be formed, and the following general formula (1)

Figure 0006214938
Figure 0006214938

(上記式中、R1及びR2はそれぞれ独立に、ハロゲン原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基を表す)
で表される化合物が好ましい。
(In the above formula, R 1 and R 2 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group optionally having a halogen atom)
The compound represented by these is preferable.

また、本発明の有機半導体は、上記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体である。   The organic semiconductor of the present invention is a solid solution containing two or more different compounds represented by the general formula (1).

本発明の有機半導体は、上記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物に、電界効果トランジスタの特性を改善したり他の特性を付与するために他の有機半導体化合物が混合されたものであってもよいが、その場合、本発明の有機半導体における一般式(1)で表される化合物の含有量は基本的には50重量%以上であり、好ましくは80重量%以上であり、より好ましくは95重量%以上である。   In the organic semiconductor of the present invention, two or more different compounds represented by the general formula (1) are mixed with another organic semiconductor compound in order to improve the characteristics of the field effect transistor or to impart other characteristics. In that case, the content of the compound represented by the general formula (1) in the organic semiconductor of the present invention is basically 50% by weight or more, preferably 80% by weight or more. Yes, more preferably 95% by weight or more.

本発明の有機半導体は、上記一般式(1)中の上記ハロゲン原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基が、ハロゲン原子を有していてもよい直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基である場合、上記一般式(1)で表される2種類以上の化合物に含まれる直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基の鎖長は、最長の鎖長と最短の鎖長との差が4未満であることが好ましい。これにより、上記一般式(1)で表される2種類以上の化合物の混合物が固溶体の状態を実現し易くなる。   The organic semiconductor of the present invention is a linear or branched aliphatic carbonization in which the aliphatic hydrocarbon group which may have the halogen atom in the general formula (1) may have a halogen atom. When it is a hydrogen group, the chain length of the linear or branched aliphatic hydrocarbon group contained in two or more compounds represented by the general formula (1) is the longest chain length and the shortest chain length. The difference is preferably less than 4. Thereby, the mixture of two or more types of compounds represented by the general formula (1) can easily realize a solid solution state.

本発明の有機半導体は、上記一般式(1)で表される鎖長の異なる直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基を有する2種類の異なる化合物を含有する固溶体である場合、鎖長がより短い直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基を有する化合物を30〜85質量%含むことが好ましく、50〜80質量%含むことがより好ましい。   When the organic semiconductor of the present invention is a solid solution containing two different compounds having linear or branched aliphatic hydrocarbon groups having different chain lengths represented by the general formula (1), the chain length is It is preferable to contain 30 to 85% by mass of a compound having a shorter linear or branched aliphatic hydrocarbon group, and it is more preferable to contain 50 to 80% by mass.

本発明の有機半導体を製造する方法としては、例えば、有機半導体を構成する2種類以上の異なる化合物を溶媒に溶解して溶液を作製した後、溶媒を除去する(乾燥する)方法;有機半導体を構成する2種類以上の異なる化合物を共蒸着する方法等を用いることができる。   Examples of the method for producing the organic semiconductor of the present invention include a method in which two or more different compounds constituting the organic semiconductor are dissolved in a solvent to prepare a solution, and then the solvent is removed (dried); For example, a method of co-evaporating two or more kinds of different compounds can be used.

〔一般式(1)で表される化合物〕
次に、上記一般式(1)で表される化合物について、以下に詳細に説明する。
[Compound represented by the general formula (1)]
Next, the compound represented by the general formula (1) will be described in detail below.

上記一般式(1)中のR1及びR2はそれぞれ独立に、ハロゲン原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基を表す。 R 1 and R 2 in the general formula (1) each independently represent an aliphatic hydrocarbon group which may have a halogen atom.

上記脂肪族炭化水素基は、飽和又は不飽和の直鎖、分岐鎖、又は環状の脂肪族炭化水素基である。すなわち、上記脂肪族炭化水素基は、直鎖の飽和脂肪族炭化水素基、分岐鎖の飽和脂肪族炭化水素基、環状の飽和脂肪族炭化水素基、直鎖の不飽和脂肪族炭化水素基、分岐鎖の不飽和脂肪族炭化水素基、又は環状の不飽和脂肪族炭化水素基である。上記脂肪族炭化水素基は、好ましくは直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくは直鎖の脂肪族炭化水素基であり、さらに好ましくは直鎖の飽和脂肪族炭化水素基(直鎖のアルキル基)である。   The aliphatic hydrocarbon group is a saturated or unsaturated linear, branched, or cyclic aliphatic hydrocarbon group. That is, the aliphatic hydrocarbon group is a linear saturated aliphatic hydrocarbon group, a branched saturated aliphatic hydrocarbon group, a cyclic saturated aliphatic hydrocarbon group, a linear unsaturated aliphatic hydrocarbon group, It is a branched unsaturated aliphatic hydrocarbon group or a cyclic unsaturated aliphatic hydrocarbon group. The aliphatic hydrocarbon group is preferably a linear or branched aliphatic hydrocarbon group, more preferably a linear aliphatic hydrocarbon group, still more preferably a linear saturated aliphatic hydrocarbon group. (Linear alkyl group).

上記脂肪族炭化水素基の炭素数は、通常、1〜36であり、好ましくは2〜24であり、より好ましくは4〜20である。上記脂肪族炭化水素基の炭素数がこれら数値範囲の上限以下である場合、有機溶媒に対する上記一般式(1)で表される化合物の溶解性をより高くすることができる。また、上記脂肪族炭化水素基の炭素数が2以上、より好ましくは4以上である場合、有機溶媒に対する上記一般式(1)で表される化合物の溶解性をより高くすることができる。   Carbon number of the said aliphatic hydrocarbon group is 1-36 normally, Preferably it is 2-24, More preferably, it is 4-20. When carbon number of the said aliphatic hydrocarbon group is below the upper limit of these numerical ranges, the solubility of the compound represented with the said General formula (1) with respect to an organic solvent can be made higher. Moreover, when the carbon number of the said aliphatic hydrocarbon group is 2 or more, More preferably, the solubility of the compound represented by the said General formula (1) with respect to an organic solvent can be made higher.

上記直鎖の飽和脂肪族炭化水素基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基、n−ヘンエイコシル基、n−ドコシル基、n−トリコシル基、n−テトラコシル基、n−ペンタコシル基、n−ヘキサコシル基、n−ヘプタコシル基、n−オクタコシル基、n−ノナコシル基、n−トリアコンチル基、n−ドトリアコンチル基、n−ヘキサトリアコンチル基等が挙げられる。   Examples of the linear saturated aliphatic hydrocarbon group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, and n-octyl group. N-nonyl group, n-decyl group, n-undecyl group, n-dodecyl group, n-tridecyl group, n-tetradecyl group, n-pentadecyl group, n-hexadecyl group, n-heptadecyl group, n-octadecyl group N-nonadecyl group, n-eicosyl group, n-heneicosyl group, n-docosyl group, n-tricosyl group, n-tetracosyl group, n-pentacosyl group, n-hexacosyl group, n-heptacosyl group, n-octacosyl group , N-nonacosyl group, n-triacontyl group, n-dotriacontyl group, n-hexatriacontyl group and the like.

上記分岐鎖の飽和脂肪族炭化水素基の例としては、iso−プロピル基、iso−ブチル基、t−ブチル基、iso−ペンチル基、t−ペンチル基、sec−ペンチル基、iso−ヘキシル基、sec−ヘプチル基、sec−ノニル基、5−(n−ペンチル)デシル基等が挙げられる。   Examples of the branched saturated aliphatic hydrocarbon group include iso-propyl group, iso-butyl group, t-butyl group, iso-pentyl group, t-pentyl group, sec-pentyl group, iso-hexyl group, A sec-heptyl group, a sec-nonyl group, a 5- (n-pentyl) decyl group, and the like can be given.

上記環状の飽和脂肪族炭化水素基の例としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等が挙げられる。   Examples of the cyclic saturated aliphatic hydrocarbon group include a cyclohexyl group, a cyclopentyl group, an adamantyl group, and a norbornyl group.

上記脂肪族炭化水素基には、飽和脂肪族炭化水素基、すなわちアルキル基と、不飽和脂肪族炭化水素基とが含まれる。上記不飽和脂肪族炭化水素基には、炭素−炭素二重結合を含むアルケニル基と、炭素−炭素三重結合を含むアルキニル基とが含まれる。上記不飽和脂肪族炭化水素基には、これらが組み合わされたもの、すなわち脂肪族炭化水素基中の一部に炭素−炭素二重結合及び炭素−炭素三重結合を同時に含む場合も含まれる。上記脂肪族炭化水素基は、好ましくはアルキル基又はアルキニル基であり、より好ましくはアルキル基である。   The aliphatic hydrocarbon group includes a saturated aliphatic hydrocarbon group, that is, an alkyl group and an unsaturated aliphatic hydrocarbon group. The unsaturated aliphatic hydrocarbon group includes an alkenyl group containing a carbon-carbon double bond and an alkynyl group containing a carbon-carbon triple bond. The unsaturated aliphatic hydrocarbon group includes a combination thereof, that is, a case where a carbon-carbon double bond and a carbon-carbon triple bond are simultaneously included in a part of the aliphatic hydrocarbon group. The aliphatic hydrocarbon group is preferably an alkyl group or an alkynyl group, and more preferably an alkyl group.

上記直鎖の不飽和脂肪族炭化水素基の例としては、ビニル基、アリル基、エイコサジエニル基(例えば11,14−エイコサジエニル基)、4−ペンテニル基等の直鎖のアルケニル基;1−プロピニル、1−ヘキシニル、1−オクチニル、1−デシニル、1−ウンデシニル、1−ドデシニル、1−テトラデシニル、1−ヘキサデシニル、1−ノナデシニル等の直鎖のアルキニル基が挙げられる。   Examples of the linear unsaturated aliphatic hydrocarbon group include linear alkenyl groups such as vinyl group, allyl group, eicosadienyl group (for example, 11,14-eicosadienyl group), 4-pentenyl group; 1-propynyl, Examples thereof include linear alkynyl groups such as 1-hexynyl, 1-octynyl, 1-decynyl, 1-undecynyl, 1-dodecynyl, 1-tetradecynyl, 1-hexadecynyl and 1-nonadecynyl.

上記分岐鎖の不飽和脂肪族炭化水素基の例としては、ゲラニル基(トランス−3,7−ジメチル−2,6−オクタジエン−1−イル基)、ファルネシル基(トランス,トランス−3,7,11−トリメチル−2,6,10−ドデカトリエン−1−イル基)等の分岐鎖のアルケニル基等が挙げられる。   Examples of the branched unsaturated aliphatic hydrocarbon group include geranyl group (trans-3,7-dimethyl-2,6-octadien-1-yl group), farnesyl group (trans, trans-3,7, 11-trimethyl-2,6,10-dodecatrien-1-yl group) and the like.

上記一般式(1)中のR1又はR2で表される脂肪族炭化水素基が不飽和脂肪族炭化水素基である場合、その不飽和脂肪族炭化水素基中の不飽和炭素−炭素結合が(R1又はR2が置換した)ベンゼン環と共役する位置に存在すること、すなわち不飽和炭素−炭素結合の一方の炭素原子が該ベンゼン環に直結していることが好ましい。この場合も、上記と同様に、上記不飽和脂肪族炭化水素基として、アルケニル基よりもアルキニル基の方がより好ましい。 When the aliphatic hydrocarbon group represented by R 1 or R 2 in the general formula (1) is an unsaturated aliphatic hydrocarbon group, the unsaturated carbon-carbon bond in the unsaturated aliphatic hydrocarbon group Is present at a position conjugated with the benzene ring (substituted with R 1 or R 2 ), that is, one carbon atom of the unsaturated carbon-carbon bond is preferably directly connected to the benzene ring. Also in this case, the alkynyl group is more preferable than the alkenyl group as the unsaturated aliphatic hydrocarbon group as described above.

上記一般式(1)中のR1又はR2で表される脂肪族炭化水素基は、ハロゲン原子を有しない脂肪族炭化水素基(無置換の脂肪族炭化水素基)、特に炭素数1〜36の無置換の飽和脂肪族炭化水素基(アルキル基)であることが好ましいが、ハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基、すなわちハロゲン置換脂肪族炭化水素基であってもよい。上記ハロゲン置換脂肪族炭化水素基とは、上記脂肪族炭化水素基の任意の位置の水素原子が、任意の数かつ任意の種類のハロゲン原子で置換されているものを意味する。 The aliphatic hydrocarbon group represented by R 1 or R 2 in the general formula (1) is an aliphatic hydrocarbon group having no halogen atom (an unsubstituted aliphatic hydrocarbon group), particularly 1 to 1 carbon atoms. Although it is preferably 36 unsubstituted saturated aliphatic hydrocarbon groups (alkyl groups), it may be an aliphatic hydrocarbon group having a halogen atom, that is, a halogen-substituted aliphatic hydrocarbon group. The halogen-substituted aliphatic hydrocarbon group means one in which a hydrogen atom at any position of the aliphatic hydrocarbon group is substituted with any number and any kind of halogen atoms.

上記ハロゲン原子は、好ましくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子であり、より好ましくはフッ素原子、塩素原子、又は臭素原子であり、さらに好ましくはフッ素原子又は臭素原子である。   The halogen atom is preferably a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, more preferably a fluorine atom, a chlorine atom, or a bromine atom, and further preferably a fluorine atom or a bromine atom.

上記ハロゲン置換脂肪族炭化水素基の例としては、クロロメチル基、ブロモメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、n−パーフルオロプロピル基、n−パーフルオロブチル基、n−パーフルオロペンチル基、n−パーフルオロオクチル基、n−パーフルオロデシル基、n−(ドデカフルオロ)−6−ヨードヘキシル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル基等が挙げられる。   Examples of the halogen-substituted aliphatic hydrocarbon group include chloromethyl group, bromomethyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, n-perfluoropropyl group, n-perfluorobutyl group, and n-perfluoropentyl group. N-perfluorooctyl group, n-perfluorodecyl group, n- (dodecafluoro) -6-iodohexyl group, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl group, 2,2,3,3 -A tetrafluoropropyl group etc. are mentioned.

〔一般式(1)で表される化合物の製造方法〕
上記一般式(1)で表される化合物は、例えば、K. Takimiya, et al., J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, pp 3044-3050に記載の公知の方法により合成することができる。また、上記一般式(1)で表される化合物は、例えば国際公開第2006/077888号に記載の方法に準じて得ることもできる。
[Method for producing compound represented by general formula (1)]
The compound represented by the general formula (1) is synthesized by a known method described in, for example, K. Takimiya, et al., J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, pp 3044-3050. Can do. Moreover, the compound represented by the said General formula (1) can also be obtained according to the method as described in the international publication 2006/077788, for example.

すなわち、下記一般式(2)   That is, the following general formula (2)

Figure 0006214938
Figure 0006214938

(上記式中、Xはハロゲン原子を表す)
で表される化合物、例えば上記一般式(2)においてXがヨウ素原子である化合物を原料として、この化合物にアセチレン誘導体を作用させてカップリング反応を行うことにより、下記一般式(3)
(In the above formula, X represents a halogen atom)
A compound represented by formula (2), for example, a compound in which X is an iodine atom in the above general formula (2) is used as a raw material, and an acetylene derivative is allowed to act on this compound to carry out a coupling reaction, whereby the following general formula (3)

Figure 0006214938
Figure 0006214938

(上記式中、R3及びR4はそれぞれ独立に、ハロゲン原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基を表す)
で表される化合物を得ることができる。上記一般式(3)で表される化合物は、上記一般式(1)で表される化合物のうちで、R1又はR2がベンゼン環と共役する位置に炭素−炭素三重結合を有する炭素数3以上のアルキニル基(ただしハロゲン原子を有していてもよい)である場合に相当する。したがって、この場合の一般式(1)で表される化合物は、上記カップリング反応により得ることができる。
(In the above formula, R 3 and R 4 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group optionally having a halogen atom)
Can be obtained. The compound represented by the general formula (3) is a compound having a carbon-carbon triple bond at a position where R 1 or R 2 is conjugated with the benzene ring among the compounds represented by the general formula (1). This corresponds to the case of 3 or more alkynyl groups (which may have a halogen atom). Therefore, the compound represented by the general formula (1) in this case can be obtained by the above coupling reaction.

さらに、得られた一般式(3)で表される化合物を定法により還元(水素付加)することにより、上記一般式(1)においてR1またはR2がハロゲン原子を有していてもよい炭素数3以上のアルケニル基又はハロゲン原子を有していてもよい炭素数3以上の飽和の脂肪族炭化水素基(アルキル基)である化合物が得られる。 Furthermore, by reducing (hydrogen addition) the obtained compound represented by the general formula (3) by a conventional method, R 1 or R 2 in the general formula (1) may have a halogen atom. A compound which is a saturated aliphatic hydrocarbon group (alkyl group) having 3 or more carbon atoms which may have an alkenyl group having 3 or more atoms or a halogen atom is obtained.

上記一般式(3)で表される化合物の還元反応の条件、例えば還元反応に用いる反応試薬の種類及び量、及び反応溶媒、及びこれらの組合せを適宜選択すれば、還元反応を炭素−炭素三重結合が炭素−炭素二重結合となるまで進行させた状態で止めることも、還元反応を炭素−炭素三重結合を含む脂肪族炭化水素基が飽和脂肪族炭化水素基となるまで進行させることも可能である。   If the conditions for the reduction reaction of the compound represented by the above general formula (3), for example, the type and amount of the reaction reagent used in the reduction reaction, the reaction solvent, and a combination thereof are appropriately selected, the reduction reaction can be carried out by carbon-carbon triplet. It can be stopped in the state where the bond has progressed to a carbon-carbon double bond, or the reduction reaction can proceed until the aliphatic hydrocarbon group containing a carbon-carbon triple bond becomes a saturated aliphatic hydrocarbon group. It is.

上記一般式(2)で表される化合物とエチレン誘導体とのカップリング反応も、上記一般式(2)で表される化合物とアセチレン誘導体とのカップリング反応と同様に進行する。この場合には、上記一般式(3)における炭素−炭素三重結合を炭素−炭素二重結合に置き換えたアルケニル化合物が得られる。このアルケニル化合物は、上記一般式(1)で表される化合物のうちで、R1又はR2がベンゼン環と共役する位置に炭素−炭素二重結合を有する炭素数3以上のアルケニル基(ただしハロゲン原子を有していてもよい)である場合に相当する。したがって、この場合の一般式(1)で表される化合物は、上記カップリング反応により得ることができる。 The coupling reaction between the compound represented by the general formula (2) and the ethylene derivative proceeds in the same manner as the coupling reaction between the compound represented by the general formula (2) and the acetylene derivative. In this case, an alkenyl compound in which the carbon-carbon triple bond in the general formula (3) is replaced with a carbon-carbon double bond is obtained. This alkenyl compound is an alkenyl group having 3 or more carbon atoms having a carbon-carbon double bond at a position where R 1 or R 2 is conjugated with a benzene ring among the compounds represented by the general formula (1) (however, This may be the case with a halogen atom. Therefore, the compound represented by the general formula (1) in this case can be obtained by the above coupling reaction.

上記一般式(1)で表される化合物の精製方法としては、特に限定されず、再結晶、カラムクロマトグラフィー、及び真空昇華精製等の公知の方法が採用でき、必要に応じてこれらの方法を組合わせて用いてもよい。   The purification method of the compound represented by the general formula (1) is not particularly limited, and known methods such as recrystallization, column chromatography, and vacuum sublimation purification can be adopted. You may use it combining.

上記一般式(1)で表される化合物の具体例を以下の表1〜3に示す。   Specific examples of the compound represented by the general formula (1) are shown in Tables 1 to 3 below.

Figure 0006214938
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Figure 0006214938
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Figure 0006214938
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〔半導体層及びその形成方法、並びにそれに用いる半導体層形成用インク〕
本発明の半導体層は、本発明の有機半導体からなる。
[Semiconductor layer and method for forming the same, and ink for forming semiconductor layer used therein]
The semiconductor layer of the present invention is made of the organic semiconductor of the present invention.

本発明の有機半導体からなる半導体層の形成方法としては、各種の方法を用いることができる。半導体層の形成方法は、真空プロセスによる形成方法と、溶液プロセスによる形成方法とに大別され、何れを用いてもよい。真空プロセスによる半導体層の形成方法としては、スパッタリング法、CVD法、分子線エピタキシャル成長法、真空蒸着法等が挙げられる。溶液プロセスによる半導体層の形成方法としては、ディップコート法、ダイコーター法、ロールコーター法、バーコーター法、スピンコート法等の塗布法;インクジェット法;スクリーン印刷法;オフセット印刷法;マイクロコンタクト印刷法等が挙げられる。以下、半導体層の形成方法について詳細に説明する。   Various methods can be used as a method for forming a semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention. The formation method of the semiconductor layer is roughly classified into a formation method by a vacuum process and a formation method by a solution process, and any of them may be used. Examples of the method for forming a semiconductor layer by a vacuum process include sputtering, CVD, molecular beam epitaxial growth, and vacuum deposition. As a method for forming a semiconductor layer by a solution process, coating methods such as a dip coating method, a die coater method, a roll coater method, a bar coater method, and a spin coating method; an inkjet method; a screen printing method; an offset printing method; a microcontact printing method Etc. Hereinafter, a method for forming a semiconductor layer will be described in detail.

まず、本発明の有機半導体を含む有機材料を用いた真空プロセスによって本発明の有機半導体からなる半導体層を形成する方法について説明する。   First, a method for forming a semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention by a vacuum process using an organic material containing the organic semiconductor of the present invention will be described.

この方法としては、前記有機材料を、ルツボや金属ボート等の容器中で真空下に加熱することで蒸発させ、蒸発した有機材料を、半導体層を形成しようとする物体(以下「被着物」と称する)の表面(以下「被着面」と称する)に付着(蒸着)させる方法(真空蒸着法)が好ましく採用される。この蒸着の際の真空度は、通常は1.0×10-1Pa以下であり、好ましくは1.0×10-4Pa以下である。また、蒸着時の被着物の温度に依って、半導体層の特性が変化し(半導体層が電界効果トランジスタの半導体層である場合には、これにより電界効果トランジスタの特性が変化する)ので、蒸着時の被着物の温度を注意深く選択するのが好ましい。蒸着時の被着物の温度は、通常は0〜200℃であり、好ましくは10〜150℃である。また、蒸着速度は、通常は0.001〜10nm/秒であり、好ましくは0.01〜1nm/秒である。有機材料から形成される半導体層2の厚みは、通常は0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜5μmであり、より好ましくは1nm〜3μmである。 In this method, the organic material is evaporated by heating under vacuum in a container such as a crucible or a metal boat, and the evaporated organic material is converted into an object (hereinafter referred to as an “adherent”) that forms a semiconductor layer. The method of adhering (vapor deposition) to the surface (hereinafter referred to as “deposition surface”) (vacuum deposition method) is preferably employed. The degree of vacuum at the time of vapor deposition is usually 1.0 × 10 −1 Pa or less, and preferably 1.0 × 10 −4 Pa or less. In addition, the characteristics of the semiconductor layer change depending on the temperature of the deposit during vapor deposition (if the semiconductor layer is a semiconductor layer of a field effect transistor, this changes the characteristics of the field effect transistor). It is preferred to carefully select the temperature of the deposit at the time. The temperature of the adherend during vapor deposition is usually 0 to 200 ° C, preferably 10 to 150 ° C. Moreover, a vapor deposition rate is 0.001-10 nm / second normally, Preferably it is 0.01-1 nm / second. The thickness of the semiconductor layer 2 formed from an organic material is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 5 μm, more preferably 1 nm to 3 μm.

なお、半導体層の形成のための有機材料を加熱し蒸発させて被着面に付着させる方法に代えて、加速したアルゴン等のイオンを材料ターゲットに衝突させて材料原子を叩きだし基板に付着させるスパッタリング法を用いてもよい。   Instead of heating and evaporating the organic material for forming the semiconductor layer and attaching it to the deposition surface, accelerated ions such as argon collide with the material target to knock out material atoms and attach them to the substrate. A sputtering method may be used.

次に、本発明の有機半導体を含む溶液(インク)を用いた溶液プロセスによって本発明の有機半導体からなる半導体層を形成する方法について説明する。   Next, a method for forming a semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention by a solution process using a solution (ink) containing the organic semiconductor of the present invention will be described.

本発明の半導体層の形成方法としては、半導体層を形成しようとする表面(被着面)上に、上記固溶体を構成する2種類以上の異なる化合物と溶媒とを含む半導体層形成用インクを塗布し、乾燥させる方法が好適である。   As a method for forming a semiconductor layer of the present invention, a semiconductor layer forming ink containing two or more different compounds constituting a solid solution and a solvent is applied on the surface (attachment surface) on which the semiconductor layer is to be formed. However, a method of drying is preferable.

本発明の有機半導体のうち、前記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体である有機半導体は、有機溶媒に溶解しやすいために溶液プロセスに好適であり、この溶液プロセスにより半導体層を形成したときに実用的な半導体特性を持つ半導体層が得られる。塗布による半導体層の形成方法は、製造時の環境を真空や高温状態にする必要が無いため、大面積の電界効果トランジスタを良好な作業性かつ低コストで製造できるため有利であり、各種の半導体層の形成方法の中でも好ましい。   Among the organic semiconductors of the present invention, an organic semiconductor which is a solid solution containing two or more different compounds represented by the general formula (1) is suitable for a solution process because it is easily dissolved in an organic solvent. When a semiconductor layer is formed by a solution process, a semiconductor layer having practical semiconductor characteristics can be obtained. The method of forming a semiconductor layer by coating is advantageous because a large-area field effect transistor can be manufactured with good workability and low cost because the manufacturing environment does not need to be in a vacuum or high temperature state. It is preferable also in the formation method of a layer.

溶液プロセスによる半導体層の形成方法では、まず、上記固溶体を構成する2種類以上の異なる化合物を溶媒に溶解させることで、半導体層形成用のインクを調製する。本発明の半導体層形成用インクは、本発明の有機半導体からなる半導体層の形成に使用する半導体層形成用インクであって、上記固溶体を構成する2種類以上の異なる化合物と、溶媒とを含んでいる。   In the method of forming a semiconductor layer by a solution process, first, an ink for forming a semiconductor layer is prepared by dissolving two or more different compounds constituting the solid solution in a solvent. The semiconductor layer forming ink of the present invention is a semiconductor layer forming ink used for forming a semiconductor layer comprising the organic semiconductor of the present invention, and includes two or more different compounds constituting the solid solution and a solvent. It is out.

上記半導体層形成用インクに使用する溶媒としては、上記固溶体を構成する2種類以上の異なる化合物がその溶媒に溶解でき、かつインクを用いた被着体上への半導体層の形成が可能となるのあれば、特に限定されるものではない。上記溶媒としては、有機溶媒が好ましい。上記有機溶媒としては、具体的には、例えば、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール系溶媒;オクタフルオロペンタノール、ペンタフルオロプロパノール等のフッ化アルコール系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸エチル、炭酸ジエチル等のエステル系溶媒;トルエン、キシレン、ベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド系溶媒;テトラヒドロフラン、ジイソブチルエーテル等のエーテル系溶媒等が挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。   As the solvent used for the semiconductor layer forming ink, two or more different compounds constituting the solid solution can be dissolved in the solvent, and the semiconductor layer can be formed on the adherend using the ink. If there is, it will not specifically limit. As the solvent, an organic solvent is preferable. Specific examples of the organic solvent include halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, methylene chloride and dichloroethane; alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and butanol; octafluoropentanol and pentafluoropropanol. Fluorinated alcohol solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl benzoate, diethyl carbonate, and other ester solvents; toluene, xylene, benzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, and other aromatic hydrocarbon solvents; acetone, methyl ethyl ketone, methyl Ketone solvents such as isobutyl ketone, cyclopentanone and cyclohexanone; Amide solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; Tetrahydrofuran, diisobutyl ether, etc. Ether solvents, and the like. These may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.

上記半導体層形成用インク中における、上記固溶体を構成する2種類以上の異なる化合物の濃度は、溶媒の種類や、形成する半導体層の厚みによって異なるが、通常は0.001〜50質量%であり、好ましくは0.01〜20質量%である。   The concentration of two or more different compounds constituting the solid solution in the semiconductor layer forming ink varies depending on the type of solvent and the thickness of the semiconductor layer to be formed, but is usually 0.001 to 50% by mass. Preferably, it is 0.01-20 mass%.

上記半導体層形成用インクが前記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含むものである場合、半導体層の成膜性の向上や、後述のドーピング等のために、添加剤や、前記一般式(1)で表される化合物以外の半導体材料を、上記半導体層形成用インクに含有させることも可能である。   In the case where the semiconductor layer forming ink contains two or more different compounds represented by the general formula (1), for the purpose of improving the film formability of the semiconductor layer and doping described later, A semiconductor material other than the compound represented by the general formula (1) can be contained in the semiconductor layer forming ink.

上記半導体層形成用インクを調製する際には、上記固溶体を構成する2種類以上の異なる化合物を溶媒に溶解させ、必要であれば加熱溶解処理(加熱によって溶媒への化合物の溶解を促進させる処理)を行い、溶液を得る。さらに、得られた溶液をフィルターを用いて濾過することによって、不純物等の固形分を除去する。これにより、半導体層形成用インクが得られる。このような半導体層形成用インクを用いると、半導体層の成膜性の向上が見られ、半導体層を形成する上で好ましい。   When preparing the ink for forming a semiconductor layer, two or more different compounds constituting the solid solution are dissolved in a solvent, and if necessary, heat dissolution treatment (treatment that promotes dissolution of the compound in the solvent by heating) ) To obtain a solution. Furthermore, solid content, such as an impurity, is removed by filtering the obtained solution using a filter. Thereby, the semiconductor layer forming ink is obtained. When such a semiconductor layer forming ink is used, the film formability of the semiconductor layer is improved, which is preferable in forming the semiconductor layer.

上記半導体層形成用インクを用いることにより、インクジェット記録方法を用いた有機半導体のパターニング及び回路の作成も可能となる。   By using the semiconductor layer forming ink, it is possible to pattern an organic semiconductor and create a circuit using an ink jet recording method.

次に、上記半導体層形成用インクを、被着面上に塗布し、乾燥させる(溶媒を除去する)。上記半導体層形成用インクの塗布の方法としては、キャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法;インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷、グラビア印刷等の印刷法;マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法;これらの手法を複数組み合わせた方法等を採用できる。   Next, the ink for forming a semiconductor layer is applied onto the adherend surface and dried (the solvent is removed). As the method for applying the semiconductor layer forming ink, there are coating methods such as casting, spin coating, dip coating, blade coating, wire bar coating, and spray coating; ink jet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, gravure printing, etc. Printing techniques; soft lithography techniques such as microcontact printing; and a combination of these techniques.

さらに、塗布方法に類似した半導体層の形成方法として、水面上に上記半導体層形成用インクを滴下することにより半導体層の単分子膜を作製し、その半導体層の単分子膜を被着面上に移し積層させるラングミュアプロジェクト法;液晶状態や融液状態の有機半導体を2枚の基板で挟む方法;液晶状態や融液状態の有機半導体を毛管現象で基板間に導入する方法等も採用できる。   Further, as a method of forming a semiconductor layer similar to the coating method, a monomolecular film of the semiconductor layer is produced by dropping the above-described ink for forming a semiconductor layer on the water surface, and the monomolecular film of the semiconductor layer is formed on the deposition surface. The Langmuir project method in which the organic semiconductor in the liquid crystal state or the melt state is sandwiched between two substrates; the method in which the organic semiconductor in the liquid crystal state or the melt state is introduced between the substrates by capillary action, or the like can also be employed.

この方法により形成される半導体層の厚みは、その機能を損なわない範囲で薄い方が好ましい。半導体層の厚みが大きくなると、半導体層が電界効果トランジスタの半導体層である場合に漏れ電流が大きくなる懸念がある。半導体層の厚みは、通常は0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜5μmであり、より好ましくは1nm〜3μmである。   The thickness of the semiconductor layer formed by this method is preferably thin as long as the function is not impaired. When the thickness of the semiconductor layer increases, there is a concern that the leakage current increases when the semiconductor layer is a semiconductor layer of a field effect transistor. The thickness of the semiconductor layer is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 5 μm, more preferably 1 nm to 3 μm.

〔電界効果トランジスタ〕
本発明の電界効果トランジスタ(Field effect transistor、以下「FET」と略することがある)は、本発明の有機半導体からなる半導体層を含むものである。本発明の電界効果トランジスタは、より詳細には、本発明の有機半導体からなる半導体層を含む少なくとも1つの半導体層と、該半導体層に接して互いに離間するように配設された2つの電極、すなわちソース電極及びドレイン電極と、上記半導体層におけるソース電極に接する表面とドレイン電極に接する表面との間の領域(チャネル領域)に対向するように配設されたゲート電極と呼ばれるもう1つの電極とを備え、ソース電極及びドレイン電極間に流れる電流を、ゲート電極に印加する電圧によって制御するものである。
[Field Effect Transistor]
A field effect transistor (hereinafter, sometimes abbreviated as “FET”) of the present invention includes a semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention. In more detail, the field effect transistor of the present invention includes at least one semiconductor layer including a semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention, and two electrodes disposed so as to be in contact with and separated from the semiconductor layer, That is, a source electrode and a drain electrode, and another electrode called a gate electrode disposed so as to face a region (channel region) between a surface in contact with the source electrode and a surface in contact with the drain electrode in the semiconductor layer, The current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled by the voltage applied to the gate electrode.

一般に、電界効果トランジスタとして、ゲート電極が絶縁体層で半導体層と絶縁されている構造(Metal−Insulator−Semiconductor;MIS構造)の電界効果トランジスタがよく用いられる。MIS構造のうちで絶縁体層として金属酸化膜を用いたものは、MOS(Metal−Oxide−Semiconductor)構造と呼ばれる。他の構造の電界効果トランジスタとしては、半導体層に対してショットキー障壁を介してゲート電極が形成されている構造(Metal−Semiconductor;MES構造)のものもあるが、有機半導体を用いた電界効果トランジスタの場合、MIS構造がよく用いられる。   In general, a field effect transistor having a structure in which a gate electrode is insulated from a semiconductor layer by an insulator layer (Metal-Insulator-Semiconductor) (MIS structure) is often used as a field effect transistor. The MIS structure using a metal oxide film as an insulator layer is called a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure. Other field effect transistors include a structure in which a gate electrode is formed on a semiconductor layer through a Schottky barrier (Metal Semiconductor: MES structure), but a field effect using an organic semiconductor is used. In the case of a transistor, a MIS structure is often used.

以下、図1を用いて本発明の電界効果トランジスタについてより詳細に説明するが、本発明はこれらの構造には限られない。   Hereinafter, the field effect transistor of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited to these structures.

図1に、本発明の電界効果トランジスタの幾つかの態様例を模式図として示す。図1(a)〜図1(d)に示す各例の電界効果トランジスタ10A〜10Dは、ソース電極1、本発明の有機半導体からなる半導体層を含む少なくとも1つの半導体層2、ドレイン電極3、絶縁体層4、ゲート電極5、及び基板6を備えている。図1(e)に示す例の電界効果トランジスタ10Eは、ソース電極1、本発明の有機半導体からなる半導体層を含む少なくとも1つの半導体層2、ドレイン電極3、及びゲート電極5を備えている。なお、各層2,4及び電極1,3,5の配置は、電界効果トランジスタの用途により適宜選択できる。   FIG. 1 is a schematic diagram showing some examples of the field effect transistor of the present invention. A field effect transistor 10A to 10D of each example shown in FIGS. 1A to 1D includes a source electrode 1, at least one semiconductor layer 2 including a semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention, a drain electrode 3, An insulator layer 4, a gate electrode 5, and a substrate 6 are provided. The field effect transistor 10E in the example shown in FIG. 1E includes a source electrode 1, at least one semiconductor layer 2 including a semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention, a drain electrode 3, and a gate electrode 5. The arrangement of the layers 2 and 4 and the electrodes 1, 3, and 5 can be appropriately selected depending on the use of the field effect transistor.

電界効果トランジスタ10A〜10Dは、基板6、ソース電極1、及びドレイン電極3と平行な方向に電流が流れるので、横型FETと呼ばれる。電界効果トランジスタ10A及び電界効果トランジスタ10Cは、半導体層2の下面(基板6側の面)上にソース電極1及びドレイン電極3が配置された構造となっており、この構造はボトムコンタクト構造と呼ばれる。電界効果トランジスタ10Bは、半導体層2の上面(基板6から遠い側の面)上にソース電極1及びドレイン電極3が配置された構造となっており、この構造はトップコンタクト構造と呼ばれる。電界効果トランジスタ10Dは、ソース電極1及びドレイン電極3の一方が半導体層2の上面上に配置され、他方が半導体層2の下面上に配設された構造となっており、この構造はトップ&ボトムコンタクト構造と呼ばれる。   The field effect transistors 10 </ b> A to 10 </ b> D are called lateral FETs because current flows in a direction parallel to the substrate 6, the source electrode 1, and the drain electrode 3. The field effect transistor 10A and the field effect transistor 10C have a structure in which the source electrode 1 and the drain electrode 3 are disposed on the lower surface (surface on the substrate 6 side) of the semiconductor layer 2, and this structure is called a bottom contact structure. . The field effect transistor 10B has a structure in which the source electrode 1 and the drain electrode 3 are disposed on the upper surface (surface far from the substrate 6) of the semiconductor layer 2, and this structure is called a top contact structure. The field effect transistor 10D has a structure in which one of the source electrode 1 and the drain electrode 3 is disposed on the upper surface of the semiconductor layer 2, and the other is disposed on the lower surface of the semiconductor layer 2. This is called a bottom contact structure.

電界効果トランジスタ10A、電界効果トランジスタ10B、及び電界効果トランジスタ10Dは、半導体層2の下側(基板6側)にゲート電極5が配置された構造となっており、この構造はボトムゲート構造と呼ばれる。ボトムゲート構造では、単一の導電性基板(例えばシリコンウェハー)がゲート電極5と基板6とを兼ねてもよい。電界効果トランジスタ10Cは、半導体層2の上側(基板6から遠い側)にゲート電極5が配置された構造となっており、この構造はトップゲート構造と呼ばれる。   The field effect transistor 10A, the field effect transistor 10B, and the field effect transistor 10D have a structure in which the gate electrode 5 is disposed on the lower side (substrate 6 side) of the semiconductor layer 2, and this structure is called a bottom gate structure. . In the bottom gate structure, a single conductive substrate (for example, a silicon wafer) may serve as the gate electrode 5 and the substrate 6. The field effect transistor 10C has a structure in which the gate electrode 5 is disposed on the upper side (the side far from the substrate 6) of the semiconductor layer 2, and this structure is called a top gate structure.

電界効果トランジスタ10Aは、ボトムコンタクト−ボトムゲート型電界効果トランジスタと呼ばれるものである。電界効果トランジスタ10Aは、基板6と、基板6の上面上に配設されたゲート電極5と、ゲート電極5の上面上に配設された絶縁体層4と、絶縁体層4の上面の一端部上に配設されたソース電極1と、絶縁体層4の上面の他端部上に配設されたドレイン電極3と、絶縁体層4の上面の中央部(両端部を除く部分)、ソース電極1の上面の一部、及びドレイン電極3の上面の一部の上に配設された半導体層2とを備えている。   The field effect transistor 10A is called a bottom contact-bottom gate field effect transistor. The field effect transistor 10A includes a substrate 6, a gate electrode 5 disposed on the upper surface of the substrate 6, an insulator layer 4 disposed on the upper surface of the gate electrode 5, and one end of the upper surface of the insulator layer 4. A source electrode 1 disposed on the portion, a drain electrode 3 disposed on the other end portion of the upper surface of the insulator layer 4, a central portion (portion excluding both end portions) of the upper surface of the insulator layer 4, The semiconductor layer 2 is provided on a part of the upper surface of the source electrode 1 and a part of the upper surface of the drain electrode 3.

電界効果トランジスタ10Bは、トップコンタクト−ボトムゲート型電界効果トランジスタと呼ばれるものである。電界効果トランジスタ10Bは、基板6と、基板6の上面上に配設されたゲート電極5と、ゲート電極5の上面上に配設された絶縁体層4と、絶縁体層4の上面上に配設された半導体層2と、半導体層2の上面の一部の上に互いに離間するように配設されたソース電極1及びドレイン電極3とを備えている。   The field effect transistor 10B is called a top contact-bottom gate type field effect transistor. The field effect transistor 10B includes a substrate 6, a gate electrode 5 disposed on the upper surface of the substrate 6, an insulator layer 4 disposed on the upper surface of the gate electrode 5, and an upper surface of the insulator layer 4. The semiconductor layer 2 is provided, and the source electrode 1 and the drain electrode 3 are provided on a part of the upper surface of the semiconductor layer 2 so as to be separated from each other.

電界効果トランジスタ10Cは、ボトムコンタクト−トップゲート型電界効果トランジスタと呼ばれるものである。電界効果トランジスタ10Cは、有機単結晶半導体を用いた電界効果トランジスタによく用いられる構造である。電界効果トランジスタ10Cは、基板6と、基板6の上面上に配設された半導体層2と、半導体層2の上面の一部の上に互いに離間するように配設されたソース電極1及びドレイン電極3と、絶縁体層4の上面(ただしソース電極1及びドレイン電極3が配設されている部分を除く)、ソース電極1の上面、及びドレイン電極3の上面の上に配設された絶縁体層4と、絶縁体層4上に配設されたゲート電極5とを備えている。   The field effect transistor 10C is called a bottom contact-top gate field effect transistor. The field effect transistor 10C has a structure often used for a field effect transistor using an organic single crystal semiconductor. The field effect transistor 10 </ b> C includes a substrate 6, a semiconductor layer 2 disposed on the upper surface of the substrate 6, and a source electrode 1 and a drain disposed on a part of the upper surface of the semiconductor layer 2 so as to be separated from each other. Insulation disposed on the upper surface of the electrode 3 and the insulator layer 4 (except for the portion where the source electrode 1 and the drain electrode 3 are disposed), the upper surface of the source electrode 1 and the upper surface of the drain electrode 3 A body layer 4 and a gate electrode 5 disposed on the insulator layer 4 are provided.

電界効果トランジスタ10Dは、トップ&ボトムコンタクト型電界効果トランジスタと呼ばれるものである。電界効果トランジスタ10Dは、基板6と、基板6の上面上に配設されたゲート電極5と、ゲート電極5の上面上に配設された絶縁体層4と、絶縁体層4の上面の一端部上に配設されたソース電極1と、絶縁体層4の上面(ただしソース電極1が配設されている部分を除く)及びソース電極1の上面の上に配設された半導体層2と、半導体層2の上面におけるソース電極1から遠い側の端部上に配設されたドレイン電極3とを備えている。   The field effect transistor 10D is called a top & bottom contact type field effect transistor. The field effect transistor 10D includes a substrate 6, a gate electrode 5 disposed on the upper surface of the substrate 6, an insulator layer 4 disposed on the upper surface of the gate electrode 5, and one end of the upper surface of the insulator layer 4. A source electrode 1 disposed on the portion, an upper surface of the insulator layer 4 (except for a portion where the source electrode 1 is disposed) and a semiconductor layer 2 disposed on the upper surface of the source electrode 1 And a drain electrode 3 disposed on an end of the upper surface of the semiconductor layer 2 on the side far from the source electrode 1.

電界効果トランジスタ10Eは、ソース電極1及びドレイン電極3と垂直な方向に電流が流れる、縦型の構造をもつ電界効果トランジスタの1種であって、静電誘導トランジスタ(SIT)である。電界効果トランジスタ10Eは、互いに平行にかつ離間するように配設されたソース電極1及びドレイン電極3と、ソース電極1及びドレイン電極3の間に挟持されるように配設された半導体層2と、ソース電極1及びドレイン電極3に平行なメッシュ状に半導体層2中に埋め込まれた複数のゲート電極5とを備えている。この静電誘導トランジスタ(電界効果トランジスタ10E)は、半導体層2中の電流の流れが平面状に広がるので、図1(e)中に矢印で示すように一度に大量のキャリア8がソース電極1側からドレイン電極3側へ移動できる。また、この静電誘導トランジスタ(電界効果トランジスタ10E)は、ソース電極1及びドレイン電極3が縦方向(半導体層2に垂直な方向)に並ぶように配されているので、ソース電極1とドレイン電極3との間の距離を短くできるため、応答が高速である。従って、この静電誘導トランジスタ(電界効果トランジスタ10E)は、大電流を流す、あるいは高速のスイッチングを行う等の用途に好ましく適用できる。なお、図1(e)には、基板を示していないが、通常の場合、電界効果トランジスタ10Eにおけるソース電極1及びドレイン電極3の外側には、基板6と同様の基板が設けられる。   The field effect transistor 10E is a type of field effect transistor having a vertical structure in which current flows in a direction perpendicular to the source electrode 1 and the drain electrode 3, and is a static induction transistor (SIT). The field effect transistor 10E includes a source electrode 1 and a drain electrode 3 disposed so as to be parallel and spaced apart from each other, and a semiconductor layer 2 disposed so as to be sandwiched between the source electrode 1 and the drain electrode 3. And a plurality of gate electrodes 5 embedded in the semiconductor layer 2 in a mesh shape parallel to the source electrode 1 and the drain electrode 3. In this electrostatic induction transistor (field effect transistor 10E), the flow of current in the semiconductor layer 2 spreads in a plane, so that a large number of carriers 8 are generated at a time at the source electrode 1 as shown by arrows in FIG. It can move from the side to the drain electrode 3 side. Further, since the electrostatic induction transistor (field effect transistor 10E) is arranged such that the source electrode 1 and the drain electrode 3 are arranged in the vertical direction (direction perpendicular to the semiconductor layer 2), the source electrode 1 and the drain electrode Since the distance to 3 can be shortened, the response is fast. Therefore, this electrostatic induction transistor (field effect transistor 10E) can be preferably applied to applications such as passing a large current or performing high-speed switching. Although FIG. 1E does not show a substrate, in the normal case, a substrate similar to the substrate 6 is provided outside the source electrode 1 and the drain electrode 3 in the field effect transistor 10E.

次に、各態様例の電界効果トランジスタ10A〜10Dにおける各構成要素について以下に説明する。   Next, each component in the field effect transistors 10A to 10D of each embodiment will be described below.

基板6は、その上に形成される各構成要素を剥離することなく保持できることが必要である。基板6の材料としては、例えば、樹脂板、樹脂フィルム、紙、ガラス板、石英板、セラミック板等のような絶縁性基板;金属又は合金等からなる導電性基板上にコーティング等により絶縁層を形成した基板;樹脂と無機材料との組み合わせ等のような各種組み合わせからなる基板;半導体基板(例えばシリコンウェハー)等の導電性基板等を使用することができる。上記樹脂板及び樹脂フィルムを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリエーテルイミド等が挙げられる。基板6として樹脂フィルム又は紙を用いると、電界効果トランジスタ10A〜10Dに可撓性を持たせることができ、電界効果トランジスタ10A〜10Dがフレキシブルで軽量となり、電界効果トランジスタ10A〜10Dの実用性が向上する。基板6の厚みは、通常は1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。   The board | substrate 6 needs to be able to hold | maintain without peeling each component formed on it. Examples of the material of the substrate 6 include an insulating substrate such as a resin plate, a resin film, paper, a glass plate, a quartz plate, and a ceramic plate; an insulating layer formed by coating or the like on a conductive substrate made of a metal or an alloy. The formed substrate; a substrate composed of various combinations such as a combination of a resin and an inorganic material; and a conductive substrate such as a semiconductor substrate (for example, a silicon wafer) can be used. Examples of the resin constituting the resin plate and the resin film include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polycarbonate, cellulose triacetate, and polyetherimide. When a resin film or paper is used as the substrate 6, the field effect transistors 10A to 10D can be made flexible. The field effect transistors 10A to 10D are flexible and light, and the field effect transistors 10A to 10D are practical. improves. The thickness of the substrate 6 is usually 1 μm to 10 mm, preferably 5 μm to 5 mm.

ソース電極1、ドレイン電極3、及びゲート電極5には、導電性を有する材料が用いられる。上記導電性を有する材料としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、コバルト、銅、鉄、鉛、錫、チタン、インジウム、パラジウム、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、リチウム、カリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金;InO2、ZnO2、SnO2、ITO(酸化インジウムスズ)等の導電性酸化物;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、ポリパラフェニレンビニレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子化合物;シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体;カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料等が使用できる。また、導電性高分子化合物や半導体は、ドーピングが施されたものであってもよい。そのドーピングに用いるドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸;PF5、AsF5、FeCl3等のルイス酸;ヨウ素等のハロゲン;リチウム、ナトリウム、カリウム等の金属等が用いられる。また、これら材料(ただし後述する粒子とは異なる材料)中に、カーボンブラックや金属粒子(金粒子、白金粒子、銀粒子、銅粒子等)等の粒子を分散した導電性の複合材料も用いられる。 A conductive material is used for the source electrode 1, the drain electrode 3, and the gate electrode 5. Examples of the conductive material include platinum, gold, silver, aluminum, chromium, tungsten, tantalum, nickel, cobalt, copper, iron, lead, tin, titanium, indium, palladium, molybdenum, magnesium, calcium, and barium. Metals such as lithium, potassium and sodium and alloys containing them; conductive oxides such as InO 2 , ZnO 2 , SnO 2 and ITO (indium tin oxide); polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene vinylene, Conductive polymer compounds such as polydiacetylene; semiconductors such as silicon, germanium, and gallium arsenide; carbon materials such as carbon black, fullerene, carbon nanotube, and graphite can be used. Further, the conductive polymer compound or the semiconductor may be doped. Examples of the dopant used for the doping include acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ; halogens such as iodine; metals such as lithium, sodium and potassium. . In addition, conductive composite materials in which particles such as carbon black and metal particles (gold particles, platinum particles, silver particles, copper particles, etc.) are dispersed in these materials (however, materials different from those described later) are also used. .

ソース電極1、ドレイン電極3、及びゲート電極5には、図1には示していないが、配線が連結される。上記配線は、ソース電極1、ドレイン電極3、及びゲート電極5に用いられるのとほぼ同様の導電性を有する材料により作製される。   Although not shown in FIG. 1, wiring is connected to the source electrode 1, the drain electrode 3, and the gate electrode 5. The wiring is made of a material having substantially the same conductivity as that used for the source electrode 1, the drain electrode 3, and the gate electrode 5.

絶縁体層4としては、絶縁性を有する材料(絶縁体材料)が用いられる。上記絶縁性を有する材料としては、例えば、ポリパラキシリレン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらポリマーの構成単位を2種類以上組み合わせた共重合体;二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル等の(強誘電性でない)酸化物;SrTiO3、BaTiO3等の強誘電性酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物;硫化物;フッ化物等の誘電体を使用できる。また、上記絶縁性を有する材料として、ポリマー中に上記誘電体(ただし上記ポリマーとは異なる材料)の粒子を分散させた材料も使用できる。絶縁体層4の厚みは、絶縁体層4を構成する材料によって異なるが、通常は0.1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜50μmであり、より好ましくは5nm〜10μmである。 As the insulator layer 4, an insulating material (insulator material) is used. Examples of the insulating material include polyparaxylylene, polyacrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinylphenol, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, epoxy resin, Polymers such as phenol resins and copolymers in which two or more of these polymer structural units are combined; oxides (non-ferroelectric) such as silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, tantalum oxide; SrTiO 3 , BaTiO 3, etc. Ferroelectric oxides; nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride; sulfides; dielectrics such as fluorides can be used. In addition, as the material having the insulating property, a material in which particles of the dielectric (however, a material different from the polymer) are dispersed in a polymer can be used. The thickness of the insulator layer 4 varies depending on the material constituting the insulator layer 4, but is usually 0.1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 50 μm, more preferably 5 nm to 10 μm.

半導体層2は、本発明の有機半導体からなる少なくとも1つの半導体層であってもよく、本発明の有機半導体からなる少なくとも1つの半導体層と他の有機半導体からなる少なくとも1つの半導体層とを積層したものであってもよい。   The semiconductor layer 2 may be at least one semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention, and is laminated with at least one semiconductor layer made of the organic semiconductor of the present invention and at least one semiconductor layer made of another organic semiconductor. It may be what you did.

半導体層2の厚みは、必要な機能を失わない範囲で薄いほど好ましい。電界効果トランジスタ10A、10B及び10D等のような横型の電界効果トランジスタにおいては、半導体層2が所定以上の厚みを有していれば電界効果トランジスタの特性は半導体層2の厚みに依存しない一方、半導体層2の厚みが厚くなると漏れ電流が増加してくることが多いため、半導体層2の厚みが適当な範囲にあることが好ましい。半導体層2の厚みは、半導体層2に必要とされる機能を半導体層2が果たすために、通常は0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜5μmであり、より好ましくは1nm〜3μmである。   The thickness of the semiconductor layer 2 is preferably as thin as possible without losing necessary functions. In lateral field effect transistors such as the field effect transistors 10A, 10B, and 10D, the characteristics of the field effect transistor do not depend on the thickness of the semiconductor layer 2 as long as the semiconductor layer 2 has a predetermined thickness or more. Since the leakage current often increases as the thickness of the semiconductor layer 2 increases, the thickness of the semiconductor layer 2 is preferably in an appropriate range. The thickness of the semiconductor layer 2 is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 5 μm, more preferably 1 nm to 1 nm in order for the semiconductor layer 2 to perform the function required for the semiconductor layer 2. 3 μm.

本発明の電界効果トランジスタでは、上述した各構成要素の間や、上述した各構成要素の露出した表面に、必要に応じて他の層を設けてもよい。例えば、本発明の電界効果トランジスタにおける半導体層上に直接または他の層を介して保護層を形成してもよい。これにより、電界効果トランジスタの電気的特性に対する湿度等の外気の影響を小さくして電界効果トランジスタの電気的特性を安定化でき、また、電界効果トランジスタのON/OFF比等の電気的特性を向上させることができる。   In the field effect transistor of the present invention, other layers may be provided between the above-described components or on the exposed surfaces of the above-described components as necessary. For example, the protective layer may be formed directly or via another layer on the semiconductor layer in the field effect transistor of the present invention. As a result, the influence of outside air such as humidity on the electrical characteristics of the field effect transistor can be reduced to stabilize the electrical characteristics of the field effect transistor, and the electrical characteristics such as the ON / OFF ratio of the field effect transistor can be improved. Can be made.

上記保護層を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂;酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機酸化膜;窒化膜等の誘電体が好ましく、酸素の透過率、水分の透過率、及び吸水率の小さい樹脂(ポリマー)がより好ましい。上記保護層を構成する材料として、近年、有機ELディスプレイ用に開発されている保護材料も使用できる。上記保護層の厚みは、その目的に応じて任意の厚みを採用できるが、通常は100nm〜1mmである。   Although it does not specifically limit as a material which comprises the said protective layer, For example, various resins, such as acrylic resins, such as an epoxy resin and polymethylmethacrylate, a polyurethane, a polyimide, polyvinyl alcohol, a fluororesin, polyolefin; silicon oxide, aluminum oxide, An inorganic oxide film such as silicon nitride; a dielectric such as a nitride film is preferable, and a resin (polymer) having a low oxygen transmission rate, a water transmission rate, and a low water absorption rate is more preferable. As a material constituting the protective layer, a protective material that has been developed for an organic EL display in recent years can also be used. Although the arbitrary thickness can be employ | adopted for the thickness of the said protective layer according to the objective, Usually, they are 100 nm-1 mm.

また、半導体層が形成される表面(基板表面、絶縁体層表面等)に、半導体層の形成前に表面処理を行うことにより、電界効果トランジスタの特性を向上させることが可能である。例えば、半導体層が形成される表面の親水性/疎水性の度合いを調整することにより、その表面の上に形成される半導体層の質を改良しうる。特に、有機半導体からなる半導体層は、分子の配向等のような層の状態によってその特性が大きく変わることがある。そのため、半導体層が形成される表面への表面処理によって、半導体層が形成される表面とその表面上に形成される半導体層との界面部分における分子の配向が制御されると共に、半導体層が形成される基材(基板や絶縁体層等)中のトラップ部位が低減され、これらにより電界効果トランジスタのキャリア移動度等の特性が改良されるものと考えられる。トラップ部位とは、未処理の基材中に存在する水酸基等の官能基を指す。半導体層が形成される基材中にこのような官能基が存在すると、電子が該官能基に引き寄せられ、この結果として、電界効果トランジスタのキャリア移動度が低下する。従って、半導体層が形成される基材中のトラップ部位を低減することも、電界効果トランジスタのキャリア移動度等の特性改良には有効な場合が多い。このような半導体層が形成される基材の表面処理としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等による疎水化処理;塩酸、硫酸、酢酸等の酸による酸処理;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等のアルカリによるアルカリ処理;オゾン処理;フッ素化処理;酸素プラズマやアルゴンプラズマ等のプラズマによるプラズマ処理;ラングミュア・ブロジェット膜の形成処理;その他の絶縁体や半導体の薄膜を形成する処理;機械的処理;コロナ放電等の電気的処理;繊維等を利用したラビング処理等が挙げられる。   In addition, by performing surface treatment on the surface on which the semiconductor layer is formed (substrate surface, insulator layer surface, or the like) before forming the semiconductor layer, the characteristics of the field effect transistor can be improved. For example, the quality of the semiconductor layer formed on the surface can be improved by adjusting the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the surface on which the semiconductor layer is formed. In particular, the characteristics of a semiconductor layer made of an organic semiconductor may vary greatly depending on the state of the layer, such as molecular orientation. Therefore, the surface treatment on the surface where the semiconductor layer is formed controls the molecular orientation at the interface between the surface where the semiconductor layer is formed and the semiconductor layer formed on the surface, and the semiconductor layer is formed. It is considered that trap sites in the base material (substrate, insulator layer, etc.) to be formed are reduced, and these improve characteristics such as carrier mobility of the field effect transistor. The trap site refers to a functional group such as a hydroxyl group present in an untreated substrate. When such a functional group is present in the base material on which the semiconductor layer is formed, electrons are attracted to the functional group, and as a result, the carrier mobility of the field effect transistor decreases. Therefore, reducing trap sites in the base material on which the semiconductor layer is formed is often effective in improving characteristics such as carrier mobility of the field effect transistor. Examples of the surface treatment of the substrate on which such a semiconductor layer is formed include, for example, a hydrophobic treatment with hexamethyldisilazane, cyclohexene, octadecyltrichlorosilane, etc .; an acid treatment with acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid; sodium hydroxide Alkali treatment with alkali such as potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, etc .; ozone treatment; fluorination treatment; plasma treatment with plasma such as oxygen plasma or argon plasma; formation treatment of Langmuir / Blodgett film; Examples include a process for forming a semiconductor thin film; a mechanical process; an electrical process such as corona discharge; and a rubbing process using fibers.

本発明の電界効果トランジスタの各層及び各電極を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法(インクジェット印刷等)、ゾルゲル法等を適宜採用することができる。上記各層及び各電極を形成する方法としては、コストや手間の問題を考慮すると、塗布法、又は、インクジェット印刷等の印刷法が好ましい。   As a method for forming each layer and each electrode of the field effect transistor of the present invention, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method (inkjet printing or the like), a sol-gel method, or the like can be appropriately employed. As a method for forming each layer and each electrode, a coating method or a printing method such as inkjet printing is preferable in consideration of cost and labor.

〔電界効果トランジスタの製造方法〕
次に、本発明の電界効果トランジスタの製造方法について、図1(a)に示す態様例のボトムコンタクト−ボトムコンタクト型の電界効果トランジスタ(FET)10Aを例として、図2に基づき以下に説明する。
[Method of Manufacturing Field Effect Transistor]
Next, a method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention will be described below with reference to FIG. 2, taking as an example a bottom contact-bottom contact field effect transistor (FET) 10A of the embodiment shown in FIG. .

この製造方法は、前述した電界効果トランジスタ10B〜10E等の他の態様の電界効果トランジスタにも同様に適用しうるものである。   This manufacturing method can be similarly applied to field effect transistors of other modes such as the above-described field effect transistors 10B to 10E.

(基板6の用意及び基板6の表面処理)
電界効果トランジスタ10Aの製造方法では、まず基板6を用意し(図2(a)参照)、基板6上に必要な各種の層や電極を設けることで電界効果トランジスタ10Aを作製する。基板6としては、前述したものが使用できる。この基板6上に前述の表面処理などを行うことも可能である。基板6の厚みは、必要な機能を妨げない範囲で薄い方が好ましい。基板6の厚みは、基板6を構成する材料によっても異なるが、通常は1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。また、必要により、基板6に電極の機能を持たせるようにしてもよい。
(Preparation of substrate 6 and surface treatment of substrate 6)
In the method of manufacturing the field effect transistor 10A, first, the substrate 6 is prepared (see FIG. 2A), and the field effect transistor 10A is manufactured by providing various layers and electrodes necessary on the substrate 6. As the substrate 6, those described above can be used. It is also possible to perform the above-described surface treatment on the substrate 6. The thickness of the substrate 6 is preferably thin as long as necessary functions are not hindered. Although the thickness of the board | substrate 6 changes also with the material which comprises the board | substrate 6, it is 1 micrometer-10 mm normally, Preferably it is 5 micrometers-5 mm. If necessary, the substrate 6 may have an electrode function.

(ゲート電極5の形成)
次に、基板6上にゲート電極5を形成する(図2(b)参照)。ゲート電極5を形成する方法としては、各種の方法を用いることができ、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、熱転写法、印刷法、ゾルゲル法等を採用できる。ゲート電極5を構成する材料(電極材料)の層を形成する時、又はその層を形成した後に、必要に応じて所望の形状になるよう層をパターニングするのが好ましい。層のパターニングの方法としても、各種の方法を用いうるが、例えば、フォトレジストのパターニングとエッチングとを組み合わせたフォトリソグラフィー法等が挙げられる。また、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法;マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法;又はこれら手法を複数組み合わせた手法を利用して、層をパターニングすることも可能である。ゲート電極5の厚みは、ゲート電極5を構成する材料によっても異なるが、通常は0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜5μmであり、より好ましくは1nm〜3μmである。また、単一の導電性基板がゲート電極5と基板6とを兼ねる場合には、その単一の導電性基板の厚みは、上述したゲート電極5の厚みの範囲より厚くてもよい。
(Formation of the gate electrode 5)
Next, the gate electrode 5 is formed on the substrate 6 (see FIG. 2B). As a method for forming the gate electrode 5, various methods can be used. For example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a thermal transfer method, a printing method, a sol-gel method, or the like can be employed. When forming a layer of a material (electrode material) constituting the gate electrode 5, or after forming the layer, the layer is preferably patterned so as to have a desired shape as necessary. Various methods can be used as the layer patterning method, and examples thereof include a photolithography method in which patterning and etching of a photoresist are combined. It is also possible to pattern layers using printing methods such as inkjet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, etc .; soft lithography techniques such as microcontact printing; or a combination of these techniques. is there. The thickness of the gate electrode 5 varies depending on the material constituting the gate electrode 5, but is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 5 μm, more preferably 1 nm to 3 μm. When a single conductive substrate serves as the gate electrode 5 and the substrate 6, the thickness of the single conductive substrate may be larger than the range of the thickness of the gate electrode 5 described above.

(絶縁体層4の形成)
次に、ゲート電極5上に絶縁体層4を形成する(図2(c)参照)。絶縁体層4の形成には、各種の方法を用いることができる。絶縁体層4の形成に用いることができる方法としては、例えば、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、キャスト、バーコート、ブレードコーティング等の塗布法;スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット等の印刷法;真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、CVD(化学蒸着)法等のドライプロセス法等の各種の方法が挙げられる。、絶縁体層4の形成方法として、その他、ゾルゲル法や、アルミニウム上にアルマイトを形成する方法のように金属の表層を酸化して酸化物膜を形成する方法等も採用できる。
(Formation of insulator layer 4)
Next, the insulator layer 4 is formed on the gate electrode 5 (see FIG. 2C). Various methods can be used to form the insulator layer 4. Examples of methods that can be used for forming the insulator layer 4 include spin coating, spray coating, dip coating, casting, bar coating, blade coating, and other coating methods; screen printing, offset printing, inkjet printing, and the like; Various methods such as a vacuum process, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, an ion plating method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, a dry process method such as a CVD (chemical vapor deposition) method and the like can be mentioned. As a method for forming the insulator layer 4, other methods such as a sol-gel method or a method of forming an oxide film by oxidizing a metal surface layer, such as a method of forming alumite on aluminum, can be employed.

なお、絶縁体層4と半導体層2とが接する部分においては、絶縁体層4と半導体層2との界面で半導体層2を構成する化合物の分子、例えば上記一般式(1)で表される化合物の分子を良好に配向させるために、絶縁体層4に所定の表面処理を行うこともできる。絶縁体層4の表面処理の手法としては、基板6の表面処理の手法と同様のものを用いうる。絶縁体層4の厚みは、その機能を損なわない範囲で薄い方が好ましい。絶縁体層4の厚みは、通常は0.1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜50μmであり、より好ましくは5nm〜10μmである。   In the portion where the insulator layer 4 and the semiconductor layer 2 are in contact with each other, a molecule of a compound constituting the semiconductor layer 2 at the interface between the insulator layer 4 and the semiconductor layer 2, for example, represented by the general formula (1) above. In order to satisfactorily align the compound molecules, the insulator layer 4 may be subjected to a predetermined surface treatment. As the surface treatment method of the insulator layer 4, the same method as the surface treatment method of the substrate 6 can be used. The thickness of the insulator layer 4 is preferably as thin as possible without impairing its function. The thickness of the insulator layer 4 is usually 0.1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 50 μm, more preferably 5 nm to 10 μm.

(ソース電極1及びドレイン電極3の形成)
次に、絶縁体層4上にソース電極1及びドレイン電極3を形成する(図2(d)参照)。ソース電極1及びドレイン電極3の形成方法等は、ゲート電極5の形成方法等に準じたものとすることができる。
(Formation of source electrode 1 and drain electrode 3)
Next, the source electrode 1 and the drain electrode 3 are formed on the insulator layer 4 (see FIG. 2D). The method for forming the source electrode 1 and the drain electrode 3 can be based on the method for forming the gate electrode 5.

(半導体層2の形成)
次に、絶縁体層4の上面における露出している部分、ソース電極1の上面の一部、及びドレイン電極3の上面の一部の上に、半導体層2を形成する(図2(e)参照)。半導体層2を形成するにあたっては、前述した半導体層の形成方法を用いることができる。この工程では、半導体層2が形成される物体(被着物)は、図2(d)に示す、ソース電極1、ドレイン電極3、絶縁体層4、ゲート電極5、及び基板6で構成されるものであり、半導体層2が形成される表面(被着面)は、絶縁体層4の上面における露出している部分、ソース電極1の上面の一部、及びドレイン電極3の上面の一部である。
(Formation of semiconductor layer 2)
Next, the semiconductor layer 2 is formed on the exposed portion of the upper surface of the insulator layer 4, a part of the upper surface of the source electrode 1, and a part of the upper surface of the drain electrode 3 (FIG. 2E). reference). In forming the semiconductor layer 2, the above-described method for forming a semiconductor layer can be used. In this step, an object (adherent) on which the semiconductor layer 2 is formed is composed of the source electrode 1, the drain electrode 3, the insulator layer 4, the gate electrode 5, and the substrate 6 shown in FIG. The surface (deposition surface) on which the semiconductor layer 2 is formed is an exposed portion on the upper surface of the insulator layer 4, a portion of the upper surface of the source electrode 1, and a portion of the upper surface of the drain electrode 3. It is.

(半導体層2の後処理)
このようにして形成された半導体層2は、後処理によりさらに特性を改良することが可能である。例えば、半導体層2の後処理として熱処理を行うことにより、半導体層2の半導体特性の向上や安定化を図ることができる。この理由は、半導体層2の形成時に生じた半導体層2中の歪みが緩和されること、半導体層2中のピンホール等が低減されること、半導体層2中の分子の配列・配向が制御できると考えられていること等による。
(Post-processing of semiconductor layer 2)
The semiconductor layer 2 formed in this way can be further improved in characteristics by post-processing. For example, by performing heat treatment as a post-treatment of the semiconductor layer 2, the semiconductor characteristics of the semiconductor layer 2 can be improved and stabilized. This is because the strain in the semiconductor layer 2 generated during the formation of the semiconductor layer 2 is relaxed, pinholes in the semiconductor layer 2 are reduced, and the arrangement and orientation of molecules in the semiconductor layer 2 are controlled. It depends on what is considered possible.

したがって、本発明の電界効果トランジスタの製造時には、上記熱処理を行うことが電界効果トランジスタの特性の向上のためには効果的である。すなわち、電界効果トランジスタの特性の向上のためには、電界効果トランジスタの製造方法は、半導体層2を形成する第1の工程と、第1の工程の後に半導体層2を熱処理する第2の工程とを含むことが好ましい。   Therefore, when the field effect transistor of the present invention is manufactured, the above heat treatment is effective for improving the characteristics of the field effect transistor. That is, in order to improve the characteristics of the field effect transistor, the field effect transistor manufacturing method includes a first step of forming the semiconductor layer 2 and a second step of heat-treating the semiconductor layer 2 after the first step. Are preferably included.

上記熱処理は、半導体層2を形成した後に、半導体層2を含む積層体(ここでは図2(e)に示す電界効果トランジスタ10A)を加熱することによって行う。上記熱処理の温度は、特に制限はないが、通常、室温以上150℃以下であり、好ましくは40〜120℃であり、より好ましくは45〜100℃である。上記熱処理の時間は、特に制限は無いが通常は1分以上24時間以下であり、好ましくは2分以上3時間以下である。上記熱処理の雰囲気に関しては、大気中で熱処理を行ってもよく、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気下で熱処理を行ってもよい。   The heat treatment is performed by heating the stacked body including the semiconductor layer 2 (here, the field effect transistor 10A shown in FIG. 2E) after the semiconductor layer 2 is formed. The temperature of the heat treatment is not particularly limited, but is usually from room temperature to 150 ° C., preferably 40 to 120 ° C., more preferably 45 to 100 ° C. The heat treatment time is not particularly limited, but is usually 1 minute to 24 hours, preferably 2 minutes to 3 hours. Regarding the atmosphere of the heat treatment, the heat treatment may be performed in the air, or the heat treatment may be performed in an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

上記熱処理は、半導体層2が形成されていればどの段階で行ってもよい。例えば、この製造方法をトップコンタクト型の電界効果トランジスタ10B,10C等に適用する場合には、半導体層2に加えてソース電極1及びドレイン電極3を形成した後に熱処理を行ってもよく、半導体層2の形成後、ソース電極1及びドレイン電極3の形成前に熱処理を行ってもよい。   The heat treatment may be performed at any stage as long as the semiconductor layer 2 is formed. For example, when this manufacturing method is applied to the top contact type field effect transistors 10B, 10C, etc., the source electrode 1 and the drain electrode 3 may be formed in addition to the semiconductor layer 2 and then heat treatment may be performed. After the formation of 2, heat treatment may be performed before the formation of the source electrode 1 and the drain electrode 3.

半導体層2に好適に使用される上記一般式(1)の化合物は、R1及びR2で表されるハロゲン原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基の長さにより融点が変化し、さらに場合により2つの熱相転移点を有する。融点については、ホットプレート型融点測定器(株式会社ヤナコ機器開発研究所製)等を用い、通常の方法で目視により測定すればよい。また、熱相転移点については、示差走査熱量計(株式会社日立ハイテクサイエンス製、商品名「EXSTAR DSC6200」)等の機器により、示差熱分析を行うことにより測定することができる。 The compound of the general formula (1) preferably used for the semiconductor layer 2 has a melting point that varies depending on the length of the aliphatic hydrocarbon group which may have a halogen atom represented by R 1 and R 2. In some cases, it has two thermal phase transition points. About melting | fusing point, what is necessary is just to measure by visual observation by a normal method using a hotplate type melting | fusing point measuring device (made by Yanaco apparatus development laboratory). The thermal phase transition point can be measured by performing differential thermal analysis using a device such as a differential scanning calorimeter (trade name “EXSTAR DSC6200” manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.).

半導体層2が、熱相転移点を有しない上記一般式(1)の化合物で構成される場合、熱処理の温度は、好ましくは上記一般式(1)の化合物の融解開始温度以下であり、通常は室温以上であり、好ましくは45℃以上であり、より好ましくは80℃以上であり、さらに好ましくは100℃以上である。   When the semiconductor layer 2 is composed of the compound of the general formula (1) that does not have a thermal phase transition point, the temperature of the heat treatment is preferably equal to or lower than the melting start temperature of the compound of the general formula (1). Is room temperature or higher, preferably 45 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and further preferably 100 ° C. or higher.

半導体層2が、2つの熱相転移点(熱相転移温度)を有する上記一般式(1)の化合物で構成される場合、熱処理の温度範囲は、2つの熱相転移点の間の範囲、すなわち低温側の熱相転移点以上かつ高温側の熱相転移点以下の温度範囲であることが好ましい。この温度範囲は、上記一般式(1)の化合物の種類によって変化するため、一概にいうことは困難であるが、おおよその範囲としては、通常は80℃以上150℃以下であり、好ましくは80℃以上130℃以下であり、より好ましくは100℃以上130℃以下である。   When the semiconductor layer 2 is composed of the compound of the above general formula (1) having two thermal phase transition points (thermal phase transition temperatures), the temperature range of the heat treatment is a range between the two thermal phase transition points, That is, it is preferable that the temperature range is not less than the thermal phase transition point on the low temperature side and not more than the thermal phase transition point on the high temperature side. Since this temperature range varies depending on the type of the compound of the general formula (1), it is difficult to say generally, but the approximate range is usually 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, preferably 80 ° C. It is 100 degreeC or more and 130 degrees C or less, More preferably, they are 100 degreeC or more and 130 degrees C or less.

上記熱処理は、どの段階で行うかということよりも、熱処理を行う温度の方がより重要である。上述したように適切な温度で熱処理した場合には、適切でない温度で同様に熱処理した場合よりも半導体層2の特性が優れる傾向があり、半導体層2のキャリア移動度が数倍から10倍以上も向上する場合がある。   The temperature at which the heat treatment is performed is more important than the stage at which the heat treatment is performed. As described above, when the heat treatment is performed at an appropriate temperature, the characteristics of the semiconductor layer 2 tend to be superior to those when the heat treatment is similarly performed at an inappropriate temperature, and the carrier mobility of the semiconductor layer 2 is several times to 10 times or more. May also improve.

また、半導体層2のその他の後処理方法として、酸素等の酸化性気体、水素等の還元性気体や、酸化性液体、還元性液体等で半導体層2を処理することにより、酸化又は還元による半導体層2の特性変化を誘起することもできる。これは、例えば半導体層2中のキャリア密度を増加又は減少させる目的で利用できる。   Further, as another post-treatment method for the semiconductor layer 2, oxidation or reduction is performed by treating the semiconductor layer 2 with an oxidizing gas such as oxygen, a reducing gas such as hydrogen, an oxidizing liquid, a reducing liquid, or the like. A change in the characteristics of the semiconductor layer 2 can also be induced. This can be used for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the semiconductor layer 2, for example.

また、ドーピングと呼ばれる手法において、微量のドーパント(元素、原子団、分子、又は高分子)を半導体層2に加える(ドーピングする)ことにより、半導体層2の特性を変化させることができる。例えば、酸素等の酸化性気体;水素等の還元性気体;塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸;PF5、AsF5、FeCl3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半導体層2にドーピングすることができる。これは、半導体層2にガス状態のドーパントを接触させる方法(ドーパントがガスである場合)、ドーパントが溶液である場合には溶液状態のドーパントに半導体層2を浸す方法(ドーパントが溶液状態である場合)、電気化学的なドーピング処理をする方法等により達成できる。これらのドーパントは、必ずしも半導体層2の形成後に添加しなくてもよく、半導体層2の材料の合成時に添加したり、半導体層形成用インクを用いて半導体層2を形成する場合には、その半導体層形成用インクに添加したりしてもよい。また、半導体層2を形成する材料にドーパントを添加して共蒸着したり、半導体層2を形成する時の周囲の雰囲気にドーパントを混合したり(ドーパントを存在させた環境下で半導体層2を形成する)、さらにはドーパントのイオンを真空中で加速して半導体層2に衝突させてドーピングしたりすることも可能である。 In addition, in a technique called doping, characteristics of the semiconductor layer 2 can be changed by adding (doping) a small amount of dopant (element, atomic group, molecule, or polymer) to the semiconductor layer 2. For example, oxidizing gases such as oxygen; reducing gases such as hydrogen; acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ; halogen atoms such as iodine; sodium and potassium The semiconductor layer 2 can be doped with a dopant such as a metal atom. This is a method in which a dopant in a gas state is brought into contact with the semiconductor layer 2 (when the dopant is a gas), and a method in which the semiconductor layer 2 is immersed in a dopant in a solution state when the dopant is a solution (the dopant is in a solution state). In the case of electrochemical doping). These dopants do not necessarily have to be added after the formation of the semiconductor layer 2. When the semiconductor layer 2 is formed by using the semiconductor layer forming ink, or when adding the semiconductor layer 2 material, It may be added to the semiconductor layer forming ink. Further, a dopant is added to the material for forming the semiconductor layer 2 and co-evaporated, or the dopant is mixed in an ambient atmosphere when the semiconductor layer 2 is formed (the semiconductor layer 2 is formed in an environment in which the dopant is present). It is also possible to perform doping by accelerating dopant ions in vacuum and colliding with the semiconductor layer 2.

これらのドーピングの効果は、キャリア密度の増加又は減少による電気伝導度の変化、キャリアの極性の変化(p型、n型)、フェルミ準位の変化等が挙げられる。このようなドーピングは、特にシリコン等の無機系半導体材料を用いた半導体素子ではよく利用されているものである。   These doping effects include changes in electrical conductivity due to increase or decrease in carrier density, changes in carrier polarity (p-type and n-type), changes in Fermi level, and the like. Such doping is often used particularly in a semiconductor element using an inorganic semiconductor material such as silicon.

(保護層7の形成)
上述した半導体層2を形成する工程で電界効果トランジスタ10Aが完成する(図2(e)参照)が、必要に応じて、半導体層2の形成後に半導体層2上に保護層7を形成してもよい。半導体層2上に保護層7を形成すると、外気の影響を最小限にでき、また、有機電界効果トランジスタ10Aの電気的特性を安定化できるという利点がある。
(Formation of protective layer 7)
The field effect transistor 10A is completed by the process of forming the semiconductor layer 2 described above (see FIG. 2E). If necessary, a protective layer 7 is formed on the semiconductor layer 2 after the formation of the semiconductor layer 2. Also good. Forming the protective layer 7 on the semiconductor layer 2 has the advantages that the influence of outside air can be minimized and the electrical characteristics of the organic field effect transistor 10A can be stabilized.

保護層7の厚みは、その目的に応じて任意の厚みを採用できるが、通常は100nm〜1mmである。   Although the thickness of the protective layer 7 can employ | adopt arbitrary thickness according to the objective, Usually, they are 100 nm-1 mm.

保護層7を形成する方法としては、各種の方法を採用しうるが、保護層7が樹脂からなる場合には、例えば、樹脂を含有する溶液を塗布した後に乾燥させて樹脂層とする方法、樹脂のモノマーを塗布又は蒸着した後に重合させる方法等が挙げられる。樹脂層の形成後に架橋処理を行ってもよい。保護層7が無機物からなる場合は、保護層7を形成する方法として、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスによる形成方法;ゾルゲル法等の溶液プロセスによる形成方法等を用いることができる。   Various methods can be adopted as a method for forming the protective layer 7, but when the protective layer 7 is made of a resin, for example, a method of applying a resin-containing solution and then drying to form a resin layer, The method of polymerizing after apply | coating or vapor-depositing the monomer of resin etc. is mentioned. You may perform a crosslinking process after formation of a resin layer. When the protective layer 7 is made of an inorganic material, as a method for forming the protective layer 7, for example, a forming method by a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method; a forming method by a solution process such as a sol-gel method can be used.

本発明の電界効果トランジスタにおいては、半導体層上の他、各構成要素の間にも、必要に応じて保護層を設けることができる。そのような保護層は、有機電界効果トランジスタの電気的特性の安定化に役立つ場合がある。   In the field effect transistor of the present invention, a protective layer can be provided as necessary between the constituent elements in addition to the semiconductor layer. Such a protective layer may help to stabilize the electrical properties of the organic field effect transistor.

本発明の電界効果トランジスタは、半導体層を構成する半導体材料として有機材料を用いているため、比較的低温プロセスでの製造が可能である。従って、本発明の電界効果トランジスタでは、高温にさらされる条件下では使用できなかったプラスチック板やプラスチックフィルム等のようなフレキシブルな材料も基板として用いることができる。その結果、本発明の電界効果トランジスタでは、フレキシブルな材料を基板として用いることで、軽量で柔軟性に優れた壊れにくい電界効果トランジスタを実現でき、アクティブマトリクス型のディスプレイにおけるスイッチング素子等として好適に利用できる。上記ディスプレイとしては、例えば、液晶ディスプレイ、高分子分散型液晶ディスプレイ、電気泳動型ディスプレイ、EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ、エレクトロクロミック型ディスプレイ、粒子回転型ディスプレイ等が挙げられる。   Since the field effect transistor of the present invention uses an organic material as a semiconductor material constituting the semiconductor layer, it can be manufactured in a relatively low temperature process. Therefore, in the field effect transistor of the present invention, a flexible material such as a plastic plate or a plastic film that could not be used under conditions exposed to a high temperature can be used as the substrate. As a result, in the field effect transistor of the present invention, by using a flexible material as a substrate, a light-weight and flexible field-effect transistor that is hard to break can be realized, and is suitably used as a switching element in an active matrix display. it can. Examples of the display include a liquid crystal display, a polymer dispersed liquid crystal display, an electrophoretic display, an EL (electroluminescence) display, an electrochromic display, and a particle rotation display.

さらに、本発明の電界効果トランジスタは、半導体層が上記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物で構成される場合、塗布等の溶液プロセスで半導体層の形成が可能である。そのため、その場合の電界効果トランジスタは、蒸着等の真空プロセスを用いなければ半導体層を形成できない有機半導体を用いた場合と比べて、非常に低コストで製造でき、大面積ディスプレイの製造にも適している。   Furthermore, in the field effect transistor of the present invention, when the semiconductor layer is composed of two or more different compounds represented by the general formula (1), the semiconductor layer can be formed by a solution process such as coating. Therefore, the field effect transistor in that case can be manufactured at a very low cost compared to the case of using an organic semiconductor that cannot form a semiconductor layer without using a vacuum process such as vapor deposition, and is also suitable for manufacturing a large area display. ing.

本発明の電界効果トランジスタは、メモリー回路素子、信号ドライバー回路素子、信号処理回路素子等の、デジタル素子又はアナログ素子としても利用できる。さらにこれらを組み合わせることによりIC(集積回路)カードやICタグの作製することもできる。さらに、本発明の電界効果トランジスタは、化学物質等の外部刺激によりその特性に変化を起こすことができるので、FETセンサーとしての利用も可能である。   The field effect transistor of the present invention can also be used as a digital element or an analog element such as a memory circuit element, a signal driver circuit element, and a signal processing circuit element. Furthermore, an IC (integrated circuit) card or an IC tag can be produced by combining these. Furthermore, since the field effect transistor of the present invention can change its characteristics by an external stimulus such as a chemical substance, it can be used as an FET sensor.

電界効果トランジスタの動作特性は、半導体層のキャリア移動度、電導度、絶縁体層の静電容量、素子構成(ソース電極とドレイン電極との間の距離、ソース電極及びドレイン電極の幅、絶縁体層の厚み等)等により決まる。電界効果トランジスタに用いる有機半導体は、キャリア移動度の高いものほど好ましい。   The operational characteristics of a field effect transistor are: carrier mobility of semiconductor layer, conductivity, capacitance of insulator layer, element configuration (distance between source electrode and drain electrode, width of source electrode and drain electrode, insulator It depends on the thickness of the layer). The organic semiconductor used for the field effect transistor is preferably as high as possible in carrier mobility.

前記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体である本発明の有機半導体は、半導体層の形成に用いた場合に成膜性が良く、大面積への適用性がある。また、前記一般式(1)で表される化合物は、低コストで製造できる。さらにペンタセン誘導体等は、大気中においては大気に含まれる水分などにより分解を生じるなど、不安定で取扱が難しい化合物である。これに対し、本発明の上記一般式(1)で表される化合物を半導体層の材料として用いた場合には、前記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体である本発明の有機半導体は、半導体層の形成後においても、安定性が高く寿命が長いという利点がある。   The organic semiconductor of the present invention, which is a solid solution containing two or more different compounds represented by the general formula (1), has good film formability when used for forming a semiconductor layer, and is applicable to a large area. There is. Moreover, the compound represented by the said General formula (1) can be manufactured at low cost. Furthermore, pentacene derivatives and the like are unstable and difficult to handle, such as decomposition in the atmosphere due to moisture contained in the atmosphere. On the other hand, when the compound represented by the general formula (1) of the present invention is used as a material for the semiconductor layer, a solid solution containing two or more different compounds represented by the general formula (1). The organic semiconductor of the present invention has the advantage of high stability and long life even after the formation of the semiconductor layer.

〔電界効果トランジスタ以外の有機エレクトロニクスデバイス〕
本発明に係る、前記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体である有機半導体は、電界効果トランジスタ以外の有機エレクトロニクスデバイスにも利用できる。本発明の有機エレクトロニクスデバイスは、本発明に係る、前記一般式(1)で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体である有機半導体からなる半導体層を含んでいる。電界効果トランジスタ以外の有機エレクトロニクスデバイスとしては、有機エレクトロニクスデバイスとしては、例えば、光電変換素子、有機太陽電池、有機EL素子、有機発光トランジスタ素子、有機半導体レーザー素子等が挙げられる。
[Organic electronics devices other than field-effect transistors]
The organic semiconductor which is a solid solution containing two or more kinds of different compounds represented by the general formula (1) according to the present invention can be used for organic electronic devices other than field effect transistors. The organic electronic device of the present invention includes a semiconductor layer made of an organic semiconductor that is a solid solution containing two or more different compounds represented by the general formula (1) according to the present invention. Examples of the organic electronics device other than the field effect transistor include a photoelectric conversion element, an organic solar cell, an organic EL element, an organic light emitting transistor element, and an organic semiconductor laser element.

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated still in detail, this invention is not limited to these examples.

〔実施例1〕
(半導体層形成用インクの作製)
2,7−ジヘキシル[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(表1の化合物番号12の化合物;以下「C6−BTBT」と呼ぶ)0.75質量部と、2,7−ジオクチル[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(表1の化合物番号16の化合物;以下「C8−BTBT」と呼ぶ)0.25質量部とをトルエン99質量部に溶解させることにより、C6−BTBT75質量%及びC8−BTBT25質量%で構成される混合物(有機半導体)を1質量%の濃度で含むトルエン溶液を半導体層形成用インクとして作製した。
[Example 1]
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
0.75 parts by mass of 2,7-dihexyl [1] benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene (compound No. 12 in Table 1; hereinafter referred to as “C6-BTBT”); -Dioctyl [1] benzothieno [3, 2-b] [1] benzothiophene (compound No. 16 in Table 1; hereinafter referred to as "C8-BTBT") 0.25 parts by mass dissolved in 99 parts by mass of toluene As a result, a toluene solution containing a mixture (organic semiconductor) composed of 75% by mass of C6-BTBT and 25% by mass of C8-BTBT at a concentration of 1% by mass was prepared as a semiconductor layer forming ink.

(ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
本実施例では、前述した図1(a)に示すボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタ10Aの一例に係る電界効果トランジスタを作製した。
(Production of bottom contact-bottom gate type field effect transistor)
In this example, a field effect transistor according to an example of the bottom contact-bottom gate type field effect transistor 10A shown in FIG.

本実施例では、厚み300nmのSiO2熱酸化膜(シリコンの熱酸化により形成されたSiO2膜)が片面に付けられたnドープシリコンウェハー(面抵抗0.03Ω・cm以下)を、絶縁体層4、ゲート電極5、及び基板6として使用した。本実施例の電界効果トランジスタにおいては、SiO2熱酸化膜が絶縁体層4の機能を備え、nドープシリコンウェハーが基板6及びゲート電極5の機能を兼ね備えている。 In this example, an n-doped silicon wafer (surface resistance of 0.03 Ω · cm or less) having a 300 nm thick SiO 2 thermal oxide film (SiO 2 film formed by thermal oxidation of silicon) attached on one side is used as an insulator. Used as layer 4, gate electrode 5, and substrate 6. In the field effect transistor of this embodiment, the SiO 2 thermal oxide film has the function of the insulator layer 4, and the n-doped silicon wafer has the functions of the substrate 6 and the gate electrode 5.

SiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハーにおけるSiO2熱酸化膜が付けられている面上に、レジスト材料を塗布し、露光パターニングし、ここにクロムを1nm蒸着し、さらに金を40nm蒸着することにより、厚み1nmのクロム層及び厚み40nmの金層からなるソース電極1及びドレイン電極3(チャネル長200μm、チャネル幅2.5mmのボトムコンタクト型電極)を形成した。次いで、レジストを剥離した。 On the surface of SiO 2 thermal oxide film in the n-doped silicon wafer with SiO 2 thermal oxide film is attached, that the resist material is applied, exposed patterned, wherein the chromium is 1nm deposition, further 40nm depositing gold Thus, a source electrode 1 and a drain electrode 3 (bottom contact type electrode having a channel length of 200 μm and a channel width of 2.5 mm) made of a chromium layer having a thickness of 1 nm and a gold layer having a thickness of 40 nm were formed. Next, the resist was peeled off.

SiO2熱酸化膜の上面における露出している部分、ソース電極1の上面の一部、及びドレイン電極3の上面の一部の上に、前記半導体層形成用インクを回転数500rpmで5秒間スピンコートし、引き続いて前記半導体層形成用インクを回転数2000rpmで20秒間スピンコートし、厚み50nm程度の有機半導体薄膜を半導体層2として形成した。この有機半導体薄膜は、後述するように面外X線回折スペクトルの測定結果より固溶体であることが確認された。 The semiconductor layer forming ink is spun on the exposed portion of the upper surface of the SiO 2 thermal oxide film, a part of the upper surface of the source electrode 1 and a part of the upper surface of the drain electrode 3 at a rotation speed of 500 rpm for 5 seconds. Then, the semiconductor layer forming ink was spin-coated at 2000 rpm for 20 seconds to form an organic semiconductor thin film having a thickness of about 50 nm as the semiconductor layer 2. As will be described later, the organic semiconductor thin film was confirmed to be a solid solution from the measurement result of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum.

得られた電界効果トランジスタをプローバー内に設置し、「半導体パラメーターアナライザー4200−SCS」(ケースレーインスツルメンツ社製)を用いて、電界効果トランジスタの半導体特性を測定した。電界効果トランジスタの半導体特性は、ドレイン電圧を−100Vとし、ゲート電圧を20Vから−100Vまでで走査し、ドレイン電流−ゲート電圧特性(トランスファー特性)を測定した。得られたドレイン電流−ゲート電圧曲線より、本例の電界効果トランジスタは、有機半導体薄膜がp型の有機半導体として機能し、キャリア移動度(正孔移動度)が1.0cm2/V・sであり、閾値電圧が−35Vであり、オン/オフ比(オン状態の電流Ionとオフ状態の電流Ioffとの比Ion/Ioff)が108であった。 The obtained field effect transistor was installed in a prober, and the semiconductor characteristics of the field effect transistor were measured using “Semiconductor Parameter Analyzer 4200-SCS” (manufactured by Keithley Instruments). Regarding the semiconductor characteristics of the field effect transistor, the drain voltage was −100 V, the gate voltage was scanned from 20 V to −100 V, and the drain current-gate voltage characteristics (transfer characteristics) were measured. From the obtained drain current-gate voltage curve, in the field effect transistor of this example, the organic semiconductor thin film functions as a p-type organic semiconductor, and the carrier mobility (hole mobility) is 1.0 cm 2 / V · s. The threshold voltage was −35 V, and the on / off ratio (the ratio Ion / Ioff between the on-state current Ion and the off-state current Ioff) was 10 8 .

〔実施例2〕
(半導体層形成用インクの作製)
C8−BTBT0.50質量部と、2,7−ジデシル[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(表1の化合物番号18の化合物;以下「C10−BTBT」と呼ぶ)0.50質量部とをトルエン99質量部に溶解させることにより、C8−BTBT50質量%及びC10−BTBT50質量%で構成される混合物(有機半導体)を1質量%の濃度で含むトルエン溶液を半導体層形成用インクとして作製した。
[Example 2]
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
0.58 parts by mass of C8-BTBT and 2,7-didecyl [1] benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene (compound No. 18 in Table 1; hereinafter referred to as “C10-BTBT”) 0 A semiconductor layer is formed by dissolving 50 parts by mass in 99 parts by mass of toluene to form a toluene solution containing a mixture (organic semiconductor) composed of 50% by mass of C8-BTBT and 50% by mass of C10-BTBT at a concentration of 1% by mass. It was produced as an ink.

(ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
ここで得られた半導体層形成用インクを用いること以外は、実施例1と同様にして、ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。この電界効果トランジスタの有機半導体薄膜は、後述するように面外X線回折スペクトルより固溶体であることが確認された。
(Production of bottom contact-bottom gate type field effect transistor)
A bottom contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained ink for forming a semiconductor layer was used. The organic semiconductor thin film of this field effect transistor was confirmed to be a solid solution from an out-of-plane X-ray diffraction spectrum as described later.

得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、有機半導体薄膜がp型の有機半導体として機能し、キャリア移動度(正孔移動度)が0.50cm2/V・sであり、閾値電圧が−9Vであり、オン/オフ比が107であった。 The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the field effect transistor of this example, the organic semiconductor thin film functions as a p-type organic semiconductor, and carrier mobility (hole mobility). Was 0.50 cm 2 / V · s, the threshold voltage was −9 V, and the on / off ratio was 10 7 .

〔比較例1〕
(半導体層形成用インクの作製)
C6−BTBT1.0質量部をトルエン99質量部に溶解させることにより、C6−BTBTを1質量%の濃度で含むトルエン溶液を半導体層形成用インクとして作製した。
[Comparative Example 1]
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
By dissolving 1.0 part by mass of C6-BTBT in 99 parts by mass of toluene, a toluene solution containing C6-BTBT at a concentration of 1% by mass was prepared as a semiconductor layer forming ink.

(ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
ここで得られた半導体層形成用インクを用いること以外は、実施例1と同様にして、ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、キャリア移動度(正孔移動度)が0.11cm2/V・sであり、閾値電圧が−14Vであり、オン/オフ比が107であった。
(Production of bottom contact-bottom gate type field effect transistor)
A bottom contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained ink for forming a semiconductor layer was used. The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the field effect transistor of this example has a carrier mobility (hole mobility) of 0.11 cm 2 / V · s, and a threshold value. The voltage was −14V and the on / off ratio was 10 7 .

〔比較例2〕
C6−BTBTに代えてC8−BTBTを用いること以外は比較例1と同様にして、半導体層形成用インクを作製しボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、キャリア移動度(正孔移動度)が0.20cm2/V・sであり、閾値電圧が−9Vであり、オン/オフ比が105であった。
[Comparative Example 2]
Except for using C8-BTBT instead of C6-BTBT, a semiconductor layer forming ink was prepared and a bottom contact-bottom gate type field effect transistor was prepared in the same manner as in Comparative Example 1. The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the field effect transistor of this example has a carrier mobility (hole mobility) of 0.20 cm 2 / V · s, and a threshold value. The voltage was −9 V and the on / off ratio was 10 5 .

〔比較例3〕
C6−BTBTに代えてC10−BTBTを用いること以外は比較例1と同様にして、半導体層形成用インクを作製しボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、キャリア移動度(正孔移動度)が0.21cm2/V・sであり、閾値電圧が−9Vであり、オン/オフ比が107であった。
[Comparative Example 3]
Except for using C10-BTBT instead of C6-BTBT, a semiconductor layer forming ink was prepared and a bottom contact-bottom gate type field effect transistor was prepared in the same manner as in Comparative Example 1. When the characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1, the field effect transistor of this example had a carrier mobility (hole mobility) of 0.21 cm 2 / V · s, and a threshold value. The voltage was −9 V and the on / off ratio was 10 7 .

〔実施例3〕
(半導体層形成用インクの作製)
実施例1と同様にして、半導体層形成用インクを作製した。
Example 3
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
In the same manner as in Example 1, a semiconductor layer forming ink was prepared.

(トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
本実施例では、前述した図1(b)に示すトップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタ10Bの一例に係る電界効果トランジスタを作製した。
(Production of top contact-bottom gate type field effect transistor)
In this example, a field effect transistor according to an example of the top contact-bottom gate type field effect transistor 10B shown in FIG.

本実施例では、厚み300nmのSiO2熱酸化膜(シリコンの熱酸化により形成されたSiO2膜)が片面に付けられたnドープシリコンウェハー(面抵抗0.03Ω・cm以下)を洗浄し、これを、絶縁体層4、ゲート電極5、及び基板6として使用した。本実施例の電界効果トランジスタにおいては、SiO2熱酸化膜が絶縁体層4の機能を備え、nドープシリコンウェハーが基板6及びゲート電極5の機能を兼ね備えている。 In this example, an n-doped silicon wafer (surface resistance of 0.03 Ω · cm or less) having a SiO 2 thermal oxide film having a thickness of 300 nm (a SiO 2 film formed by thermal oxidation of silicon) attached on one side is cleaned, This was used as the insulator layer 4, the gate electrode 5, and the substrate 6. In the field effect transistor of this embodiment, the SiO 2 thermal oxide film has the function of the insulator layer 4, and the n-doped silicon wafer has the functions of the substrate 6 and the gate electrode 5.

SiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハーにおけるSiO2熱酸化膜が付けられている面上に、前記半導体層形成用インクを回転数500rpmで5秒間スピンコートし、引き続いて前記半導体層形成用インクを回転数2000rpmで20秒間スピンコートし、厚み50nm程度の有機半導体薄膜を半導体層2として形成した。この有機半導体薄膜は、後述するように面外X線回折スペクトルの測定結果より固溶体であることが確認された。 On the surface of SiO 2 thermal oxide film SiO 2 thermal oxide film with n-doped silicon wafer is attached, the semiconductor layer forming ink was 5 seconds at a spin speed 500 rpm, followed by the semiconductor layer forming ink Was spin-coated at 2000 rpm for 20 seconds, and an organic semiconductor thin film having a thickness of about 50 nm was formed as the semiconductor layer 2. As will be described later, the organic semiconductor thin film was confirmed to be a solid solution from the measurement result of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum.

次いで、このSiO2熱酸化膜及び有機半導体薄膜が付けられたnドープシリコンウェハーに対して電極作製用シャドウマスクを取り付け、真空蒸着装置内に設置し、真空蒸着装置内の真空度が1.0×10-4Pa以下になるまで排気した。そして、抵抗加熱蒸着法によって、ソース電極1及びドレイン電極3として金の電極を50nmの厚さで有機半導体薄膜上に蒸着し、トップコンタクト−ボトムゲート型である本発明の一例に係る電界効果トランジスタ(チャネル長200μm、チャネル幅2.5mm)を得た。 Next, a shadow mask for electrode preparation is attached to the n-doped silicon wafer to which the SiO 2 thermal oxide film and the organic semiconductor thin film are attached, and the shadow mask is set in a vacuum deposition apparatus. It exhausted until it became less than * 10 <-4> Pa. Then, a field effect transistor according to an example of the present invention, which is a top contact-bottom gate type, is formed by depositing a gold electrode as a source electrode 1 and a drain electrode 3 with a thickness of 50 nm on the organic semiconductor thin film by resistance heating evaporation. (Channel length 200 μm, channel width 2.5 mm) was obtained.

得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、有機半導体薄膜がp型の有機半導体として機能し(したがって電界効果トランジスタはp型駆動される)、キャリア移動度(正孔移動度)が1.1cm2/V・sであり、閾値電圧が−31Vであり、オン/オフ比が105であった。 The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the field effect transistor of this example, the organic semiconductor thin film functions as a p-type organic semiconductor (the field effect transistor is driven p-type). The carrier mobility (hole mobility) was 1.1 cm 2 / V · s, the threshold voltage was −31 V, and the on / off ratio was 10 5 .

〔実施例4〕
(半導体層形成用インクの作製)
C8−BTBT及びC10−BTBTの使用量を変更する以外は実施例2と同様にして、C8−BTBT75質量%及びC10−BTBT25質量%で構成される有機半導体を含む半導体層形成用インクを作製した。
Example 4
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
A semiconductor layer forming ink containing an organic semiconductor composed of 75% by mass of C8-BTBT and 25% by mass of C10-BTBT was produced in the same manner as in Example 2 except that the amount of C8-BTBT and C10-BTBT was changed. .

(トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
ここで得られた半導体層形成用インクを用いること以外は、実施例3と同様にして、トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。この電界効果トランジスタの有機半導体薄膜は、後述するように面外X線回折スペクトルより固溶体であることが確認された。
(Production of top contact-bottom gate type field effect transistor)
A top contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Example 3 except that the obtained ink for forming a semiconductor layer was used. The organic semiconductor thin film of this field effect transistor was confirmed to be a solid solution from an out-of-plane X-ray diffraction spectrum as described later.

得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、有機半導体薄膜がp型の有機半導体として機能し、キャリア移動度(正孔移動度)が0.93cm2/V・sであり、閾値電圧が−34Vであり、オン/オフ比が106であった。 The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the field effect transistor of this example, the organic semiconductor thin film functions as a p-type organic semiconductor, and carrier mobility (hole mobility). Was 0.93 cm 2 / V · s, the threshold voltage was −34 V, and the on / off ratio was 10 6 .

〔比較例4〕
(半導体層形成用インクの作製)
比較例1と同様にして、半導体層形成用インクを作製した。
[Comparative Example 4]
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
In the same manner as in Comparative Example 1, a semiconductor layer forming ink was prepared.

(トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
ここで得られた半導体層形成用インクを用いること以外は、実施例3と同様にして、トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、キャリア移動度(正孔移動度)が1.1cm2/V・sであり、閾値電圧が−34Vであり、オン/オフ比が106であった。
(Production of top contact-bottom gate type field effect transistor)
A top contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Example 3 except that the obtained ink for forming a semiconductor layer was used. The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the field effect transistor of this example has a carrier mobility (hole mobility) of 1.1 cm 2 / V · s, and has a threshold value. The voltage was −34V and the on / off ratio was 10 6 .

〔比較例5〕
C6−BTBTに代えてC8−BTBTを用いること以外は比較例4と同様にして、半導体層形成用インクを作製しトップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、キャリア移動度(正孔移動度)が0.28cm2/V・sであり、閾値電圧が−28Vであり、オン/オフ比が104であった。
[Comparative Example 5]
A top contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that C8-BTBT was used instead of C6-BTBT, in the same manner as in Comparative Example 4. The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the field effect transistor of this example has a carrier mobility (hole mobility) of 0.28 cm 2 / V · s, and a threshold value. The voltage was -28V and the on / off ratio was 10 4 .

〔比較例6〕
C6−BTBTに代えてC10−BTBTを用いること以外は比較例4と同様にして、半導体層形成用インクを作製しトップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、キャリア移動度(正孔移動度)が0.30cm2/V・sであり、閾値電圧が−20Vであり、オン/オフ比が104であった。
[Comparative Example 6]
A top contact-bottom gate type field effect transistor was prepared in the same manner as in Comparative Example 4 except that C10-BTBT was used instead of C6-BTBT in the same manner as in Comparative Example 4. The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the field effect transistor of this example has a carrier mobility (hole mobility) of 0.30 cm 2 / V · s, and a threshold value. The voltage was −20 V and the on / off ratio was 10 4 .

実施例1,2及び比較例1〜3における有機半導体の組成及び電界効果トランジスタの特性を表4に、実施例3,4及び比較例4〜6における有機半導体の組成及び電界効果トランジスタの特性を表5に、それぞれまとめて示す。   The composition of the organic semiconductor and the characteristics of the field effect transistors in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 4, and the composition of the organic semiconductor and the characteristics of the field effect transistors in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 4 to 6 are shown in Table 4. Table 5 summarizes the results.

Figure 0006214938
Figure 0006214938

Figure 0006214938
Figure 0006214938

表4における実施例1と比較例1,2との比較、及び表5における実施例3と比較例4,5との比較より、C6−BTBTとC8−BTBTとからなる固溶体を半導体層に用いた電界効果トランジスタは、C6−BTBT単体を半導体層に用いた電界効果トランジスタ、及びC8−BTBT単体を半導体層に用いた電界効果トランジスタと比較して、概ね、顕著にキャリア移動度が向上することが分かる(ただし、トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタのキャリア移動度については、C6−BTBT単体を半導体層に用いた電界効果トランジスタと同程度)。   From the comparison between Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 in Table 4 and the comparison between Example 3 and Comparative Examples 4 and 5 in Table 5, a solid solution composed of C6-BTBT and C8-BTBT was used for the semiconductor layer. Compared with the field effect transistor in which the C6-BTBT single substance is used for the semiconductor layer and the field effect transistor in which the C8-BTBT single substance is used for the semiconductor layer, the field effect transistor generally improved significantly in carrier mobility. (However, the carrier mobility of the top contact-bottom gate type field effect transistor is about the same as that of a field effect transistor using a C6-BTBT alone as a semiconductor layer).

また、表4における実施例2と比較例2,3との比較、及び表5における実施例4と比較例5,6との比較より、C8−BTBTとC10−BTBTとからなる固溶体を半導体層に用いた電界効果トランジスタは、C8−BTBT単体を半導体層に用いた電界効果トランジスタ、及びC10−BTBT単体を半導体層に用いた電界効果トランジスタと比較して、顕著にキャリア移動度が向上することが分かる。   Further, from the comparison between Example 2 and Comparative Examples 2 and 3 in Table 4 and the comparison between Example 4 and Comparative Examples 5 and 6 in Table 5, a solid solution composed of C8-BTBT and C10-BTBT was obtained as a semiconductor layer. The field effect transistor used in the present invention has a significantly improved carrier mobility compared to a field effect transistor using C8-BTBT alone as a semiconductor layer and a field effect transistor using C10-BTBT alone as a semiconductor layer. I understand.

〔実施例5〕
(半導体層形成用インクの作製)
C6−BTBT及びC8−BTBTの使用量を変更する以外は実施例1と同様にして、C6−BTBT50質量%及びC8−BTBT50質量%で構成される有機半導体を含む半導体層形成用インクを作製した。
Example 5
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
A semiconductor layer forming ink containing an organic semiconductor composed of 50 mass% of C6-BTBT and 50 mass% of C8-BTBT was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of C6-BTBT and C8-BTBT was changed. .

(ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
ここで得られた半導体層形成用インクを用いること以外は、実施例1と同様にして、ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。この電界効果トランジスタの有機半導体薄膜は、後述するように面外X線回折スペクトルより固溶体であることが確認された。
(Production of bottom contact-bottom gate type field effect transistor)
A bottom contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained ink for forming a semiconductor layer was used. The organic semiconductor thin film of this field effect transistor was confirmed to be a solid solution from an out-of-plane X-ray diffraction spectrum as described later.

得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、有機半導体薄膜がp型の有機半導体として機能し、キャリア移動度(正孔移動度)が0.67cm2/V・sであり、閾値電圧が−52Vであり、オン/オフ比が108であった。 The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the field effect transistor of this example, the organic semiconductor thin film functions as a p-type organic semiconductor, and carrier mobility (hole mobility). Was 0.67 cm 2 / V · s, the threshold voltage was −52 V, and the on / off ratio was 10 8 .

〔実施例6〕
(半導体層形成用インクの作製)
C8−BTBT及びC10−BTBTの使用量を変更する以外は実施例4と同様にして、C8−BTBT50質量%及びC10−BTBT50質量%で構成される有機半導体を含む半導体層形成用インクを作製した。
Example 6
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
A semiconductor layer forming ink containing an organic semiconductor composed of C8-BTBT 50 mass% and C10-BTBT 50 mass% was produced in the same manner as in Example 4 except that the amount of C8-BTBT and C10-BTBT was changed. .

(トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
ここで得られた半導体層形成用インクを用いること以外は、実施例4と同様にして、トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。この電界効果トランジスタの有機半導体薄膜は、後述するように面外X線回折スペクトルより固溶体であることが確認された。
(Production of top contact-bottom gate type field effect transistor)
A top contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Example 4 except that the obtained semiconductor layer forming ink was used. The organic semiconductor thin film of this field effect transistor was confirmed to be a solid solution from an out-of-plane X-ray diffraction spectrum as described later.

得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、有機半導体薄膜がp型の有機半導体として機能し、キャリア移動度(正孔移動度)が0.60cm2/V・sであり、閾値電圧が−35Vであり、オン/オフ比が105であった。 The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the field effect transistor of this example, the organic semiconductor thin film functions as a p-type organic semiconductor, and carrier mobility (hole mobility). Was 0.60 cm 2 / V · s, the threshold voltage was −35 V, and the on / off ratio was 10 5 .

〔実施例7〕
(半導体層形成用インクの作製)
C8−BTBT及びC10−BTBTの使用量を変更する以外は実施例4と同様にして、C8−BTBT25質量%及びC10−BTBT75質量%で構成される有機半導体を含む半導体層形成用インクを作製した。
Example 7
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
A semiconductor layer forming ink containing an organic semiconductor composed of 25% by mass of C8-BTBT and 75% by mass of C10-BTBT was produced in the same manner as in Example 4 except that the amount of C8-BTBT and C10-BTBT was changed. .

(トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
ここで得られた半導体層形成用インクを用いること以外は、実施例4と同様にして、トップコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。この電界効果トランジスタの有機半導体薄膜は、後述するように面外X線回折スペクトルより固溶体であることが確認された。
(Production of top contact-bottom gate type field effect transistor)
A top contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Example 4 except that the obtained semiconductor layer forming ink was used. The organic semiconductor thin film of this field effect transistor was confirmed to be a solid solution from an out-of-plane X-ray diffraction spectrum as described later.

得られた電界効果トランジスタの特性を実施例1と同様にして測定したところ、本例の電界効果トランジスタは、有機半導体薄膜がp型の有機半導体として機能し、キャリア移動度(正孔移動度)が0.41cm2/V・sであり、閾値電圧が−37Vであり、オン/オフ比が106であった。 The characteristics of the obtained field effect transistor were measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the field effect transistor of this example, the organic semiconductor thin film functions as a p-type organic semiconductor, and carrier mobility (hole mobility). Was 0.41 cm 2 / V · s, the threshold voltage was −37 V, and the on / off ratio was 10 6 .

実施例5における有機半導体の組成及び電界効果トランジスタの特性を実施例1及び比較例1,2における有機半導体の組成及び電界効果トランジスタの特性と共に表6にまとめて示す。また、実施例6,7における有機半導体の組成及び電界効果トランジスタの特性を実施例4及び比較例5,6における有機半導体の組成及び電界効果トランジスタの特性と共に表7にまとめて示す。   The composition of the organic semiconductor and the characteristics of the field effect transistor in Example 5 are shown together in Table 6 together with the composition of the organic semiconductor and the characteristics of the field effect transistor in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. The composition of the organic semiconductor and the characteristics of the field effect transistor in Examples 6 and 7 are shown together in Table 7 together with the composition of the organic semiconductor and the characteristics of the field effect transistor in Example 4 and Comparative Examples 5 and 6.

Figure 0006214938
Figure 0006214938

Figure 0006214938
Figure 0006214938

表6及び表7より、本発明の有機半導体において、鎖長がより短い直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基を有する化合物(表6ではC6−BTBT、表7ではC8−BTBT)の含有率が30〜85質量%(特に50〜80質量%)である場合に、電界効果トランジスタのキャリア移動度が顕著に向上すると考えられる。   Table 6 and Table 7 show that the organic semiconductor of the present invention contains a compound having a linear or branched aliphatic hydrocarbon group with a shorter chain length (C6-BTBT in Table 6, C8-BTBT in Table 7). When the rate is 30 to 85 mass% (particularly 50 to 80 mass%), it is considered that the carrier mobility of the field effect transistor is remarkably improved.

〔比較例7〕
(半導体層形成用インクの作製)
C6−BTBT0.50質量部と、C10−BTBT0.50質量部とをトルエン99質量部に溶解させることにより、C6−BTBT50質量%及びC10−BTBT50質量%で構成される混合物(有機半導体)を1質量%の濃度で含むトルエン溶液を半導体層形成用インクとして作製した。
[Comparative Example 7]
(Preparation of semiconductor layer forming ink)
By dissolving 0.50 parts by mass of C6-BTBT and 0.50 parts by mass of C10-BTBT in 99 parts by mass of toluene, 1 mixture (organic semiconductor) composed of 50% by mass of C6-BTBT and 50% by mass of C10-BTBT is dissolved. A toluene solution containing a concentration of mass% was prepared as a semiconductor layer forming ink.

(ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタの作製)
ここで得られた半導体層形成用インクを用いること以外は、実施例1と同様にして、ボトムコンタクト−ボトムゲート型の電界効果トランジスタを作製した。この電界効果トランジスタの有機半導体薄膜は、後述するように面外X線回折スペクトルより、固溶体でなく、相分離していることが確認された。
(Production of bottom contact-bottom gate type field effect transistor)
A bottom contact-bottom gate type field effect transistor was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained ink for forming a semiconductor layer was used. The organic semiconductor thin film of this field effect transistor was confirmed not to be a solid solution but phase-separated from an out-of-plane X-ray diffraction spectrum as described later.

実施例1〜7と比較例7との比較から、固溶体を形成するためには、上記一般式(1)で表される2種類以上の化合物に含まれる直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基の鎖長は、最長の鎖長と最短の鎖長との差が4未満であることが好ましいと考えられる。   From the comparison between Examples 1 to 7 and Comparative Example 7, in order to form a solid solution, a linear or branched aliphatic hydrocarbon contained in two or more kinds of compounds represented by the above general formula (1) Regarding the chain length of the group, it is considered preferable that the difference between the longest chain length and the shortest chain length is less than 4.

〔有機半導体薄膜の面外X線回折スペクトル〕
全ての実施例に係る有機半導体薄膜及び比較例7に係る有機半導体薄膜について、面外X線回折スペクトルを測定した。
[Out-of-plane X-ray diffraction spectrum of organic semiconductor thin film]
Out-of-plane X-ray diffraction spectra were measured for the organic semiconductor thin films according to all the examples and the organic semiconductor thin film according to Comparative Example 7.

実施例5に係る有機半導体薄膜(C6−BTBTとC8−BTBTとの混合物;図中では「C6+C8」と表記する)の面外X線回折スペクトルを、比較例1に係る有機半導体薄膜(C6−BTBT単体;図中では「C6」と表記する)及び比較例2に係る有機半導体薄膜(C8−BTBT単体;図中では「C8」と表記する)の面外X線回折スペクトルと共に図3に示す。図3に示すように、C6−BTBTとC8−BTBTとの混合物の面外X線回折スペクトルでは、C6−BTBT単体の面外X線回折スペクトルのピークに対応する位置、及びC8−BTBT単体の面外X線回折スペクトルのピークに対応する位置の何れにもピークが存在せず、かつ、これら2つの位置の中間位置に、単一のピークが存在している。これにより、実施例5に係る有機半導体薄膜は、全体が均一の固相となっていること、すなわち固溶体であることが確認された。   The out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the organic semiconductor thin film (a mixture of C6-BTBT and C8-BTBT; expressed as “C6 + C8” in the drawing) according to Example 5 is compared with the organic semiconductor thin film (C6- BTBT simple substance; expressed as “C6” in the figure) and an out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the organic semiconductor thin film (C8-BTBT simple substance; indicated as “C8” in the figure) according to Comparative Example 2 are shown in FIG. . As shown in FIG. 3, in the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the mixture of C6-BTBT and C8-BTBT, the position corresponding to the peak of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of C6-BTBT alone, and the C8-BTBT alone There is no peak at any position corresponding to the peak of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum, and a single peak exists at an intermediate position between these two positions. As a result, it was confirmed that the organic semiconductor thin film according to Example 5 had a uniform solid phase as a whole, that is, a solid solution.

また、実施例2に係る有機半導体薄膜(C8−BTBTとC10−BTBTとの混合物;図中では「C8+C10」と表記する)の面外X線回折スペクトルを、比較例2に係る有機半導体薄膜(C8−BTBT単体;図中では「C8」と表記する)及び比較例3に係る有機半導体薄膜(C10−BTBT単体;図中では「C10」と表記する)の面外X線回折スペクトルと共に図4に示す。図4に示すように、C8−BTBTとC10−BTBTとの混合物の面外X線回折スペクトルでは、C8−BTBT単体の面外X線回折スペクトルのピークに対応する位置、及びC10−BTBT単体の面外X線回折スペクトルのピークに対応する位置の何れにもピークが存在せず、かつ、これら2つの位置の中間位置に、単一のピークが存在している。これにより、実施例2に係る有機半導体薄膜は、全体が均一の固相となっていること、すなわち固溶体であることが確認された。同様にして、他の実施例に係る有機半導体薄膜も、全体が均一の固相となっていること、すなわち固溶体であることが確認された。また、前記単一のピークは、2種類の化合物の混合比が変化するに従ってシフトすることが確認された。   In addition, the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the organic semiconductor thin film according to Example 2 (mixture of C8-BTBT and C10-BTBT; expressed as “C8 + C10” in the figure) is compared with the organic semiconductor thin film according to Comparative Example 2 ( 4 together with the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the organic semiconductor thin film (C10-BTBT alone; shown as “C10” in the figure) according to Comparative Example 3 and C8-BTBT alone; indicated as “C8” in the figure. Shown in As shown in FIG. 4, in the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the mixture of C8-BTBT and C10-BTBT, the position corresponding to the peak of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of C8-BTBT alone, and the C10-BTBT alone There is no peak at any position corresponding to the peak of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum, and a single peak exists at an intermediate position between these two positions. As a result, it was confirmed that the organic semiconductor thin film according to Example 2 had a uniform solid phase as a whole, that is, a solid solution. In the same manner, it was confirmed that the organic semiconductor thin films according to the other examples were uniformly solid, that is, a solid solution. Moreover, it was confirmed that the single peak shifts as the mixing ratio of the two types of compounds changes.

また、比較例7に係る有機半導体薄膜(C6−BTBTとC10−BTBTとの混合物;図中では「C6+C10」と表記する)の面外X線回折スペクトルを、比較例1に係る有機半導体薄膜(C6−BTBT単体;図中では「C6」と表記する)及び比較例3に係る有機半導体薄膜(C10−BTBT単体;図中では「C10」と表記する)の面外X線回折スペクトルと共に図5に示す。図5に示すように、C6−BTBTとC10−BTBTとの混合物の面外X線回折スペクトルでは、C6−BTBT単体の面外X線回折スペクトルのピークに対応する位置、及びC10−BTBT単体の面外X線回折スペクトルのピークに対応する位置に、2つのピークが存在している。また、C6−BTBTとC10−BTBTとの混合物の面外X線回折スペクトルでは、特に、C6−BTBT単体の面外X線回折スペクトルのピークに対応する位置のピークが大きなピークになっていない。これは、結晶性が悪くなっていることを示している。これらにより、比較例7に係る有機半導体薄膜は、全体が均一の固相となっておらず、2つの相に相分離していることが確認された。   Further, the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the organic semiconductor thin film according to Comparative Example 7 (mixture of C6-BTBT and C10-BTBT; expressed as “C6 + C10” in the drawing) FIG. 5 together with the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the organic semiconductor thin film (C10-BTBT simple substance; indicated as “C10” in the figure) according to Comparative Example 3 and C6-BTBT simple substance; indicated as “C6” in the figure. Shown in As shown in FIG. 5, in the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the mixture of C6-BTBT and C10-BTBT, the position corresponding to the peak of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of C6-BTBT alone, and the C10-BTBT alone Two peaks exist at positions corresponding to the peaks of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum. In addition, in the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of the mixture of C6-BTBT and C10-BTBT, the peak at the position corresponding to the peak of the out-of-plane X-ray diffraction spectrum of C6-BTBT alone is not a large peak. This indicates that the crystallinity is worsening. From these, it was confirmed that the organic semiconductor thin film according to Comparative Example 7 was not a uniform solid phase as a whole but was phase-separated into two phases.

本発明は、有機半導体の製造及び使用、半導体層を含む製品、特に有機エレクトロニクスデバイス(例えば、電界効果トランジスタ、光電変換素子、有機太陽電池素子、有機EL素子、有機発光トランジスタ素子、有機半導体レーザー素子等)の製造及び使用等に利用できる。   The present invention relates to the manufacture and use of organic semiconductors, products including semiconductor layers, particularly organic electronic devices (for example, field effect transistors, photoelectric conversion elements, organic solar cell elements, organic EL elements, organic light emitting transistor elements, organic semiconductor laser elements) Etc.) can be used for manufacturing and use.

1 ソース電極
2 半導体層
3 ドレイン電極
4 絶縁体層
5 ゲート電極
6 基板
7 保護層
10A〜10E 電界効果トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Source electrode 2 Semiconductor layer 3 Drain electrode 4 Insulator layer 5 Gate electrode 6 Substrate 7 Protective layer 10A-10E Field effect transistor

Claims (12)

下記一般式(1)
Figure 0006214938
(上記式中、R1及びR2はそれぞれ独立に、ハロゲン原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基を表す)
で表される2種類以上の異なる化合物を含有する固溶体であることを特徴とする有機半導体。
The following general formula (1)
Figure 0006214938
(In the above formula, R 1 and R 2 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group optionally having a halogen atom)
An organic semiconductor comprising a solid solution containing two or more different compounds represented by the formula:
請求項に記載の有機半導体であって、
上記一般式(1)中のR1及びR2がそれぞれ独立に炭素数1〜36のアルキル基であることを特徴とする有機半導体。
The organic semiconductor according to claim 1 ,
An organic semiconductor, wherein R 1 and R 2 in the general formula (1) are each independently an alkyl group having 1 to 36 carbon atoms.
請求項又はに記載の有機半導体であって、
上記ハロゲン原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基が、ハロゲン原子を有していてもよい直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基であり、
上記一般式(1)で表される2種類以上の化合物に含まれる直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基の鎖長は、最長の鎖長と最短の鎖長との差が4未満であることを特徴とする有機半導体。
The organic semiconductor according to claim 1 or 2 ,
The aliphatic hydrocarbon group which may have a halogen atom is a linear or branched aliphatic hydrocarbon group which may have a halogen atom,
The chain length of the linear or branched aliphatic hydrocarbon group contained in the two or more kinds of compounds represented by the general formula (1) is such that the difference between the longest chain length and the shortest chain length is less than 4. An organic semiconductor characterized by being.
請求項の何れか1項に記載の有機半導体であって、
上記一般式(1)で表される鎖長の異なる直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基を有する2種類の異なる化合物を含有する固溶体であり、
鎖長がより短い直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基を有する化合物を30〜85質量%含むことを特徴とする有機半導体。
The organic semiconductor according to any one of claims 1 to 3 ,
A solid solution containing two different compounds having a linear or branched aliphatic hydrocarbon group having a different chain length represented by the general formula (1),
An organic semiconductor comprising 30 to 85% by mass of a compound having a linear or branched aliphatic hydrocarbon group having a shorter chain length.
請求項1〜4の何れか1項に記載の有機半導体であって、
トランジスタ用のp型の有機半導体であることを特徴とする有機半導体。
The organic semiconductor according to any one of claims 1 to 4,
Organic semiconductor it is a p-type organic semiconductors in transistors.
請求項に記載の有機半導体であって、
正孔移動度が0.01cm2/V・s以上であることを特徴とする有機半導体。
A organic semiconductor according to claim 5,
Organic semiconductor hole mobility you characterized in that at 0.01cm 2 / V · s or more.
請求項1〜6の何れか1項に記載の有機半導体からなることを特徴とする半導体層。   A semiconductor layer comprising the organic semiconductor according to claim 1. 請求項7記載の半導体層の形成に使用する半導体層形成用インクであって、
上記固溶体を構成する2種類以上の異なる化合物と、
溶媒とを含むことを特徴とする半導体層形成用インク。
A semiconductor layer forming ink used for forming a semiconductor layer according to claim 7,
Two or more different compounds constituting the solid solution,
A semiconductor layer forming ink comprising a solvent.
半導体層を形成しようとする表面上に、請求項8に記載の半導体層形成用インクを塗布し、乾燥させることを特徴とする半導体層の形成方法。   A method for forming a semiconductor layer, comprising applying the ink for forming a semiconductor layer according to claim 8 on a surface on which the semiconductor layer is to be formed, and drying the applied ink. 請求項〜6の何れか1項に記載の有機半導体からなる半導体層を含むことを特徴とする有機エレクトロニクスデバイス。 An organic electronic device comprising a semiconductor layer made of the organic semiconductor according to claim 1 . 請求項7に記載の半導体層を含むことを特徴とする電界効果トランジスタ。   A field effect transistor comprising the semiconductor layer according to claim 7. 請求項11記載の電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記半導体層を形成する第1の工程と、
第1の工程の後に半導体層を熱処理する第2の工程とを含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 11,
A first step of forming the semiconductor layer;
And a second step of heat-treating the semiconductor layer after the first step.
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