(57)【要約】  本発明は、ポリアリレートを含む有機薄膜トランジスタのゲート電極絶縁膜形成用組成物、およびその組成物からなる、有機半導体チャネルと接するゲート絶縁膜を含む有機薄膜トランジスタを提供する。
2009535838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学式１のポリアリレートを含む、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物：
【化１】
2009535838.tif 000012
前記化学式１において、Ａｒ１およびＡｒ２は互いに同じであるか異なる置換もしくは非置換の芳香族基である。
【請求項２】
前記化学式１のポリアリレートは、下記化学式２の芳香族ジオール化合物と下記化学式３の芳香族ジカルボン酸化合物の縮重合（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）によって製造される、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物：
【化２】
2009535838.tif 000013
前記化学式２において、Ａｒ１は置換もしくは非置換の芳香族基であり、
【化３】
2009535838.tif 000014
前記化学式３において、ＸおよびＸ’は互いに同じでも異なっていてもよく、独立してＯＨ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩからなる群から選択され、Ａｒ２は置換もしくは非置換の芳香族基である。
【請求項３】
前記化学式２の化合物は、ビス（ヒドロキシアリール）アルカン、ビス（ヒドロキシアリール）シクロアルカン、ジヒドロキシジアリールエーテル、ジヒドロキシジアリールスルフィド、ジヒドロキシジアリールスルホキシド、ジヒドロキシジアリールスルホン、ジヒドロキシジアリールイサチン、ジヒドロキシベンゼン、およびジヒドロキシビフェニルからなる群から選択される１種以上のものである、請求項２に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物。
【請求項４】
前記化学式２の化合物は、下記構造式の化合物から選択される１種以上のものである、請求項２に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物：
【化４】
2009535838.tif 000015
【請求項５】
前記化学式３の芳香族ジカルボン酸化合物は、テレフタル酸、イソフタル酸、ジ安息香酸、ナフタレンジカルボン酸、ビス（４−カルボキシフェニル）メタン、１，２−ビス（４−カルボキシフェニル）エタン、２，２−ビス（４−カルボキシフェニル）プロパン、ビス（４−カルボキシフェニル）オキシド、ビス（４−カルボキシフェニル）スルフィド、ビス（４−カルボキシフェニル）スルホン、および前述した化合物の芳香族基にＣ１−Ｃ２アルキルまたはハロゲン基が置換した化合物からなる群から選択される１種以上のものである、請求項２に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物。
【請求項６】
前記化学式３の芳香族ジカルボン酸化合物は、下記構造式の化合物から選択される１種以上のものである、請求項２に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物：
【化５】
2009535838.tif 000016
【請求項７】
前記化学式１のポリアリレートが下記化学式４の単位を含むポリアリレートである、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物：
【化６】
2009535838.tif 000017
前記化学式４において、ｍおよびｎは独立して０以上１以下の実数であり、ｍ＋ｎ＝１である。
【請求項８】
溶媒をさらに含む、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物。
【請求項９】
前記溶媒は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化脂肪族炭化水素、ハロゲン化芳香族炭化水素、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、アセテート系溶媒、アルコール系溶媒、アミド系溶媒、シリコン系溶媒、およびこれらの混合物から選択される、請求項８に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物。
【請求項１０】
前記ポリアリレートの分子量は５，０００以上１，０００，０００以下である、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物。
【請求項１１】
誘電定数が２以上かつ１０以下であり、絶縁破壊電圧が１ＭＶ／ｃｍ以上であり、漏れ電流が１×１０−７Ａ／ｃｍ２以下である、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物。
【請求項１２】
前記誘電定数は２以上かつ３以下である、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物。
【請求項１３】
フィルム形成時、１ｎｍ以下の表面粗さおよび４０度以上１４０度以下の蒸留水接触角を示す、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物。
【請求項１４】
ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体チャネル、ドレイン電極、およびソース電極を含む有機薄膜トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜が前記有機半導体チャネルと接し、請求項１〜１３のうちのいずれか１つのゲート絶縁膜形成用組成物によって形成された絶縁膜からなることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項１５】
前記ゲート絶縁膜は、スピンコーティング（ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎｇ）、プリンティング（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ−ｃｏａｔｉｎｇ）、およびロールコーティング（ｒｏｌｌ−ｃｏａｔｉｎｇ）のうちから選択される方法によって形成される、請求項１４に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１６】
前記有機半導体チャネルは、ペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、チオフェンオリゴマー（ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ  ｏｌｉｇｏｍｅｒ）、アリールアミン（ａｒｙｌａｍｉｎｅ）、フタロシアニン（ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、フラーレン（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリフルオレン（ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｅｎｅ）、ポリフェニレンビニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）、ポリアリールアミン（ｐｏｌｙａｒｙｌａｍｉｎｅ）、およびこれらの混合物のうちから選択される、請求項１４に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１７】
前記ゲート電極、ドレイン電極、およびソース電極は、金属、導電性金属酸化物、および導電性高分子のうちから選択される材料からなる、請求項１４に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１８】
ゲート電極下部に基板をさらに含む、請求項１４に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１９】
請求項１４の有機薄膜トランジスタを含む電子素子。
【請求項２０】
前記電子素子は、有機発光素子、太陽電池、ＩＤタグ（Ｔａｇ）、ｅ−ウォーターマーク（ｅ−ｗａｔｅｒｍａｒｋ）、ｅ−バーコード（ｅ−ｂａｒｃｏｄｅ）、およびｅ−チケット（ｅ−ｔｉｃｋｅｔ）のうちから選択される、請求項１９に記載の電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物およびそれを用いた有機薄膜トランジスタに関するものである。具体的には、本発明は、主鎖にエステル基を有するポリアリレートを含む有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物およびそれを用いた有機薄膜トランジスタに関するものである。本出願は２００６年５月４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２００６−００４０６３６号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体物質とは、電気的に絶縁体の性質を帯びる既に知られている大部分の有機物質とは異なり、電場の印加によって電気伝導度を変化させる半導体の性質を示す有機物質をいう。このような有機半導体物質を応用した様々な電気／電子素子が知られており、その例として有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、有機太陽電池（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）、有機薄膜トランジスタなどが挙げられる。
【０００３】
有機薄膜トランジスタとは半導体性質を帯びる有機物質を含むチャネルを利用して製作した薄膜トランジスタをいう。有機薄膜トランジスタは、大きく、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）、ドレイン（ｄｒａｉｎ）、ゲート（ｇａｔｅ）を含む電極、有機半導体チャネル、ゲート絶縁膜、基板からなっている。このような有機薄膜トランジスタは、既存のシリコンなどを用いた無機トランジスタに比べ、真空蒸着工程を行うことなく、溶液工程などを通じて低価で大面積に適用することができ、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）素子にも適用できる長所を有する。
【０００４】
有機薄膜トランジスタの性能は、有機半導体界面の電位がゲート電極電圧に対してどれくらい効果的に変化するのか、キャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）がソース電極から有機半導体に注入されるのに妨害エネルギーが存在するのか、キャリアが有機半導体界面に沿って伝送されるのに散乱（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）要素がどれくらいあるのか、ゲート絶縁膜が、有機半導体から伝送されるキャリアがゲート電極に漏れることを防止できる十分な絶縁性を持っているのかなどによって決められる。したがって、有機薄膜トランジスタの開発において、高性能の有機半導体チャネル物質の開発と共に優れた特性を示すゲート絶縁膜の開発も見過ごせない要素であると言える。
【０００５】
既に広く知られている有機薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜材料としては酸化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ）、窒化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの無機物と、ポリビニルフェノール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｈｅｎｏｌ）［文献Ｋｌａｕｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ９２，５２５９  （２００２）］、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）［文献Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８３，３２０１  （２００３）］、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）［文献Ｆｉｃｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ９４，２６３８  （２００３）］、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）（大韓民国特許公開２００５−００８１８２４）などの有機物に分けることができる。
【０００６】
有機薄膜トランジスタに無機物絶縁膜を用いる場合、この無機物絶縁膜は既存のシリコン半導体と同じように真空蒸着工程を用いて製造しなければならないため、工程／費用上の利点が小さく、大面積基板に適用し難い。また、無機物そのものの特性上、柔軟性が落ち、工程温度が相対的に高くて、プラスチック基板のようなフレキシブル素子への応用が難しいというなどの問題がある。また、前記無機物絶縁膜は、一般的に有機物半導体チャネルとの親和性が相対的に低いため、有機薄膜トランジスタ素子の性能が優れていない短所がある。
【０００７】
その反面、有機薄膜トランジスタに有機物絶縁膜を用いる場合、溶液工程を通じて絶縁膜フィルムを製造できるため、低価で大面積に適用することができ、低温工程と有機物の柔軟な性質を利用してフレキシブル素子への応用が容易である長所がある。また、有機物の化学構造を様々に設計および変形して様々な特性を有した絶縁膜を製造できるという点も有機物絶縁膜が制限された種類の無機物絶縁膜に比べてより優れた特徴中の１つである。
【０００８】
それにもかかわらず、有機ゲート絶縁膜材料は未だにその化学構造および種類において様々ではない。したがって、新しい有機ゲート絶縁膜材料の開発は有機薄膜トランジスタの実現に非常に重要である。多くの絶縁有機物質が知られているが、依然として有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用として好適な絶縁有機物質は多くない。
【特許文献１】大韓民国特許公開２００５−００８１８２４
【非特許文献１】Ｋｌａｕｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ９２，５２５９  （２００２）
【非特許文献２】Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８３，３２０１  （２００３）
【非特許文献３】Ｆｉｃｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ９４，２６３８  （２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、ポリアリレートを用いて有機薄膜トランジスタの有機半導体チャネルに接するゲート絶縁膜を形成する場合に優れた効果を達成できるということを明らかにした。
そこで、本発明は、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物およびそれを用いた有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、下記化学式１のポリアリレートを含む有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物を提供する。
【００１１】
【化１】
2009535838.tif 000003
【００１２】
前記化学式１において、Ａｒ１およびＡｒ２は互いに同じであるか異なる置換もしくは非置換の芳香族基である。前記ポリアリレートの分子量は５，０００以上１，０００，０００以下であることが好ましく、１０，０００以上２００，０００以下であることがより好ましい。
【００１３】
また、本発明は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体チャネル、ドレイン電極、およびソース電極を含む有機薄膜トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜が前記有機半導体チャネルと接し、前記化学式１のポリアリレートを含む有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物で形成された絶縁膜からなることを特徴とする有機薄膜トランジスタを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、主鎖にエステル（ｅｓｔｅｒ）基を含むポリアリレートを用いて有機薄膜トランジスタの有機半導体チャネルと接するゲート絶縁膜を形成することによって溶液工程を通じてゲート絶縁膜を形成することができ、それにより、既存の工程に比べて簡便で安価な工程を利用できるだけでなく、性能に優れた有機薄膜トランジスタを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では本発明についてより詳細に説明する。
【００１６】
従来の有機ゲート絶縁膜の研究はビニル（ｖｉｎｙｌ）系高分子、アクリレート（ａｃｒｙｌａｔｅ）系高分子、イミド（ｉｍｉｄｅ）系高分子などを中心に進行したことに対し、本発明は前記化学式１のように主鎖に芳香族エステル（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｅｓｔｅｒ）基が含まれた構造の高分子、すなわちポリアリレート（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）を用いてゲート絶縁膜を形成することを特徴とする。
【００１７】
ポリアリレート（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）は紫外線安定性、固有の難燃性、優れた電気的性質、高い熱変形温度を有し、高い透明性を有する。このような特性により、太陽光集熱性安全装置、構造体／輸送器の材料、照明および電子レンジのランプケース、カメラ内外装品、光設備の電子電気装置などに外装材としてポリアリレートが用いられてきた。
【００１８】
しかし、ポリアリレートを有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用いた例は未だに知られていない。しかし、本発明では、ポリアリレートが有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用いられる場合、有機薄膜トランジスタの性能を向上できるという事実を明らかにした。
【００１９】
有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜材料として用いられるためには、所定の条件を満足しなければならない。すなわち、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜材料として用いられるためには、誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）が高すぎるか低すぎない所定範囲内にあるべきであり、高い絶縁破壊電圧（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｖｏｌｔａｇｅ）を有すべきであり、低い漏れ電流（ｌｅａｋａｇｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を有すべきであるなど、優れた電気絶縁特性を有しなければならない。具体的には、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜材料は誘電定数が２以上かつ１０以下、好ましくは２以上かつ５以下、より好ましくは２以上かつ３以下であり、絶縁破壊電圧が１ＭＶ／ｃｍ以上であり、漏れ電流が１×１０−７Ａ／ｃｍ２以下であることが好ましい。また、前記のような優れた電気絶縁特性を満足すると同時に、有機薄膜トランジスタのゲート電極と有機半導体チャネルとの界面特性の向上のために、１ｎｍ以下の表面粗さ、４０度以上１４０度以下の蒸留水接触角（ｗａｔｅｒ  ｃｏｎｔａｃｔ  ａｎｇｌｅ）などのフィルム表面特性などを満足しないと、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として正しく機能することができない。本発明では、ポリアリレートを主成分にして形成した絶縁膜が前記のような条件を満足するということを明らかにし、それを用いて優れた性能の有機薄膜トランジスタを提供することができる。
【００２０】
前記化学式１のポリアリレートは下記化学式２の芳香族ジオール化合物と下記化学式３の芳香族ジカルボン酸化合物の縮重合（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）によって製造される芳香族線状ポリエステル樹脂である。
【００２１】
【化２】
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【００２２】
前記化学式２において、Ａｒ１は置換もしくは非置換の芳香族基である。
【００２３】
【化３】
2009535838.tif 000005
【００２４】
前記化学式３において、ＸおよびＸ’は互いに同じでも異なっていてもよく、独立してＯＨ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩからなる群から選択され、Ａｒ２は置換もしくは非置換の芳香族基である。
【００２５】
前記化学式２の芳香族ジオール化合物の非制限的な例としてはビス（ヒドロキシアリール）アルカン、ビス（ヒドロキシアリール）シクロアルカン、ジヒドロキシジアリールエーテル、ジヒドロキシジアリールスルフィド、ジヒドロキシジアリールスルホキシド、ジヒドロキシジアリールスルホン、ジヒドロキシジアリールイサチン、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシビフェニルなどが挙げられる。前記化学式２の芳香族ジオール化合物の具体的な例としては下記構造式の化合物が挙げられるが、これらだけに限定されるものではない。
【００２６】
【化４】
2009535838.tif 000006
【００２７】
前記化学式３の芳香族ジカルボン酸化合物の非制限的な例としてはテレフタル酸、イソフタル酸、ジ安息香酸、ナフタレンジカルボン酸、ビス（４−カルボキシフェニル）メタン、１，２−ビス（４−カルボキシフェニル）エタン、２，２−ビス（４−カルボキシフェニル）プロパン、ビス（４−カルボキシフェニル）オキシド、ビス（４−カルボキシフェニル）スルフィド、ビス（４−カルボキシフェニル）スルホン、前記化合物の芳香族基にＣ１−Ｃ２アルキルまたはハロゲン基が置換された化合物またはこれらの混合物が挙げられる。前記化学式３の芳香族ジカルボン酸化合物の具体的な例としては下記構造式の化合物が挙げられるが、これらだけに限定されるものではない。
【００２８】
【化５】
2009535838.tif 000007
【００２９】
前記化学式１のポリアリレートは下記反応式１のように製造することができる。
【００３０】
【化６】
2009535838.tif 000008
【００３１】
前記ポリアリレートは芳香族ジオール化合物と芳香族ジカルボン酸化合物を単一溶液に溶解して重合する方法である溶液重合によって製造することができる。また、前記ポリアリレートは芳香族ジオール化合物のアルカリ水溶液と芳香族ジカルボン酸化合物のハロゲン化物溶液を混合して重合する方法である界面重合によって製造することもできる。大韓民国特許出願１０−２００４−００７３８７０には、後者の方法で、残留塩類が少なく、且つ透明性および耐熱性が改善されたポリアリレートの製造方法が記載されており、前記特許文献はその全体が本明細書に含まれる。
【００３２】
前記ポリアリレートは用いる原料物質に応じて色々な分子構造式を有し得るが、その中でも下記化学式４で示される単位を有することが好ましい。
【００３３】
【化７】
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【００３４】
前記化学式４において、ｍおよびｎは独立して０以上かつ１以下の実数であり、ｍ＋ｎ＝１である。
【００３５】
また、当技術分野には、有機絶縁膜の電気容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を高めるために有機物質に高誘電率の無機材料を添加したり有機物層に高誘電率の無機材料層を積層したりする方法が知られている。しかし、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の電気容量が高すぎる場合には、絶縁膜の分極（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）による履歴現象（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）などの素子安定性が問題になり、ｏｎ／ｏｆｆ電流比も減少する短所がある。また、ゲート絶縁膜を多層の積層構造に形成する場合には、工程上、追加ステップが発生し、有機薄膜トランジスタの相次ぐ動作における経時安定性にも問題があり得る。特に、ポリアリレートの場合、前述した方式によって無機材料を添加したりポリアリレート層を含む有機物層に無機材料層を積層したりする時に熱が多く発生すると、絶縁膜の不均一と漏れ電流の増加をもたらす。例えば、ゾル−ゲル反応を用いて無機物を製造する方式がある。このようなゾル−ゲル反応によって製造された無機物、特にゾル−ゲル方式によって製造された有機シラン系化合物のようなシリコン系無機物の場合、薄膜形成過程に１５０℃以上の高温の熱が必要であり、これは良質の絶縁膜形成および低温工程とフレキシブル素子への応用などを期待する有機薄膜トランジスタに適用するのに問題点がある。したがって、本発明に係るゲート絶縁膜形成用組成物はポリアリレートを含むが、ゾル−ゲル反応による無機物は含まない。また、前記組成物を用いて形成された絶縁膜を含む本発明に係る有機薄膜トランジスタは前述したゾル−ゲル反応による無機物を含む層との積層構造は含まない。
【００３６】
また、本発明に係る有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物からなる絶縁膜は本発明の有機薄膜トランジスタにおいて有機半導体チャネルと接するように配置されることを特徴とする。すなわち、本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、本発明に係る組成物からなる絶縁膜と有機半導体チャネルとの間に他の材料からなる絶縁層のような他の層が介在していないことを特徴とする。本発明では、前述したように薄膜に形成した時、有機半導体チャネルと界面特性に優れた本発明に係る組成物を用いて有機薄膜トランジスタの有機半導体チャネルと接するゲート絶縁膜を形成することによって性能に優れた有機薄膜トランジスタを提供することができる。
【００３７】
本発明に係る有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜形成用組成物は前述したポリアリレートの他に溶媒を含むことができる。
【００３８】
前記溶媒としてはヘキサンなどの脂肪族炭化水素、アニソール、メシチレン、キシレンなどの芳香族炭化水素、メチレンクロライド、クロロホルム、ジクロロエタン、トリクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素、メチルイソブチルケトン、１−メチル−２−ピロリジノン、アセトンなどのケトン系溶媒、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテルなどのエーテル系溶媒、エチルアセテート、ブチルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートなどのアセテート系溶媒、イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール系溶媒、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶媒；シリコン系溶媒またはこれらの混合物などを用いることができるが、これらだけに限定されるものではない。
【００３９】
本発明では、前記ゲート絶縁膜形成用組成物を有機薄膜トランジスタのゲート電極上にスピンコーティング（ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎｇ）、プリンティング（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ−ｃｏａｔｉｎｇ）、ロールコーティング（ｒｏｌｌ−ｃｏａｔｉｎｇ）などの方法によってコーティングし、溶媒を乾燥させることによって有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成することができる。
【００４０】
本発明では、本発明の目的を害しない範囲内でゲート絶縁膜形成用組成物に他の機能を付与するための添加剤を添加することができる。例えば、前記組成物のコーティング性を改善するためのコーティング改善剤を添加することができる。
【００４１】
本発明に係る有機薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体チャネル、ソース電極、およびドレイン電極を含む。本発明に係る有機薄膜トランジスタはゲート電極の下部に基板をさらに含むことができる。本発明に係る有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜が前述したポリアリレートを含む本発明に係るゲート絶縁膜形成用組成物で形成されることを除いては、当技術分野に知られている構成を有することができる。
【００４２】
図１は本発明に係る有機薄膜トランジスタの構造を例示したものである。但し、図１の有機薄膜トランジスタは１つの例示に過ぎず、本発明の目的を害しない範囲内で本発明の有機薄膜トランジスタは様々な構造を有することができる。
【００４３】
基板としてはシリコン、ガラス、プラスチック、紙などが用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
有機半導体チャネルとしては一般的に半導体の性質を帯びることが知られている有機物質で形成することができる。具体的には、ペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、チオフェンオリゴマー（ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ  ｏｌｉｇｏｍｅｒ）、アリールアミン（ａｒｙｌａｍｉｎｅ）、フタロシアニン（ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、フラーレン（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリフルオレン（ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｅｎｅ）、ポリフェニレンビニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）、ポリアリールアミン（ｐｏｌｙａｒｙｌａｍｉｎｅ）、これらの誘導体またはこれらの混合物などを用いることができるが、これらの例だけに限定されるのではない。
【００４５】
ソース、ドレイン、およびゲート電極としては金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）などの一般的に用いられる金属、またはインジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ニッケル酸化物（ｎｉｃｋｅｌ  ｏｘｉｄｅ）などの導電性金属酸化物、またはポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリエチレンジオキシチオフェン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）などの導電性高分子などを用いることができるが、これらの例だけに限定されるのではない。
【００４６】
本発明に係る有機薄膜トランジスタは他の電子素子、例えば有機発光素子、太陽電池、ＩＤタグ（Ｔａｇ）、ｅ−ウォーターマーク（ｅ−ｗａｔｅｒｍａｒｋ）、ｅ−バーコード（ｅ−ｂａｒｃｏｄｅ）、ｅ−チケット（ｅ−ｔｉｃｋｅｔ）などに適用することができる。
【実施例】
【００４７】
このような本発明を下記の実施例によってより詳細に説明するが、下記の実施例は本発明の理解を助けるためのものであって、これらによって本発明の範囲が限定されるものではない。
【００４８】
〔製造例１：ポリアリレート（１）の製造〕
５００ｍＬの攪拌器付き反応器に２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン６．９６２ｇ、フェノール０．０３８ｇ、蒸留水６２ｇ、ＮａＯＨ  ２．５７ｇを入れて攪拌した。その次、反応器の温度を２０℃に設定した後、ＥＭＵＬＧＥＮ１２０（登録商標）（ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ＨＬＢ（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ−Ｌｉｐｏｐｈｉｌｅ  Ｂａｌａｎｃｅ）：１５．３）５重量％の水溶液１．２ｇとメチレンクロライド６．２ｇを添加し攪拌して前記アルカリ水溶液を製造した。これとは別途に、イソフタロイルクロライドとテレフタロイルクロライドが同じモル数で混合された芳香族ジカルボン酸混合物６．２２ｇをメチレンクロライド５５ｇに溶かした。この溶液を予め製造したアルカリ水溶液に加えた。得られた混合物を２時間常温で重合した後に酢酸を付加して反応を終結させた。その次に、１倍体積のメチレンクロライドと２倍体積の蒸留水を用いて５回洗浄した。濾液の伝導度が５０μｓ／ｃｍ以下になるまでに繰り返し洗浄し、この溶液をメタノールに注いで重合体を沈殿させた。この沈殿物を真空オーブンで乾燥して重量平均分子量２０万の高分子を得た。
【００４９】
〔製造例２：ポリアリレート（２）の製造〕
２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンの代わりに、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンと２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンがモル比９：１で混合された単量体混合物を用いたことを除いては、前記製造例１と同じ方法によって重合体を製造し、重量平均分子量１１万６千の高分子を得た。
【００５０】
〔製造例３：ポリアリレート（３）の製造〕
２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンの代わりに、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンと２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンがモル比３：１で混合された単量体混合物を用いたことを除いては、前記製造例１と同じ方法によって重合体を製造し、重量平均分子量２万７千の高分子を得た。
【００５１】
［実施例］
〔実施例１〕
前記製造例１で製造されたポリアリレート（１）を用いて図１のような有機薄膜トランジスタを製作した。
具体的には、ガラス基板上にパターニングされたＩＴＯをゲート電極として用い、先ずこれをアセトンおよびメタノールで洗浄した。前記ポリアリレート（１）をクロロベンゼン（ｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）に溶かし、これを前記ゲート電極上にスピンコーティング（ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｉｎｇ）して厚さ約３６００Åの有機ゲート絶縁膜を形成した。このように形成された有機ゲート絶縁膜上に有機半導体チャネルとしてペンタセンを１ｘ１０−７ｔｏｒｒの高真空下で約０．３Å／ｓの速度で５００Å厚さに真空蒸着した。ソースおよびドレイン電極としてはシャドウマスク（ｓｈａｄｏｗ  ｍａｓｋ）を用いて金を１ｘ１０−６ｔｏｒｒの高真空下で２Å／ｓの速度で１０００Å厚さに真空蒸着した。チャネル幅（ｗｉｄｔｈ）は１０００μｍ、チャネル長さ（ｌｅｎｇｔｈ）は１００μｍであった。
【００５２】
〔実施例２〕
製造例１で製造されたポリアリレート（１）の代わりに前記製造例２のポリアリレート（２）を用いたことを除いては、実施例１と同じ方法によって有機薄膜トランジスタを製造した。
【００５３】
〔実施例３〕
製造例１で製造されたポリアリレート（１）の代わりに前記製造例３のポリアリレート（３）を用いたことを除いては、実施例１と同じ方法によって有機薄膜トランジスタを製造した。
【００５４】
〔有機薄膜トランジスタの電気的特性評価〕
実施例１〜３で製造された有機薄膜トランジスタの電気的特性をＨＰ４１５５Ｃ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて常温大気中で測定した。−４０Ｖのドレイン電圧下で、ゲート電圧を＋２０から−４０Ｖまでスキャンし、電流−電圧曲線（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｕｒｖｅ）を得た。下記飽和領域（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）における電流−電圧関係式から、製造した有機薄膜トランジスタの移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）および閾電圧（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｖｏｌｔａｇｅ）を求めることができた。
【００５５】
【数１】
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ＩＤ：ドレイン電流、Ｗ：チャネル幅、Ｌ：チャネル長さ、Ｃｉｎｓ：絶縁膜の静電容量、μｓａｔ：飽和領域移動度、ＶＧ：ゲート電圧、ＶＴ：閾電圧
【００５６】
実施例１〜３で製造された有機薄膜トランジスタの電流−電圧曲線（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｕｒｖｅ）は図２〜４に各々示す。また、実施例１〜３で製造された有機薄膜トランジスタ性能は表１に比較して示す。
【００５７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】一般的なトップ−コンタクト（ｔｏｐ−ｃｏｎｔａｃｔ）構造の有機薄膜トランジスタの構造を例示したものである。
【図２】実施例１で製造された有機薄膜トランジスタの電流−電圧曲線（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｕｒｖｅ）を示すものである。
【図３】実施例２で製造された有機薄膜トランジスタの電流−電圧曲線（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｕｒｖｅ）を示すものである。
【図４】実施例３で製造された有機薄膜トランジスタの電流−電圧曲線（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｕｒｖｅ）を示すものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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