(57)【要約】      （修正有）【課題】多結晶であることが多い有機半導体膜の導電性を改善した固体組成物の提供。【解決手段】固体半導体組成物１０は、有機半導体分子の固体マトリックス１２を含み、該マトリックス１２中にナノロッドまたはナノチューブ１４を分散させる。このナノロッドまたはナノチューブ１４は、複数の結晶粒子１６，１８の粒界領域１９を短絡させるブリッジとなり、導電性を補償することができる。尚、ナノロッドまたはナノチューブ１４が組成物全体にわたるパーコレート構造を形成することはない。【選択図】  図１
2006093699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体分子の固体マトリックスと、
前記マトリックス中に分散させたナノロッドおよびナノチューブの一方とを含む固体組成物であって、
分散させたナノロッドおよびナノチューブの前記一方が、前記組成物にわたるパーコレート構造を形成することはない、固体組成物。
【請求項２】
ナノロッドおよびナノチューブの前記一方が、導電性または半導電性である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
ナノロッドおよびナノチューブの前記一方の隣接するもの同士が、実質的に整列していない、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
ナノロッドおよびナノチューブの前記一方が、１０マイクロメートル以上の長さ寸法を有するパーコレート構造を形成することはない、請求項２に記載の組成物。
【請求項５】
ナノロッドおよびナノチューブの前記一方がカーボン・ナノチューブの１つを含み、ナノロッドおよびナノチューブの前記一方が半導電または導電カーボン・ナノチューブである、請求項３に記載の組成物。
【請求項６】
固体半導体組成物の製造方法であって、
有機半導体分子および有機半導体分子の前駆体の一方と、溶媒と、ナノチューブおよびナノロッドの一方とを含む混合物を生成し、ナノチューブおよびナノロッドの前記一方を前記溶媒中に分散させる工程と、
前記混合物を加熱して、前記溶媒を蒸発させ、前記固体半導体組成物を形成し、ナノチューブおよびナノロッドの前記一方が、前記固体半導体組成物にわたるパーコレート構造を形成することはない工程とを含む方法。
【請求項７】
ナノチューブおよびナノロッドの前記一方がカーボン・ナノチューブを含み、ナノチューブおよびナノロッドの前記一方が半導電性または導電性である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
半導電層と、
前記半導電層と接触するドレイン電極およびソース電極と、
前記半導電層のチャネル部分と接触する誘電体層であって、前記チャネル部分が前記ドレイン電極と前記ソース電極の間に延びる誘電体層と、
前記チャネル部分を制御するために配置されたゲート電極であって、前記誘電体層が前記ゲート電極と前記半導電層の間に配設されるゲート電極とを含むトランジスタであって、
前記半導電層がさらに、
有機半導体分子の固体マトリックスと、
前記マトリックス中に分散させたナノロッドおよびナノチューブの一方とを含み、分散させたナノロッドおよびナノチューブの前記一方が、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間隔にわたる構造を形成することはない、トランジスタ。
【請求項９】
ナノロッドおよびナノチューブの前記一方が導電性または半導電性である、請求項８に記載のトランジスタ。
【請求項１０】
ナノロッドおよびナノチューブの前記一方の隣接するもの同士が、実質的に整列していない、請求項９に記載のトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体組成物、かかる組成物の製造方法、およびかかる組成物を組み込んだデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００４年９月２２日に出願した米国仮出願第６０／６１２，０２７号の利益を主張するものである。
【０００３】
有機半導体薄膜は多結晶であることが多く、したがって、個々の結晶または粒子で形成されることが多い。多結晶半導体では、個々の粒子が粒界領域によって分離されている。この粒界領域は、一般に、粒子の内側部分よりも低い導電性を有する。この理由から、粒界領域があるために、有機半導体膜は、同じ有機半導体の単結晶よりも導電性または貫通導電性（ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）が低くなることが多い。
【特許文献１】米国仮出願第６０／６１２，０２７号
【非特許文献１】Ｍｕｓｈｒｕｓｈ，Ｍ．、Ｆａｃｃｈｅｔｔｉ，Ａ．、Ｌｅｆｅｎｆｅｌｄ，Ｍ．、Ｋａｔｚ，Ｈ．Ｅ．、およびＭａｒｋｓ  Ｔ．Ｊ．による論文、題名「Ｅａｓｉｌｙ  ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ  ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ−ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−ｂａｓｅｄ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｍｅｍｏｒｙ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ」、ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＡＭＥＲＩＣＡＮ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＳＯＣＩＥＴＹ  １２５（３１）、９４１４〜９４２３頁、２００３年８月６日
【非特許文献２】Ｏｎｇ  Ｂ．Ｓ．、Ｗｕ  Ｙ．Ｌ．、Ｌｉｕ  Ｐ．、およびＧａｒｄｎｅｒ  Ｓ．による「Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ  ｆｏｒ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」、ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＡＭＥＲＩＣＡＮ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＳＯＣＩＥＴＹ  １２６（１１）、３３７８〜３３７９頁、２００４年３月２４日
【非特許文献３】Ｏｎｇ  Ｂ．、Ｗｕ  Ｙ．Ｌ．、Ｊｉａｎｇ  Ｌ．、Ｌｉｕ  Ｐ．、およびＭｕｒｔｉ  Ｋ．による「Ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−ｂａｓｅｄ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ａｉｒ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ  ＭＥＴＡＬＳ  １４２（１−３）、４９〜５２頁、２００４年４月１３日
【非特許文献４】Ｃｈａｂｉｎｙｃ  Ｍ．Ｌ．、Ｌｕ  Ｊ．Ｐ．、Ｓｔｒｅｅｔ  Ｒ．Ａ．、Ｗｕ  Ｙ．Ｌ．、Ｌｉｕ  Ｐ．、およびＯｎｇ  Ｂ．による「Ｓｈｏｒｔ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ  ｐｏｌｙ（ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」、ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ９６（４）、２０６３〜２０７０頁、２００４年８月１５日
【非特許文献５】Ｗｕ  Ｙｉｌｉａｎｇ、Ｐｉｎｇ  Ｌｉｕ、Ｓａｎｄｒａ  Ｇａｒｄｎｅｒ、およびＢｅｎｇ  Ｓ．Ｏｎｇによる「Ｐｏｌｙ（３，３”−ｄｉａｌｋｙｌｔｅｒｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）ｓ：Ｒｏｏｍ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ，Ｈｉｇｈ−Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙによるオンラインｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｓ．ａｃｓ．ｏｒｇ／ｊｏｕｒｎａｌｓ／ｃｍａｔｅｘ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｌｍの「論文」にて発行
【非特許文献６】Ａｌｉ  Ａｆｚａｌｉ、Ｃｈｒｉｓｔｏｓ  Ｄ．Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ、およびＴｒｉｃｉａ  Ｌ．Ｂｒｅｅｎによる論文「Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ  Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ（ＪＡＣＳ）、ｖｏｌ．１２４（２００２）、８８１２〜８８１３頁
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本発明は、有機半導体分子の固体マトリックスを含み、該マトリックス中にナノロッドまたはナノチューブを分散させた固体半導体組成物を特徴とする。このナノロッドまたはナノチューブは、組成物全体にわたるパーコレート構造（ｐｅｒｃｏｌａｔｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成することはない。
【０００５】
もう１つの態様では、本発明は、固体半導体組成物の製造方法を特徴とする。この方法は、有機半導体分子またはかかる分子の前駆体を含む混合物を生成する工程を含む。この混合物はまた、溶媒および該溶媒中に分散させたナノチューブまたはナノロッドのいずれかを含む。この方法は、混合物を加熱して、溶媒を蒸発させ、固体半導体組成物を形成する工程を含む。このナノロッドまたはナノチューブは、固体半導体組成物全体にわたるパーコレート構造を形成することはない。
【０００６】
いくつかの実施形態は、半導電層と、半導電層と接触したドレイン電極およびソース電極と、半導電層のチャネル部分に隣接した誘電体層と、ゲート電極とを有するトランジスタを含む。チャネル部分は、ドレイン電極とソース電極の間に延びている。ゲート電極は、チャネル部分を制御するために配置されている。誘電体層は、ゲート電極と半導電層の間に配設されている。半導電層は、有機半導体分子の固体マトリックスおよび該マトリックス中に分散させたナノロッドまたはナノチューブを含む。この分散させたナノロッドまたはナノチューブは、半導電層全体にわたるパーコレート構造を形成することはない。
【０００７】
本明細書では、同じ参照番号は、機能上類似した分子または構造を示す。
【０００８】
図および詳細な説明によって、例示的実施形態をより詳しく説明する。しかし、本発明は、様々な形態で実施することができ、図および詳細な説明に記載の実施形態に限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１および２は、固体半導体組成物１０、１０’を示す。組成物１０、１０’は、有機半導体分子のマトリックス１２、およびマトリックス１２中に一様に分散させたナノロッドおよび／またはナノチューブ１４を含む。マトリックス１２は、単一種の有機半導体分子を含むことも、２種類以上の半導体分子の混合物を含むこともできる。かかる混合物によって、マトリックス１２の特性を改善することができ、例えば、粒子寸法をより大きく、または、接着性をより良好にすることができる。ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４は、マトリックス１２中に不規則に分布し、そのためその中でかなり不規則な分散をなしている。通常、ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４の隣り合うもの同士では、その向きはかなり不規則に異なっている。とはいえ、ナノロッドおよび／またはナノチューブは、組成物にわたる連続構造を形成することはない。
【００１０】
図１を参照すると、多結晶マトリックス１２は、複数の結晶粒子１６、１８を含む。粒子１６、１８の隣り合うもの同士は、粒界領域１９によって分離されている。ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４のいくつかは、粒子１６、１８の隣り合うもの同士の間で、境界領域１９にまたがるブリッジとなっている。
【００１１】
様々な実施形態では、ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４は、様々な電気的特性を有する。個々のナノロッドおよび／またはナノチューブ１４は、導電性、半導電性、または電気絶縁性であってもよい。
【００１２】
図２を参照すると、固体半導体組成物１０’は、多結晶ではなく、ほぼ均質で非晶質の有機半導体分子のマトリックス１２を有する。
【００１３】
図１および２を参照すると、組成物１０、１０’のマトリックス１２は、１つまたは複数の種類の有機半導体分子を含むことができる。例示的な種類として、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ｗｗｗ．ｓｉｇｍａａｌｄｒｉｃｈ．ｃｏｍ）から市販されている配向規則性ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ｗｗｗ．ｄｏｗ．ｃｏｍ）から市販されている、Ｆ８Ｔ２として知られるポリ（９，９−ジオクチルフルオレニルビチオフェン）、および５，５−ビス（４−ヘキシルフェニル）−２，２’−ビチオフェン（本明細書では６ＰＴＴＰ６と称する）が含まれる。半導体化合物６ＰＴＴＰ６は、当業者に周知の手順に従って合成することができる。例えば、Ｍｕｓｈｒｕｓｈ，Ｍ．、Ｆａｃｃｈｅｔｔｉ，Ａ．、Ｌｅｆｅｎｆｅｌｄ，Ｍ．、Ｋａｔｚ，Ｈ．Ｅ．、およびＭａｒｋｓ  Ｔ．Ｊ．による論文、題名「Ｅａｓｉｌｙ  ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ  ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ−ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−ｂａｓｅｄ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｍｅｍｏｒｙ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ」、ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＡＭＥＲＩＣＡＮ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＳＯＣＩＥＴＹ  １２５（３１）、９４１４〜９４２３頁、２００３年８月６日を参照されたい。
【００１４】
組成物１０、１０’では、マトリックス１２は、他の周知の有機半導体分子で製造することもできる。例示的な有機半導体オリゴマーおよび／または有機半導体ポリマーが、Ｏｎｇ  Ｂ．Ｓ．、Ｗｕ  Ｙ．Ｌ．、Ｌｉｕ  Ｐ．、およびＧａｒｄｎｅｒ  Ｓ．による「Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ  ｆｏｒ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」、ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＡＭＥＲＩＣＡＮ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＳＯＣＩＥＴＹ  １２６（１１）、３３７８〜３３７９頁、２００４年３月２４日、Ｏｎｇ  Ｂ．、Ｗｕ  Ｙ．Ｌ．、Ｊｉａｎｇ  Ｌ．、Ｌｉｕ  Ｐ．、およびＭｕｒｔｉ  Ｋ．の「Ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−ｂａｓｅｄ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ａｉｒ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ  ＭＥＴＡＬＳ  １４２（１−３）、４９〜５２頁、２００４年４月１３日、Ｃｈａｂｉｎｙｃ  Ｍ．Ｌ．、Ｌｕ  Ｊ．Ｐ．、Ｓｔｒｅｅｔ  Ｒ．Ａ．、Ｗｕ  Ｙ．Ｌ．、Ｌｉｕ  Ｐ．およびＯｎｇ  Ｂ．の「Ｓｈｏｒｔ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ  ｐｏｌｙ（ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」、ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ９６（４）、２０６３〜２０７０頁、２００４年８月１５日、ならびにＷｕ  Ｙｉｌｉａｎｇ、Ｐｉｎｇ  Ｌｉｕ、Ｓａｎｄｒａ  Ｇａｒｄｎｅｒ、およびＢｅｎｇ  Ｓ．Ｏｎｇの「Ｐｏｌｙ（３，３”−ｄｉａｌｋｙｌｔｅｒｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）ｓ：Ｒｏｏｍ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ，Ｈｉｇｈ−Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙによりオンラインｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｓ．ａｃｓ．ｏｒｇ／ｊｏｕｒｎａｌｓ／ｃｍａｔｅｘ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｌｍの「論文」に発表、に記載されている。
【００１５】
上記に列挙した論文の全体を参照により本明細書に組み込む。
【００１６】
マトリックス１２は、芳香環をベースとする構造を有し、かつ上述の例示的な有機半導体分子の共役長と同程度の共役長を有する有機半導体分子を含むこともできる。これら他の有機半導体分子はまた、炭素原子４〜１０個の側鎖を有することもできる。側鎖のいくつかでは、１個または複数の炭素原子が１個の酸素原子に置き換わることもある。例えば、マトリックス１２は、ペンタセンを含むことができる。
【００１７】
図１および２を参照すると、例示的なナノロッドおよび／またはナノチューブ１４には、導電性または半導電性ナノワイヤ、導電性または半導電性カーボン・ナノチューブ、および／または金属ワイヤまたはナノワイヤが含まれる。半導電性ナノチューブおよびナノワイヤの例は、炭素半導体または無機半導体をベースとするものである。導電性および半導電性カーボン・ナノワイヤおよび／またはカーボン・ナノチューブの製造方法は、当業者には周知である。様々なタイプのカーボン・ナノチューブが、例えば、Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．，１６２００  Ｐａｒｋ  Ｒｏｗ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ  ７７０８４−５１９５  ＵＳＡ（本明細書ではＣＮＩと称する）から市販されている。
【００１８】
ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４が導電性または半導電性である実施形態では、前記ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４の密度は、ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４の不規則な分散によってパーコレート構造が形成されるであろう閾値よりも低い。本明細書では、パーコレート構造とは、組成物、例えば組成物１０、１０’全体の非最小長さ寸法に及ぶ連結した構造である。本明細書では、非最小長さ寸法とは、固体組成物の最小の長さ寸法ではない固体組成物の長さ寸法であり、例えば、層の厚さが薄層の最小寸法となる。パーコレート閾値よりも低い密度では、ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４は、組成物１０、１０’を有機トランジスタまたは他の電子デバイスのチャネルとして使用する際に、マトリックス１２を短絡させ得る導電または半導電網（ｎｅｔｗｏｒｋ）を形成することはない。また、組成物１０、１０’では、ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４は、不規則な方向に向いており、例えば、隣り合うナノロッドおよび／またはナノチューブ１４同士では、まったく異なる方向を向いていることが多い。
【００１９】
本明細書では、ナノロッドおよびナノチューブとは、ほぼ円筒形であり、直径０．１マイクロメートル（μｍ）以下、さらに好ましくは０．０１μｍ以下の構造を指す。また、ナノロッドおよび／またはナノチューブは、少なくともその幅の２倍の長さを有する。ナノロッドおよび／またはナノチューブの長さは、それよりはるかに長くてもよい。例示的な長さは、約０．０１μｍ〜約１．０μｍの範囲とすることができる。ナノロッドまたはナノチューブは、真っすぐか、曲がっているか、またはその軸に沿ってねじれていてもよく、円筒形または断面が楕円形であってもよい。
【００２０】
好ましくは、ナノロッドおよび／またはナノチューブは、マトリックスの高移動度領域（ｄｏｍａｉｎ）同士をブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）できるのに十分なほど長く、例えば隣り合う結晶同士を電気接続できるのに十分なほど長い。ナノロッドおよび／またはナノチューブが導電性または半導電性である実施形態では、それらは、境界領域同士を電気的に短絡させるブリッジとなり、それによって、そうでなければ低い前記領域の導電性を補償することができる。それぞれのナノロッドおよびナノチューブ自体は、組成物１０、１０’全体にわたってパーコレート・クラスタを形成するほど長くはない。
【００２１】
図３は、図１および２の固体半導体組成物１０、１０’の製造方法２０を示す。
【００２２】
方法２０は、まず、ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４をマトリックス１２用の有機分子の溶液中に混合する工程を含む（工程２２）。この有機分子は、有機半導体分子または有機半導体分子の前駆体のいずれかである。例示的な前駆体分子には、ペンタセンの可溶前駆体、例えば、図４のディールス・アルダー付加物２８が含まれる。ディールス・アルダー付加物２８の合成は、当業者には周知であり、例えば、Ａｌｉ  Ａｆｚａｌｉ、Ｃｈｒｉｓｔｏｓ  Ｄ．Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ、およびＴｒｉｃｉａ  Ｌ．Ｂｒｅｅｎの論文「Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ  Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ（ＪＡＣＳ），ｖｏｌ．１２４（２００２）、８８１２〜８８１３頁に記載されている。その全体を参照により本明細書に組み込む。この混合工程は、適当な溶媒、例えば有機系溶媒にマトリックス１２用の分子を溶解する工程を含む。また、混合工程の前に、ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４の外側表面を周知のプロセスによって化学的に官能化して、溶媒との相溶性を増大し、それによってそれらが溶媒中によく分散されるようにすることもできる。かかるどんな化学的官能化も、ナノロッドおよび／またはナノチューブの導電特性、またはナノロッドおよび／またはナノチューブ１４とマトリックス１２用の有機分子との間の導電特性を大幅に妨げるものであってはならない。
【００２３】
第２に、方法２０は、ナノロッドおよび／またはナノチューブを溶媒中にほぼ一様に分散させるために、この液体混合物に超音波処理を実施する工程を含む（工程２４）。この超音波処理は、半導体分子またはその前駆体またはナノロッドまたはナノチューブを破壊しない程度の低電力に設定して実施する。
【００２４】
第３に、方法２０は、基板の平坦面上にこの液体混合物から半導電膜または半導電体を形成する工程を含む（工程２６）。例示的な形成工程は、平坦面上に液体混合物をキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）、インクジェット印刷、またはスピン・コーティングする工程を含むことができる。薄膜を形成するためのかかる方法は、当業者には周知である。
液体混合物に有機半導体の前駆体が含まれる場合、方法２０は、前駆体分子を有機半導体分子に変換する処理工程を含む。上述のペンタセン前駆体では、例示的な処理工程は、液体混合物から溶媒が蒸発した後に残る膜を加熱する工程を含むことができる。例えば、膜を約２５０℃まで加熱することにより、上述の前駆体分子が不溶性ペンタセンに変換する反応が促進される。その結果得られる膜は、一般に、その後、固体有機半導体組成物上にどんな材料溶液を堆積させても、それらと混ざり合わないように耐性がより強くなる。
【実施例】
【００２５】
図５は、カーボン・ナノチューブおよび６ＰＴＴＰ６分子のマトリックス１２を含む固体半導体組成物１０、１０’で層を製造する例示的な方法３０を示す。図６は、６ＰＴＴＰ６分子を示す。
【００２６】
方法３０は、絶縁、導電、および／または半導電カーボン・ナノチューブの市販製品を液体溶媒中に混合して、カーボン・ナノチューブの懸濁液を生成する工程を含む（工程３２）。例示的な懸濁液は、キシレン溶媒約１．０グラム中にカーボン・ナノチューブを約１ミリグラム含む。カーボン・ナノチューブの市販製品は、例えば、ＣＮＩから単層カーボン・ナノチューブとして入手可能である。このような製品は、一般に、無定形炭素不純物をも含む。混合工程の実施後、数時間、例えば１２時間超音波処理を行うことにより、カーボン・ナノチューブは溶媒中に一様かつ不規則に分散することになる。好ましくは、この超音波処理は、カーボン・ナノチューブに物理的損傷を与えないように実施する。例示的実施形態では、Ｌ  ＆  Ｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ｗｗｗ．ｌｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ）の型式ＰＣ３超音波発生器（ｓｏｎｉｃａｔｏｒ）を５５キロヘルツおよび電力２２ワットの設定で操作して超音波処理を行った。
【００２７】
方法３０はまた、選択された有機半導体オリゴマー、すなわち６ＰＴＴＰ６の溶液を調製する工程を含む（工程３４）。例示的な溶液は、キシレン約２．５グラム中に、６ＰＴＴＰ６を約１ミリグラム混合することによって生成される。
【００２８】
方法３０は、工程３２から得られた懸濁液および工程３４から得られた溶媒をそれぞれ選択量で混合することによって、カーボン・ナノチューブおよび６ＰＴＴＰ６分子の最終懸濁液を生成する工程を含む（工程３６）。この選択量は、最終懸濁液中での有機半導体オリゴマーの重量百分率（ｗｔ％）に対するカーボン・ナノチューブのｗｔ％の比の目標値（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｖａｌｕｅ）によって決まる。例示的な最終懸濁液では、この比は、約０．０１〜約０．２０の範囲の値であり、さらに好ましくは、約０．０１〜約０．０５の範囲の値である。混合工程の実施後、さらに超音波処理を約１２時間行うことにより、最終懸濁液中にカーボン・ナノチューブを一様に分散させる。
【００２９】
方法３０は、市販のカーボン・ナノチューブ製品からの不純物、例えば、無定形炭素が最終懸濁液から沈殿するように、最終懸濁液を放置する工程を含む（工程３８）。一般に、放置期間は約３時間以上で十分である。放置期間後、次の工程で使用するために、懸濁したカーボン・ナノチューブおよび６ＰＴＴＰ６を含有する上澄み液を抽出する。
【００３０】
方法３０は、続いて最終懸濁液を堆積させるために、誘電体基板または半導体基板、例えば結晶シリコンの表面上のある領域を準備する工程を含む（工程４０）。その選択された領域は、通常、例えば、多種多様なフッ素含有オリゴマーの１つによって疎水性となるように官能化された境界を含む。適当なフッ素含有オリゴマーの例として、３Ｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，３Ｍ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ  ５５１４４−１０００（ｗｗｗ．３Ｍ．ｃｏｍ）の製品ＦＣ７２２および製品ｔｈｅ  Ｎｏｖｅｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ＣｏａｔｉｎｇＥＧＣ１７００が含まれる。
【００３１】
方法３０はまた、基板表面の選択領域上に最終懸濁液の薄層をキャスティングする工程を含む（工程４２）。このキャスティングとは、疎水性境界によって、液滴が横方向に広がらないように拘束されるように、表面の準備済み領域上に最終懸濁液の液滴を配置するものである。このキャスティングはまた、液滴から溶媒を蒸発させるために基板を加熱し、それによって選択領域上に薄い固体膜を形成する工程を含む。この固体膜は、６ＰＴＴＰ６有機半導体オリゴマーおよびカーボン・ナノチューブを含む。この加熱工程によって、一般に６ＰＴＴＰ６マトリックスはより規則正しく、より連続的に、例えば、粒子はより大きくなり、加熱中に気泡が生じなければ、６ＰＴＴＰ６分子はより正しく整列するようになる。したがって、加熱は溶媒の沸点よりも低い温度で実施される。例えば、沸点が約１４８℃であるキシレンでは、約１２５℃までの加熱が適当である。
【００３２】
図３および５を参照すると、方法２０、３０のいくつかの実施形態はまた、固体有機半導体組成物層に隣接する他のデバイス構造を形成する工程も含む。例えば、この追加工程は、通常の堆積プロセス、例えば、マスク制御による金属蒸着によって、トランジスタのゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を形成する工程を含むことができる。この追加工程はまた、例えばゲート誘電体として機能させるために、固体有機半導体組成物に隣接して有機誘電体層を堆積させる工程も含むことができる。有機誘電体の堆積は、例えば、有機誘電体用の液体調製物をスピン・コーティング、キャスティング、またはインクジェット印刷し、次いで、その誘電体を凝固させる工程を含むことができる。かかる堆積工程では、液体調合剤は、一般に、固体有機半導体組成物を溶解しない、またはそれに浸透しない溶媒を含む。
【００３３】
図１および２の固体有機半導体組成物１０、１０’は、様々な集積電子デバイスに使用することができる。
【００３４】
図７は、固体有機半導体組成物１０、１０’の１つを機能トランジスタ構造中に組み込んだ、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）５０を示す。特に、ＯＦＥＴ５０は、図１または２の固体半導体組成物１０、１０’の１つで形成された半導電薄層５４を含む。この半導電薄層５４は、誘電体または半導体基板５２上に配置されている。ＯＦＥＴ５０は、導電ソース電極５６および導電ドレイン電極５８、例えば、金属電極を有する。ソース電極５６およびドレイン電極５８は、半導電性薄層５４の一方の表面と接触している。このＯＦＥＴ５０はまた、導電ゲート電極６２および例えば有機誘電体のゲート誘電体層６４を有する。ゲート誘電体６４は、半導電性薄層５４およびゲート電極６２に接触している。ゲート電極６２は、半導電性薄層５４のチャネル部分６０を制御することができるように配置されている。チャネル部分６０は、ソース電極５６とドレイン電極５８を接続している。
【００３５】
ＯＦＥＴ５０では、半導電性薄層５４のナノロッドおよび／またはナノチューブ１４は、ソース電極５６とドレイン電極５８の間で、または半導電性薄層５４を通過して電気短絡を生じることはない。特に、ナノロッドおよび／またはナノチューブ１４の長さは、少なくとも、チャネル部分６０の長さおよびゲート誘電体層６４の厚さのどちらよりも短く、すなわち、はみ出したナノロッドまたはナノチューブがゲート電極６２を短絡させることはない。
【００３６】
上記の開示、図面および請求項から、本発明の他の実施形態が当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】多結晶半導体組成物を示す図である。
【図２】非晶質固体半導体組成物を示す図である。
【図３】図１および２の固体半導体組成物の製造方法を示す流れ図である。
【図４】図３の方法のいくつかの実施形態で使用する、ペンタセン前駆体を示す図である。
【図５】図１または２による、５，５’−ビス（４−ヘキシルフェニル）−２，２’−ビチオフェンを用いた例示的組成物の製造方法を示す流れ図である。
【図６】図４の方法で用いる、５，５’−ビス（４−ヘキシルフェニル）−２，２’−ビチオフェン分子を示す図である。
【図７】能動チャネルに図１〜２の固体有機半導体組成物の１つを組み込んだ薄膜電界効果トランジスタを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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