(57)【要約】【課題】  トランジスタとしての特性が良好であり、さらに経時劣化が抑えられた有機半導体材料、それを用いた有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子を提供することである。【解決手段】  有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物を含有することを特徴とする有機半導体材料。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物を含有することを特徴とする有機半導体材料。
【請求項２】
前記色素骨格を有する化合物が、下記一般式（１）で表される化合物であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
一般式（１）  Ｄ−（Ｒ）n
（式中、Ｄは色素骨格を表し、Ｒは溶解性ユニットを表し、ｎは１以上の整数を表す。）
【請求項３】
前記色素骨格が（ポリ）メチン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項４】
前記色素骨格がシアニン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項５】
前記色素骨格がメロシアニン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項６】
前記色素骨格がオキソノール色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項７】
前記色素骨格がスチリル色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項８】
前記色素骨格がアリーリデン色素またはヘテロアリーリデン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項９】
前記色素骨格がアゾ色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項１０】
前記色素骨格がアゾメチン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機半導体材料を活性層に用いることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機半導体材料を活性層に用いることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機半導体材料を用いることを特徴とするスイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体材料、有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また、さらに情報化の進展に伴い、従来、紙媒体で提供されていた情報が電子化される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。
【０００３】
一般に平板型のディスプレイ装置においては、液晶、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）、電気泳動等を利用した素子を用いて表示媒体を形成している。また、こうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度等を確保するために、画像駆動素子としてアクティブ駆動素子（ＴＦＴ素子）を用いる技術が主流になっている。例えば、通常のコンピュータディスプレイではガラス基板上にこれらＴＦＴ素子を形成し、液晶、有機ＥＬ素子等が封止されている。
【０００４】
ここでＴＦＴ素子には主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）等の半導体を用いることができ、これらのＳｉ半導体（必要に応じて金属膜も）を多層化し、ソース、ドレイン、ゲート電極を基板上に順次形成していくことでＴＦＴ素子が製造される。こうしたＴＦＴ素子の製造には、通常スパッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要とされる。
【０００５】
しかしながら、このようなＴＦＴ素子の製造では、真空チャンバーを含む真空系の製造プロセスを何度も繰り返して各層を形成せざるを得ず、装置コスト、ランニングコストが非常に膨大なものとなっていた。例えば、ＴＦＴ素子では、通常それぞれの層の形成のために真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工程を何度も繰り返す必要があり、何十もの工程を経て素子を基板上に形成している。スイッチング動作の要となる半導体部分に関しても、ｐ型、ｎ型等、複数種類の半導体層を積層している。こうした従来のＳｉ半導体による製造方法ではディスプレイ画面の大型化のニーズに対し、真空チャンバー等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされる等、設備の変更が容易ではない。
【０００６】
また、このような従来からのＳｉ材料を用いたＴＦＴ素子の形成には高い温度の工程が含まれるため、基板材料には工程温度に耐える材料でなければならない。
【０００７】
このため実際には基板材料としてガラスを用いざるをえず、先に述べた電子ペーパーあるいはデジタルペーパーといった薄型ディスプレイを、こうした従来知られたＴＦＴ素子を利用して構成した場合、そのディスプレイは重く、柔軟性に欠け、落下の衝撃で割れる可能性のある製品となってしまう。ガラス基板上にＴＦＴ素子を形成することに起因するこれらの特徴は、情報化の進展に伴う手軽な携行用薄型ディスプレイへのニーズを満たすにあたり望ましくないものである。
【０００８】
一方、近年において高い電荷輸送性を有する有機化合物として、有機半導体材料の研究が精力的に進められている。これらの化合物は有機ＥＬ素子用の電荷輸送性材料のほか、有機レーザー発振素子や、多数の論文にて報告されている有機薄膜トランジスタへの応用が期待されている。
【０００９】
これら有機半導体デバイスを実現できれば、比較的低い温度での真空ないし低圧蒸着による製造プロセスの簡易化や、さらにはその分子構造を適切に改良することによって、溶液化できる半導体を得る可能性があると考えられ、有機半導体溶液をインク化することによりインクジェット方式を含む印刷法による製造も考えられる。これらの低温プロセスによる製造は、従来のＳｉ系半導体材料については不可能と考えられてきたが、有機半導体を用いたデバイスにはその可能性があり、従って前述の基板耐熱性に関する制限が緩和され、透明樹脂基板上にも、例えば、ＴＦＴ素子を形成できる可能性がある。透明樹脂基板上にＴＦＴ素子を形成し、そのＴＦＴ素子により表示材料を駆動させることができれば、ディスプレイを従来のものよりも軽く、柔軟性に富み、落としても割れない（もしくは非常に割れにくい）ディスプレイとすることができるであろう。
【００１０】
しかしながら、こうしたＴＦＴ素子を実現するための有機半導体としてこれまでに検討されてきたのは、ペンタセンやテトラセンといったアセン類、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体といった低分子化合物や、α−チエニールもしくはセクシチオフェンと呼ばれるチオフェン６量体を代表例とする芳香族オリゴマー、ナフタレン、アントラセンに５員の複素芳香環が対称に縮合した化合物、モノ、オリゴ及びポリジチエノピリジン、さらにはポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−ｐ−フェニレンビニレンといった共役高分子等限られた種類の化合物であり、さらに高いキャリア移動度を示す電荷輸送性材料を用いた半導体性組成物の開発が待望されていた。
【００１１】
また、色素類を利用したＴＦＴ材料としては、特許文献１〜６にフタロシアニン色素を半導体層として使用した有機半導体材料が開示されているが、フタロシアニン色素は金属錯体としての利用されているため、有機溶媒への溶解性が十分ではなく、塗布時の温度制御等の操作性等が困難であり、均一な塗膜作製が困難であるという問題があった。フタロシアニン色素以外の色素を利用したＴＦＴ材料は知られていない。
【００１２】
有機半導体材料含有層を蒸着工程を経て形成するのではなく、インクジェット法等の溶液塗布が適用できれば製造上大きなコストメリットが期待できる。従来の有機半導体材料は種々の有機溶媒への溶解性が十分ではなく、また溶液調製後に結晶化や沈殿生成が起こりやすい等、塗布液安定性が十分ではないという製造上の問題点が指摘され、有機溶媒への溶解性の高い有機半導体材料の開発が待望されていた。
【特許文献１】特開平６−２９１３１２号公報
【特許文献２】特開平１０−９３１０４号公報
【特許文献３】特開平１１−２５１６０１号公報
【特許文献４】特開平２−１２３７６８号公報
【特許文献５】特開平４−１６７５６１号公報
【特許文献６】特開平４−０４４３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、トランジスタとしての特性が良好であり、さらに経時劣化が抑えられた有機半導体材料、それを用いた有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成された。
【００１５】
（請求項１）
有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物を含有することを特徴とする有機半導体材料。
【００１６】
（請求項２）
前記色素骨格を有する化合物が、下記一般式（１）で表される化合物であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００１７】
一般式（１）  Ｄ−（Ｒ）n
（式中、Ｄは色素骨格を表し、Ｒは溶解性ユニットを表し、ｎは１以上の整数を表す。）
（請求項３）
前記色素骨格が（ポリ）メチン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００１８】
（請求項４）
前記色素骨格がシアニン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００１９】
（請求項５）
前記色素骨格がメロシアニン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００２０】
（請求項６）
前記色素骨格がオキソノール色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００２１】
（請求項７）
前記色素骨格がスチリル色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００２２】
（請求項８）
前記色素骨格がアリーリデン色素またはヘテロアリーリデン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００２３】
（請求項９）
前記色素骨格がアゾ色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００２４】
（請求項１０）
前記色素骨格がアゾメチン色素であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【００２５】
（請求項１１）
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機半導体材料を活性層に用いることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【００２６】
（請求項１２）
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機半導体材料を活性層に用いることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【００２７】
（請求項１３）
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機半導体材料を用いることを特徴とするスイッチング素子。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、トランジスタとしての特性が良好であり、さらに経時劣化が抑えられた有機半導体材料、それを用いた有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の有機半導体材料においては、請求項１〜１０のいずれか１項に規定される構成を用いることにより、薄膜トランジスタ用途に有用な有機半導体材料を得ることができる。また、該有機半導体材料を用いて作製した本発明の有機薄膜トランジスタ（以下、有機ＴＦＴともいう）、電界効果トランジスタは、キャリア移動度が高く、ゲート電圧を変化させた際の最大電流値と最小電流値の比、即ちＯＮ／ＯＦＦ特性が良好である等、優れたトランジスタ特性を示しながら、かつ高耐久性であることが分かった。また、該有機ＴＦＴまたは該電界効果トランジスタを用いて作製されたスイッチング素子は、良好なスイッチング特性を示すことが分かった。
【００３０】
以下、本発明に係る各構成要素の詳細について説明する。
【００３１】
〔有機半導体材料〕
本発明の有機半導体材料について説明する。
【００３２】
（色素骨格を有する化合物）
本発明では、有機半導体材料として、有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物を用いることが特徴である。
【００３３】
色素骨格を有する化合物とは、いわゆる色素である。色素は、有機金属錯体と有機金属錯体ではない化合物に大別されるが、有機金属錯体は、前述のように一般に有機溶媒への溶解性が十分ではなく、均一な塗膜作製が困難であるため、本発明では有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物を用いる。
【００３４】
（一般式（１）で表される化合物）
有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物としては、前記一般式（１）で表される化合物が好ましい。
【００３５】
一般式（１）において、Ｄは色素骨格を表す。色素としては、有機金属錯体ではない色素であれば特に限定されず、従来公知の色素、例えば、（ポリ）メチン色素、シアニン色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スチリル色素、アリーリデン色素、ヘテロアリーリデン色素、アゾ色素、アゾメチン色素等が挙げられる。
【００３６】
Ｒは溶解性ユニットを表す。
【００３７】
溶解性ユニットとは、色素骨格に置換して色素に溶解性を付与するようなある長さを持つ置換基（化合物ユニット）のことで、特に構造上の規定はない。
【００３８】
本発明において、有機半導体材料を溶解し、かつ同時に基板への親和性を高めることができる溶媒としては、ジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフランやジオキサン等の環状エーテル系溶媒、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルムや１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、トルエン、ｏ−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、ｍ−クレゾール等の芳香族系溶媒、Ｎ−メチルピロリドン、２硫化炭素等の溶媒が挙げられる。有機半導体材料の濃度は、用いる溶媒の種類によって変わってくるが、塗布により基板上に適用して薄膜を形成させるためには０．０１〜１０．０質量％、好ましくは０．１〜５．０質量％の範囲で溶解していることが好ましく、難溶性の色素は溶解性ユニットを導入してこの範囲の濃度に溶解させることが好ましい。濃度が高すぎると基板上の均一な延展ができない、また低すぎると基板上での液切れによる塗膜のピンホール等が生じやすい。
【００３９】
また、溶解性ユニットはπスタック性をもつ構造であることが好ましい。πスタック性とは、分子の一部または全部が、別の分子または高分子鎖の一部分とπ軌道平面を重ね合うようにスタックすることをいい、この構造が安定であれば比較的高いキャリア移動度を有する薄膜を形成できると思われる。
【００４０】
具体的な溶解性ユニットとしては、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等）、シクロアルキル基（例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、アルケニル基（例えば、ビニル基、アリル基等）、アルキニル基（例えば、エチニル基、プロパルギル基等）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基等）、芳香族複素環基（例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等）、複素環基（例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等）、ヘテロアリールオキシ基、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等）、シクロアルコキシル基（例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等）、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等）、アルキルチオ基（例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等）、シクロアルキルチオ基（例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等）、アリールチオ基（例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等）、アルコキシカルボニル基（例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等）、アリールオキシカルボニル基（例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等）、スルファモイル基（例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、２−ピリジルアミノスルホニル基等）、アシル基（例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、２−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等）、アシルオキシ基（例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等）、アミド基（例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、２−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等）、カルバモイル基（例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、２−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、２−ピリジルアミノカルボニル基等）、ウレイド基（例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、２−ピリジルアミノウレイド基等）、スルフィニル基（例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、２−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、２−ピリジルスルフィニル基等）、アルキルスルホニル基（例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、２−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等）、アリールスルホニル基（フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、２−ピリジルスルホニル基等）、アミノ基（例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、２−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、２−ピリジルアミノ基等）、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等）、フッ化炭化水素基（例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等）、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、シリル基（例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等）等が挙げられる。これらの置換基は上記の置換基によってさらに置換されていてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。
【００４１】
これらの置換基の内、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、芳香族複素環基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基が好ましい。
【００４２】
ｎは１以上の整数を表し、１〜５の整数が好ましく、１〜３の整数がより好ましい。
【００４３】
有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物としては、前記一般式（１）で表される化合物の他に、（ポリ）メチン色素、シアニン色素、メロシアニン色素、オキソノール色素、スチリル色素、アリーリデン色素、ヘテロアリーリデン色素、アゾ色素またはアゾメチン色素が好ましい。
【００４４】
（色素）
有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物としては、前記一般式（１）で表される化合物のほか、（ポリ）メチン色素、シアニン色素、メロシアニン色素、オキソノール色素、スチリル色素、アリーリデン色素、ヘテロアリーリデン色素、アゾ色素またはアゾメチン色素が好ましい。
【００４５】
以下、本発明に係る有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
【００４６】
【化１】
2006210475.tif 000002
【００４７】
【化２】
2006210475.tif 000003
【００４８】
【化３】
2006210475.tif 000004
【００４９】
【化４】
2006210475.tif 000005
【００５０】
【化５】
2006210475.tif 000006
【００５１】
【化６】
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【００５２】
【化７】
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【００５３】
【化８】
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【００５４】
【化９】
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【００５５】
【化１０】
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【００５６】
【化１１】
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【００５７】
【化１２】
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【００５８】
【化１３】
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【００５９】
【化１４】
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【００６０】
【化１５】
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【００６１】
【化１６】
2006210475.tif 000017
【００６２】
これらの化合物は公知の方法により合成することができ、また市販品を利用することもできる。
【００６３】
〔有機薄膜ＴＦＴ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子〕
本発明の有機ＴＦＴ、電界効果トランジスタ及びそれらを用いるスイッチング素子について説明する。ここで、スイッチング素子は、その使用形態により有機ＴＦＴ素子といわれることもあり、また電界効果トランジスタ素子と呼ばれることがある。
【００６４】
本発明の有機半導体材料は、有機ＴＦＴや電界効果トランジスタの活性層に用いることにより、良好に駆動するスイッチング素子（トランジスタ装置ともいう）を提供することができる。有機ＴＦＴ（有機薄膜トランジスタ）は、支持体上に有機半導体チャネル（活性層）で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。
【００６５】
本発明に係る有機金属錯体ではない、色素骨格を有する化合物を含有することを特徴とする有機半導体材料を、有機ＴＦＴまたは電界効果トランジスタを用いたスイッチング素子の活性層に設置するには、真空蒸着により基板上に設置することもできるが、適切な溶媒に溶解し必要に応じ添加剤を加えて調製した溶液をキャストコート、スピンコート、印刷、インクジェット法、アブレーション法等によって基板上に設置することが好ましい。
【００６６】
この場合、本発明の有機半導体材料を溶解する溶媒は、該有機半導体材料を溶解して前述のような適切な濃度の溶液が調製できるものであれば格別の制限はないが、具体的にはジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフランやジオキサン等の環状エーテル系溶媒、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルムや１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、トルエン、ｏ−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、ｍ−クレゾール等の芳香族系溶媒、Ｎ−メチルピロリドン、２硫化炭素等を挙げることができる。
【００６７】
本発明において、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられるが、特に白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ＩＴＯ及び炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体等も好適に用いられる。中でも半導体層との接触面において、電気抵抗が少ないものが好ましい。
【００６８】
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅等の金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーション等により形成してもよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペースト等を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
【００６９】
ゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等が挙げられる。それらのうち好ましいのは酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
【００７０】
上記皮膜の形成方法としては、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、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法等のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布による方法、印刷やインクジェット等のパターニングによる方法等のウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。
【００７１】
ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を任意の有機溶媒あるいは水に必要に応じて界面活性剤等の分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えば、アルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法とゾルゲル法である。
【００７２】
大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、支持体上に薄膜を形成する処理で、その方法については特開平１１−６１４０６号公報、同１１−１３３２０５号公報、特開２０００−１２１８０４号公報、同２０００−１４７２０９号公報、同２０００−１８５３６２号公報等に記載されている（以下、大気圧プラズマ法とも称する）。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。
【００７３】
また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びシアノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍである。
【００７４】
また、支持体はガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。このようにプラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに衝撃に対する耐性を向上できる。
【００７５】
以下に、本発明の有機半導体材料を用いて形成された有機薄膜を用いた電界効果トランジスタについて説明する。
【００７６】
図１は、本発明に係る有機ＴＦＴの構成例を示す図である。同図（ａ）は、支持体６上に金属箔等によりソース電極２、ドレイン電極３を形成し、両電極間に本発明の有機半導体材料からなる有機半導体層１を形成し、その上に絶縁層５を形成し、さらにその上にゲート電極４を形成して電界効果トランジスタを形成したものである。同図（ｂ）は、有機半導体層１を、（ａ）では電極間に形成したものを、コート法等を用いて電極及び支持体表面全体を覆うように形成したものを表す。（ｃ）は、支持体６上に先ずコート法等を用いて、有機半導体層１を形成し、その後ソース電極２、ドレイン電極３、絶縁層５、ゲート電極４を形成したものを表す。
【００７７】
同図（ｄ）は、支持体６上にゲート電極４を金属箔等で形成した後、絶縁層５を形成し、その上に金属箔等で、ソース電極２及びドレイン電極３を形成し、該電極間に本発明の有機半導体材料により形成された有機半導体層１を形成する。その他同図（ｅ）、（ｆ）に示すような構成を取ることもできる。
【００７８】
図２は、有機ＴＦＴシートの概略等価回路図の１例を示す図である。
【００７９】
有機ＴＦＴシート１０はマトリクス配置された多数の有機ＴＦＴ１１を有する。７は各ＴＦＴ１１のゲートバスラインであり、８は各ＴＦＴ１１のソースバスラインである。各ＴＦＴ１１のソース電極には、出力素子１２が接続され、この出力１２は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１３は蓄積コンデンサ、１４は垂直駆動回路、１５は水平駆動回路である。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されない。
【００８１】
実施例１
〔有機ＴＦＴ素子１の作製〕
ゲート電極としての比抵抗０．０１Ω・ｃｍのＳｉウェハーに、厚さ０．２μｍの熱酸化膜を形成してゲート絶縁層とした後、オクタデシルトリクロロシランによる表面処理を行った。比較化合物１（ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ、アルドリッチ社製、平均分子量８９０００、ＰＨＴ）のクロロホルム溶液をアプリケーターを用いて塗布し、自然乾燥することによりキャスト膜（厚さ５０ｎｍ）を形成して、窒素雰囲気下で５０℃、３０分間の熱処理を施した。さらにこの膜の表面にマスクを用いて金を蒸着して、ソース及びドレイン電極を形成した。ソース及びドレイン電極は幅１００μｍ、厚さ２００ｎｍで、チャネル幅Ｗ＝３ｍｍ、チャネル長Ｌ＝２０μｍの有機ＴＦＴ素子１を作製した。
【００８２】
〔有機ＴＦＴ素子２、３の作製〕
比較化合物１を比較化合物２（ペンタセン、アルドリッチ社製市販試薬を昇華精製して用いた）、比較化合物３（特開平０２−１２３７６８記載化合物）に代えた他は、有機薄膜トランジスタ素子１と同様の方法で、それぞれ有機ＴＦＴ素子２、３を作製した。
【００８３】
【化１７】
2006210475.tif 000018
【００８４】
〔有機ＴＦＴ素子４〜１９の作製〕
比較化合物１を表１に示す本発明に係る化合物に代えた他は、有機ＴＦＴ素子１と同様の方法で有機ＴＦＴ素子４〜１９を作製した。
【００８５】
〔有機ＴＦＴ素子１〜１９の評価〕
以上のようにして作製した有機ＴＦＴ素子１〜１９は、ｐチャネルのエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。有機ＴＦＴ素子１〜１９について、Ｉ−Ｖ特性の飽和領域からキャリア移動度を求め、さらにＯＮ／ＯＦＦ比（ドレインバイアス−５０Ｖとし、ゲートバイアス−５０Ｖ及び０Ｖにしたときのドレイン電流値の比率）を求めた。
【００８６】
また得られた有機ＴＦＴ素子を大気中で１ヶ月放置し、再度キャリア移動度とＯＮ／ＯＦＦ比を求めた。その結果を表１に示す。
【００８７】
【表１】
2006210475.tif 000019
【００８８】
表１より、比較の有機ＴＦＴ素子に比べて、本発明の有機ＴＦＴ素子はトランジスタとしての特性が良好であり、さらに経時劣化が抑えられていることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に係る有機ＴＦＴの構成例を示す図である。
【図２】本発明の有機ＴＦＴの概略等価回路図の１例である。
【符号の説明】
【００９０】
１  有機半導体層
２  ソース電極
３  ドレイン電極
４  ゲート電極
５  絶縁層
６  支持体
７  ゲートバスライン
８  ソースバスライン
１０  有機ＴＦＴシート
１１  有機ＴＦＴ
１２  出力素子
１３  蓄積コンデンサ
１４  垂直駆動回路
１５  水平駆動回路
【図１】
2006210475.tif 000020
【図２】
2006210475.tif 000021