(57)【要約】【課題】電極材料／液晶性有機半導体（液晶物質）／電極材料の構成において、低電界で電荷注入を促進する。【解決手段】２つの平板状電極１及び３と、液晶性有機半導体に強誘電性を付与した強誘電性液晶物質２とを備え、前記平板状電極は前記強誘電体液晶物質を挟み、前記平板状電極間に電圧を加えることにより前記強誘電性液晶物質を分極させ、電荷注入を促進させる液晶性有機半導体素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの平板状電極と、
液晶性有機半導体に強誘電性を付与した強誘電性液晶物質と、
を備え、
前記平板状電極は前記強誘電性液晶物質を挟み、
前記平板状電極間に電圧を加えることにより前記強誘電性液晶物質を分極させることにより電荷注入を促進させる液晶性有機半導体素子。
【請求項２】
前記強誘電体液晶物質が、テルフェニール（ｔｅｒｐｈｅｎｙｌ）系の強誘電性液晶物質である請求項１に記載の液晶性有機半導体素子。
【請求項３】
前記２つの平板状電極を仕事関数が異なる材質を用いた平板状電極として、
仕事関数の大きな平板状電極側から正孔を注入し、仕事関数の小さな平板状電極側より電子を注入することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶性有機半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体材料を利用して作製される光センサ、有機ＥＬ、有機トランジスタ、有機太陽電池や有機半導体メモリなどの有機電子デバイスにおける電極と有機半導体界面における電荷注入を促進した新しい素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極から有機半導体へ電荷注入は、光センサ、有機ＥＬ、有機トランジスタ、有機半導体メモリをはじめとする有機電子デバイスを実現する上での重要な技術課題である。電極から有機半導体への効率的な電荷注入は、ドーピングによるオーミック層の形成が容易でないため、その改善には、一般的な方法として有機半導体の伝導レベルと電極材料の仕事関数のマッチング、すなわち、電極から正孔の注入を促進する場合は、電極材料と有機半導体材料のＨＯＭＯレベルとのエネルギー障壁をできる限り小さくするよう、また、電子の注入を促進する場合には電極材料と有機半導体材料のＬＵＭＯレベルとエネルギー障壁が小さくなるよう電極材料と有機半導体材料の選択が行われる（例えば非特許文献１等参照）。あるいは、電極表面を、ダイポールをもつ有機分子により化学修飾することにより、電荷注入をする方法が知られている（例えば非特許文献２等参照）。
【０００３】
また、電極表面に電荷注入をよくするために、有機半導体と電極とエネルギーとの間にエネルギー準位を持つ物質や電荷注入を促進する物質を電極表面に積層する方法が知られている。例えば、正孔注入の促進では、ＩＴＯ電極の表面にフタロシアニンや三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）の極薄膜を正孔注入層として用いる例や、電子注入の促進にはＬｉやフッ化リチウム（ＬｉＦ）、炭化セシウム（ＣｓＣＯ３）の極薄膜を電極材料の積層する例などが知られている（例えば非特許文献３等参照）。
【特許文献１】特開２００５−２５９７３７号公報
【非特許文献２】Ｃｈｉｍｅｄ  Ｇａｎｚｏｒｉｎｇ  ｅｔ．ａｌ．  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  Ｖｏｌ．７９、Ｐ２７２
【特許文献３】特開２００７−２５８７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電荷注入の促進は、電極表面の化学修飾や電極表面に電荷注入を促進するための電荷注入層を新たに設置する必要があり、素子の作製上、工程が増えるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、有機半導体そのものに電荷注入を促進する機能を持たせることにより、電荷注入層を設置することなく電荷注入可能な半導体素子であって、以下の手段により実現可能である。
【０００６】
（１）  ２つの平板状電極と、液晶性有機半導体に強誘電性を付与した強誘電性液晶物質と、を備え、前記平板状電極は前記強誘電体液晶物質を挟み、前記平板状電極間に電圧を加えることにより前記強誘電性液晶物質を分極させることにより電荷注入を促進させる液晶性有機半導体素子。
【０００７】
（１）記載の発明によれば、外部電界により強誘電性物質を分極させているので、低電界領域からの電荷注入が促進される。
【０００８】
（２）  前記強誘電体液晶物質が、テルフェニール（ｔｅｒｐｈｅｎｙｌ）系の強誘電性液晶物質である請求項１に記載の液晶性有機半導体素子。
【０００９】
（２）に記載の発明によれば、強誘電性液晶材料は、強誘電体であると同時に有機半導体であるため、電界を印加し、抗電界以上の電界とすることにより分極して電荷の注入が促進される。強誘電性液晶物質の分極は、正極および負極近傍に残留分極として分極が現れるため、注入障壁が低下して、原理的に正孔、電子の注入がともに促進される可能性が高くなり、電荷の注入が促進されることになる。
【００１０】
（３）  （１）において、前記２つの平板状電極を仕事関数が異なる材質を用いた平板状電極として、仕事関数の大きな平板状電極側から正孔を注入し、仕事関数の小さな平板状電極側より電子を注入することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶性有機半導体素子。
【００１１】
（３）記載の発明によれば、仕事関数の異なる電極を用いているため、更に電荷の注入が促進される。電荷注入の促進は、電極材料と強誘電性液晶の伝導レベルとの相対的なエネルギー位置関係に依存すると考えられることから、正孔の注入の促進には、仕事関数の大きな電極材料、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）などの電極材料を用いることが効果的である。また、電子注入の促進には、仕事関数の小さな電極材料、例えば、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などの電極材料を用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
電極材料／有機半導体（分極可能な強誘電体）／電極材料の構成において、有機半導体として用いる液晶物質に強誘電性を付与することにより、低電界で電荷注入を促進する。このため、それぞれの電荷注入層を別途設置する必要がなく、有機半導体層のみによって、電子、正孔の電荷注入を促進できるため、素子作製プロセスを簡略化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【００１４】
＜実施例１＞
図１は、本発明による有機半導体素子の構造を示している。図２は、有機半導体素子として使用したテルフェニール（ｔｅｒｐｈｅｎｙｌ）系の強誘電性液晶物質の分子構造を示している。図３は、電極間距離を１．５μｍとした場合の電流電圧特性を示している。
【００１５】
図１において本発明による液晶セル構造は、電極Ａ１、電極Ｂ３に強誘電性液晶物質２を挟んでいる。電極Ａ１及び電極Ｂ２としてスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）を使用し、図２に示したテルフェニール（ｔｅｒｐｈｅｎｙｌ）系の強誘電性液晶を挟んでいる。
【００１６】
図３は、電流電圧特性を測定した結果である。電極間距離１．５μｍの表面安定化された液晶セルは、強誘電性液晶の螺旋構造が解けている。電圧を印加して電界を高くするに従い、自発分極の配向の変化に基づく電気的特性が変化しており、３×１０３Ｖ／ｃｍ程度の低電界から電荷注入が促進され、傾き２の空間電荷制限電流（ＳＣＬＣ）が観測される。
【００１７】
＜実施例２＞
実施例２としては、実施例１と同様の電極材料及び強誘電性液晶材料を使用し、電極間距離を１３．５μｍと厚くした液晶セルである。電極間距離が１３．５μｍの液晶セルでは、電圧を印加し、電界を高くしていくと分極により電荷注入が促進され、１０５Ｖ／ｃｍ程度から、傾き２の空間電荷制限電流（ＳＣＬＣ）が観測された。
【００１８】
以上、本発明の実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、原理的には、本発明に示した有機強誘電体に限らず、分極が生起されるものとして無機強誘電体においても同様な原理から実現可能であると考えられる。従来、強誘電体といえども誘電体であるので、電荷輸送はできないと考えられていたが、分極を利用することにより、電荷の注入が促進され、様々な有機電子デバイスへの応用が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の素子構造を示す図である。
【図２】本発明に使用したテルフェニール（ｔｅｒｐｈｅｎｙｌ）系の強誘電性液晶物質の分子構造示す図である。
【図３】本発明による強誘電性液晶セルの電極間距離を１．５μｍ及び１３．５μｍとし時の電流電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  電極Ａ
２  強誘電性液晶物質
３  電極Ｂ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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