(57)【要約】ゲート誘電体と有機半導体層との間に挟まれた自己組織化単分子層を含む有機薄膜トランジスタが提供される。単分子層が、ゲート誘電体と自己組織化単分子層の前駆物質との間の反応生成物である。前記単分子層の前駆物質の組成が、式：Ｘ−Ｙ−Ｚnを有し、式中、ＸがＨまたはＣＨ3であり、Ｙが、直鎖状または分枝状Ｃ5〜Ｃ50脂肪族または環状脂肪族結合基であるか、あるいは芳香族基とＣ3〜Ｃ44脂肪族または環状脂肪族結合基とを含むＣ8〜Ｃ50基であり、Ｚが、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、カルボニルオキシベンゾトリアゾール（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、オキシベンゾトリアゾール（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、アミノベンゾトリアゾール（−ＮＨ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、−ＣＯＮＨＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＳｅＨ、−Ｃ5Ｈ4Ｎ、−ＳｅＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＮＣ、−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2、−ＳｉＣｌ2ＣＨ3、アミノ、およびホスフィニルから選択され、ｎが１、２、または３であり、ただし、Ｚが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3であるとき、ｎ＝１である。薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタを含む集積回路の製造方法もまた、提供される。
2005503026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート誘電体と有機半導体層との間に挟まれた自己組織化単分子層を含む有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）であって、前記単分子層が、ゲート誘電体と前記自己組織化単分子層の前駆物質との間の反応生成物であり、前記前駆物質が、式：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
を有する組成物を含み、
式中、ＸがＨまたはＣＨ3であり、
Ｙが、直鎖状または分枝状Ｃ5〜Ｃ50脂肪族または環状脂肪族結合基であるか、あるいは芳香族基とＣ3〜Ｃ44脂肪族または環状脂肪族結合基とを含む直鎖状または分枝状Ｃ8〜Ｃ50基であり、
Ｚが、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、カルボニルオキシベンゾトリアゾール（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、オキシベンゾトリアゾール（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、アミノベンゾトリアゾール（−ＮＨ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、−ＣＯＮＨＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＳｅＨ、−Ｃ5Ｈ4Ｎ、−ＳｅＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＮＣ、−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2、−ＳｉＣｌ2ＣＨ3、アミノ、およびホスフィニルから選択され、
ｎが１、２、または３であり、ただし、Ｚが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3であるとき、ｎ＝１である、有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）。
【請求項２】
約−２５〜２５ボルトの閾値電圧、約１０ボルト／ｄｅｃ未満のサブ閾値傾斜（絶対値）、少なくとも約１０4のオン／オフ比、前記自己組織化単分子層のない比較用ＯＴＦＴより少なくとも約２５％大きい電荷キャリア移動度を有する、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
無機電気絶縁材料を含むゲート誘電体を備える、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
非関与基板を更に含む、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を含み、各々、独立に、ドープされたシリコン、金属、および導電性ポリマーから選択された材料を含む、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
Ｙが、飽和脂肪族基、不飽和脂肪族基、飽和環状脂肪族基、および不飽和環状脂肪族基、またはそれらの組合せから選択され、各々が直鎖状または分枝状であってもよい、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記単分子層の前駆物質が、ＣＨ3−（ＣＨ2）m−ＰＯ3Ｈ2から選択された組成物を含み、ｍが４〜２１の整数である、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記単分子層の前駆物質が、１−ホスホノヘキサン、１−ホスホノオクタン、１−ホスホノヘキサデカン、および１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンから選択された組成物を含む、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記有機半導体層が、アセン、ペリレン、フラーレン、フタロシアニン、およびオリゴチオフェンから選択された材料を含む、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
請求項１に記載の薄膜トランジスタを多数含む、集積回路。
【請求項１１】
１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンを含む組成物。
【請求項１２】
有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
ａ）基板を提供する工程と、
ｂ）ゲート電極材料を前記基板上に提供する工程と、
ｃ）ゲート誘電体を前記ゲート電極材料上に提供する工程と、
ｄ）自己組織化単分子層を前記ゲート誘電体に隣接して提供する工程であって、前記単分子層が、ゲート誘電体と前記自己組織化単分子層の前駆物質との間の反応生成物であり、前記前駆物質が、式：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
を有する組成物を含み、
式中、ＸがＨまたはＣＨ3であり、Ｙが、直鎖状または分枝状Ｃ5〜Ｃ50脂肪族または環状脂肪族結合基であるか、あるいは芳香族基とＣ3〜Ｃ44脂肪族または環状脂肪族結合基とを含む直鎖状または分枝状Ｃ8〜Ｃ50基であり、Ｚが、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、カルボニルオキシベンゾトリアゾール（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、オキシベンゾトリアゾール（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、アミノベンゾトリアゾール（−ＮＨ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、−ＣＯＮＨＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＳｅＨ、−Ｃ5Ｈ4Ｎ、−ＳｅＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＮＣ、−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2、−ＳｉＣｌ2ＣＨ3、アミノ、およびホスフィニルから選択され、ｎが１、２、または３であり、ただし、Ｚが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3であるとき、ｎ＝１である、工程と、
ｅ）有機半導体層を前記単分子層に隣接して提供する工程と、
ｆ）ソース電極およびドレイン電極を前記有機半導体層に接触して提供する工程と、を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法によって製造された複数の薄膜トランジスタを含む、集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された性能を有する有機薄膜トランジスタに関する。より詳しくは、本発明は、半導体とゲート誘電体との間に自己組織化単分子層を有する有機薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体は、低コスト電子機器を中心としたいろいろな適用に非常に重要である。有機化合物を合成して多種多様な素子の必要な電子的性質を導入することができ、又、結晶シリコンマイクロエレクトロニクスに現在可能でない低コストのリール・トゥ・リール加工を実施できるように構成できると考えられる。
【０００３】
有機電子素子の関心の的になっている１つの領域は、有機半導体と別の素子層との間に形成された境界面の特質である。自己組織化単分子層（ＳＡＭ）および他のタイプの「ドープされた」コンタクトを用いて有機半導体に対する金属コンタクトの性質を制御する多くの試みがなされている。半導体／誘電体の境界面を制御するこれまでの試みには、酸化ケイ素の表面でのヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）およびシランカップリング剤の使用などがある。高温で形成された二酸化ケイ素ゲート誘電材料上にオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）をコートしてトランジスタ性能に影響を与える、真空で長時間かかる複雑な堆積方法が用いられている。この方法に有用な材料は、大気中および誘電体層の表面の水分への過敏性、誘電体層への結合反応と拮抗して、材料の架橋反応による不安定性、再現性がよい膜性質を達成するのが難しいなど、いろいろな不便な点を有する。ＥＰ１０４１６５２Ａ２号には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のＳｉＯx上の溶液キャストオリゴチオフェンの結晶性ドメインの寸法を増大するいくつかの表面処理の使用が記載されているが、測定された移動度の値は、未処理の対照よりも概して小さい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、有機電子素子を検討し、有機半導体と誘電材料との間の境界面に焦点をあてた。本発明者は、有機薄膜トランジスタの性質を改善する材料および方法を発見した。本発明の有機薄膜トランジスタはまた、ロールツーロール法によって製造するのに適している。
【０００５】
簡潔にいえば、本発明は、ゲート誘電体と有機半導体層との間に挟まれた自己組織化単分子層を提供するものであり、前記単分子層が、ゲート誘電体と前記自己組織化単分子層（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）の前駆物質との間の反応生成物であり、前記前駆物質が、式：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
を有する組成物を含み、
式中、ＸがＨまたはＣＨ3であり、
Ｙが、直鎖状または分枝状Ｃ5〜Ｃ50脂肪族または環状脂肪族結合基であるか、あるいは芳香族基とＣ3〜Ｃ44脂肪族または環状脂肪族結合基とを含む直鎖状または分枝状Ｃ8〜Ｃ50基であり、
Ｚが、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、カルボニルオキシベンゾトリアゾール（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、オキシベンゾトリアゾール（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、アミノベンゾトリアゾール（−ＮＨ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、−ＣＯＮＨＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＳｅＨ、−Ｃ5Ｈ4Ｎ、−ＳｅＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＮＣ、−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2、−ＳｉＣｌ2ＣＨ3、アミノ、およびホスフィニルから選択され、
ｎが１、２、または３であり、ただし、Ｚが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3であるとき、ｎ＝１である。
【０００６】
様々な薄膜トランジスタ構造の選択が可能である。例えば、ソースおよびドレイン電極は、ソースおよびドレイン電極の上の有機半導体層と共にゲート誘電体に隣接しているか、または有機半導体層がソースおよびドレイン電極とゲート誘電体との間に挟まれてもよい。
【０００７】
別の態様において、本発明は、基板を提供する工程と、ゲート電極材料を前記基板上に提供する工程と、ゲート誘電体を前記ゲート電極材料上に提供する工程と、ゲート誘電体と前記単分子層の前駆物質との間の反応生成物である、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を前記ゲート誘電体に隣接して提供する工程と、有機半導体層を前記単分子層に隣接して提供する工程と、ソース電極およびドレイン電極を前記有機半導体層に接触して提供する工程と、を含む、薄膜トランジスタの製造方法を提供する。前記前駆物質は、有機薄膜トランジスタ物品に関して上に記載した通りである。有機薄膜トランジスタ物品を含む集積回路もまた、提供される。
【０００８】
本発明の特徴を備えていない周知の素子よりもすぐれた１つ以上の改善を有する有機薄膜トランジスタを提供することが、本発明の利点である。本発明によって、閾値電圧、サブ閾値傾斜、オン／オフ比、および電荷キャリア移動度などの性質の改善を達成することができる。本発明によって提供された素子の性能の改善は、より速いスイッチ速度およびより単純な加工条件を有する、より複雑な回路の製造を可能にする。本発明はまた、非常に小さい形状を有する素子と同等の性能を有する、より大きな回路要素の製造を可能にする。より大きな形状寸法を有する素子は、高価な精密パターン化方法を必要としないので、それほど高価でない場合がある。
【０００９】
本明細書中で用いた語「ａ」または「ａｎ」あるいは「ｔｈｅ」は、「少なくとも１つ」と交換可能に用いられ、改良される要素の「１つ以上」を意味する。
【００１０】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の以下の詳細な説明および請求項から明らかであろう。開示内容の原理の上記の概要は、各々の例示した実施態様またはこの開示内容のすべての実施について説明することを意図するものではない。より具体的に以下に記載した図および詳細な説明は、本明細書に開示された原理を利用する特定の好ましい実施態様を例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
概して、薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート電極上のゲート誘電体、ゲート誘電体に隣接しているソース電極およびドレイン電極、ゲート誘電体に隣接し且つソースおよびドレイン電極に隣接している半導体層を備える。より具体的には、有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）は、有機半導体層を有する。
【００１２】
本発明の有機薄膜トランジスタは、ゲート誘電体と有機半導体層との間に挟まれた自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を更に備える。
【００１３】
図１を参照すると、本発明の一実施態様において、ゲート電極１２が、基板２６上に提供される。ゲート誘電体１４が、ゲート電極１２上に提供される。自己組織化単分子層１６が、ゲート誘電体１４と有機半導体層１８との間に挟まれる。ソース電極２２およびドレイン電極２４が、有機半導体層１８に隣接して提供される。
【００１４】
上に記載したトランジスタの実施態様は、有機半導体層上にソースおよびドレイン電極を備える。様々な他の実施態様が、本発明の範囲内にあり、そのいくつかを以下記載する。
【００１５】
図２を参照すると、本発明の別の実施態様において、ゲート電極３２が基板４６上に提供される。ゲート誘電体３４がゲート電極３２上に提供される。ソース電極４２およびドレイン電極４４が、ゲート誘電体３４に隣接して配置される。自己組織化単分子層３６が、ゲート誘電体３４と有機半導体層３８との間に挟まれる。
【００１６】
図３を参照すると、本発明の更に別の実施態様において、ゲート電極５２，ソース電極６２およびドレイン電極６４が基板６６上に提供される。ゲート誘電体５４がゲート電極５２上に提供される。自己組織化単分子層５６がゲート誘電体５４と有機半導体層５８の間に挟まれる。ゲート電極５２がソース電極６２およびドレイン電極６４から電気絶縁されるように、ゲート誘電体５４がゲート電極５２を密閉するのがよい。ゲート誘電体５４がゲート電極５２とソース電極６２および／またはドレイン電極６４の間の全領域を塞がなくてもよいが、ゲート電極５２がゲート誘電体５４によって密閉されるのがよい。このような場合、自己組織化単分子層５６および／または有機半導体層５８が、ゲート誘電体５４とソース電極６２および／またはドレイン電極６４の間の領域に含有されてもよい。
【００１７】
基板は、製造、試験、および／または使用中にＯＴＦＴを支持する。例えば、様々な実施態様を試験または選別するために１つの基板を選択することができ、別の基板が商用の実施態様のために選択される。いくつかの実施態様において、基板は、ＴＦＴに何れの必要な電気的機能をも提供しない。このタイプの基板は、本明細書中で「非関与基板（ｎｏｎ−ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｉｎｇ  ｓｕｂｔｒａｔｅ）」と呼ばれる。有用な材料には、有機または無機材料を含めることができる。例えば、基板は、無機ガラス、セラミック箔、ポリマー材料、充填剤入りポリマー材料、コーティングされた金属箔、アクリル、エポキシ、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリケトン、ポリ（オキシ−１，４−フェニレンオキシ−１，４−フェニレンカルボニル−１，４−フェニレン）（時々、ポリ（エーテルエーテルケトン）またはＰＥＥＫと称される）、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキシド、ポリ（エチレンナフタレンジカルボキシレート）（ＰＥＮ）、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（フェニレンスルフィド）（ＰＰＳ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を含んでもよい。
【００１８】
フレキシブル基板が、本発明のいくつかの実施態様において用いられる。これは、ロール加工を可能にし、連続的であってもよく、平坦なおよび／または硬質基板のスケールの経済性および製造の経済性を提供する。選択されたフレキシブル基板は好ましくは、変形または破断せずに約５０ｃｍ未満の直径のシリンダの外周の周りに巻き付けることができる。選択された基板はより好ましくは、変形または破断せずに約２５ｃｍ未満の直径のシリンダの外周の周りに巻き付けることができる。いくつかの実施態様において、選択された基板は最も好ましくは、変形または破断せずに直径が約１０ｃｍ未満であるか、またはわずか約５ｃｍの直径のシリンダの外周の周りに巻き付けることができる。補助なしに手によって、すなわち、レバー、機械、水力学などの助けを借りずに、特定のシリンダの周りに本発明のフレキシブル基板を巻き付けるために使用した力は、一般に小さい。好ましいフレキシブル基板を、それ自体に巻き上げてもよい。
【００１９】
本発明のいくつかの実施態様において、基板は自由に選択できる。例えば、図１の実施態様において、ゲート電極１２および／またはゲート誘電体１４が、得られたＴＦＴの所期の使用に十分な支持を提供するとき、基板２６は必要とされない。更に、基板を、仮支持体と組合せてもよい。かかる実施態様において、一時的な目的、例えば、製造、輸送、試験、および／または貯蔵のために支持が望ましいときなど、支持体を、基板２６に取り外し可能に付着または機械的に取付けてもよい。例えば、フレキシブルなポリマー基板を、除去可能な、硬質のガラス支持体に付着させてもよい。
【００２０】
ゲート電極は、何れの有用な導電性材料であってもよい。例えば、ゲート電極は、ドープされたシリコン、または、アルミニウム、クロム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、およびチタンなどの金属を含んでもよい。導電性ポリマー、例えば、ポリアニリン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）もまた、用いることができる。更に、これらの材料のアロイ、組合せ、および多層が有用である場合がある。
【００２１】
本発明のいくつかの実施態様において、同じ材料がゲート電極機能を提供することができ、同様に、基板の支持機能を提供することができる。例えば、ドープされたシリコンがゲート電極として機能し、ＯＴＦＴを支持することができる。
【００２２】
ゲート誘電体がゲート電極上に提供される。このゲート誘電体は、ＯＴＦＴ素子の残余の部分からゲート電極を電気絶縁する。従って、ゲート誘電体は、電気絶縁材料を含む。ゲート誘電体は、約２を上回る、より好ましくは約５を上回る誘電率を有するのがよい。ゲート誘電体の誘電率は、又、非常に高い場合があり、例えば、８０〜１００またはそれ以上である場合がある。ゲート誘電体の有用な材料は、例えば、無機電気絶縁材料を含んでもよい。ゲート誘電体は、ポリ二フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、シアノセルロース、ポリイミドなどのポリマー材料を含んでもよいが、無機キャッピング層は好ましくは、自己組織化単分子層への結合のための外層を含む。
【００２３】
ゲート誘電体に有用な材料の具体例には、ストロンチエート（ｓｔｒｏｎｔｉａｔｅｓ）、タンタレート、チタネート、ジルコネート、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化チタン、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、セレン化亜鉛、および硫化亜鉛などがある。更に、これらの例のアロイ、組合わせ、および多層を、ゲート誘電体のために用いることができる。これらの材料のうち、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、およびセレン化亜鉛が好ましい。
【００２４】
ゲート誘電体を、ＯＴＦＴに別個の層として提供するか、または、ゲート材料を酸化させてゲート誘電体を形成するなどによって、ゲート上に形成することができる。
【００２５】
ソース電極およびドレイン電極がゲート誘電体によってゲート電極から隔てられ、他方、有機半導体層がソース電極およびドレイン電極の上にまたは下にあってもよい。ソースおよびドレイン電極は、何れの有用な導電性材料であってもよい。有用な材料には、ゲート電極について上に記載した材料の大部分、例えば、アルミニウム、バリウム、カルシウム、クロム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金、チタン、ポリアニリン、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、他の導電性ポリマー、それらのアロイ、それらの組合せ、およびそれらの多層、などがある。
【００２６】
薄膜電極（例えば、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極）を、物理蒸着（例えば、熱蒸発、スパッタリング）またはインクジェットプリンティングなどの何れかの有用な手段によって提供することができる。これらの電極のパターン化は、シャドウマスク、アディティブ法による光フォトグラフィー（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、サブトラクティブ法による光フォトグラフィー（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、プリンティング、マイクロコンタクトプリンティング、およびパターンコーティングなどの周知の方法によって達成することができる。
【００２７】
有機半導体層の有用な材料には、アセンがある。具体例には、アントラセン、ナフタレン、テトラセン、およびペンタセンなどがある。他の例には、ペリレン、フラーレン、フタロシアニン、オリゴチオフェン、およびそれらの置換誘導体などがある。
【００２８】
有機半導体層を、例えば、蒸着、スピンコーティング、およびプリンティング技術など、何れかの有用な手段によって提供することができる。
【００２９】
自己組織化単分子層（ＳＡＭ）が、ゲート誘電体と有機半導体層との間に挟まれる。前記単分子層は、ゲート誘電体と自己組織化単分子層の前駆物質との間の反応生成物である。
【００３０】
自己組織化単分子層の前駆物質は、ターゲット表面上に自己組織化膜、典型的には、単分子層膜を形成する分子を提供する。自己組織化薄膜はしばしば、自己組織化前駆物質の稀釈溶液中で目的の基板をコートするか、または前駆物質を含有する気相に暴露し、膜を形成させることによって作製される。前駆物質の分子は、基板上にほぼ組織化された分子膜を形成する。この膜は、形成されると、そこから堆積する溶剤中に再溶解しない。
【００３１】
概して、三官能性シランなど、ゲート誘電体への吸着または結合反応と拮抗する場合がある単分子層の形成と無関係に架橋を形成する材料は、本発明の単分子層の前駆物質に望ましくない。しかしながら、ゲート誘電体に接着するのに有効な官能基を有し、且つＳＡＭの形成後に架橋を形成することができる他の基を有する材料を使用することができる。
【００３２】
前記単分子層の前駆物質は、式：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
を有する組成物を含み、
式中、ＸがＨまたはＣＨ3であり、
Ｙが、直鎖状または分枝状Ｃ5〜Ｃ50脂肪族または環状脂肪族結合基であるか、あるいは芳香族基とＣ3〜Ｃ44脂肪族または環状脂肪族結合基とを含む直鎖状または分枝状Ｃ8〜Ｃ50基であり、
Ｚが、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、カルボニルオキシベンゾトリアゾール（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、オキシベンゾトリアゾール（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、アミノベンゾトリアゾール（−ＮＨ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、−ＣＯＮＨＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＳｅＨ、−Ｃ5Ｈ4Ｎ、−ＳｅＨ、−ＳＯ3Ｈ、イソニトリル（−ＮＣ）、クロロジメチルシリル（−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2）、ジクロロメチルシリル（−ＳｉＣｌ2ＣＨ3）、アミノ、およびホスフィニルから選択され、
ｎが１、２、または３であり、ただし、Ｚが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3であるとき、ｎ＝１である。
【００３３】
本明細書において、何れかのゲート誘電体と自己組織化単分子層の前駆物質中の官能基との間の反応は好ましくは、結合相互作用（例えば、共有結合またはイオン性）である。本明細書において、自己組織化単分子層は、厚さ約５オングストローム（Å）〜約３０Åのオーダーの単分子層を指す。
【００３４】
好ましい実施態様において、Ｙは飽和脂肪族基、不飽和脂肪族基、飽和環状脂肪族基、および不飽和環状脂肪族基、またはそれらの組合せであってもよく、それらの各々が、直鎖状または分枝状であってもよい。
【００３５】
前記単分子層の前駆物質は式：
ＣＨ3−（ＣＨ2）m−ＰＯ3Ｈ2
の組成物を含んでもよく、式中、ｍが４〜２１の整数である。
【００３６】
単分子層の前駆物質の具体例には、１−ホスホノオクタン、１−ホスホノヘキサン、１−ホスホノヘキサデカン、および１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンなどがある。
【００３７】
本発明の実施に有用な分枝状炭化水素単分子層の前駆物質のクラスの１つの構成員は、１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンである。このクラスの他の構成員には、１−ホスホノ−２−エチルヘキサン、１−ホスホノ−２，４，４−トリメチルペンタン、および１−ホスホノ−３，５，５−トリメチルヘキサンなどがある。１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンを市販のアリルアルコール前駆物質から調製することができ、そのために、アルケン二重結合を還元し、そのアルコールを相応するブロミドに変換し、次いで、ブロミドを相応するホスホン酸に変換する。より具体的には、３，７，１１，１５−テトラメチル−２−ヘキサデセン−１−オールを３，７，１１，１５−テトラメチル−１−ヘキサデカノールに還元し、３，７，１１，１５−テトラメチル−１−ヘキサデカノールを１−ブロモ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンに変換し、次いで１−ブロモ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンを１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンに変換することによって、１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンが得られる。これらの合成変換は、当業者に周知の材料および方法を用いて達成される。又、３，７，１１，１５−テトラメチル−２−ヘキサデセン−１−オール以外の出発原料および上に記載した反応順序以外の独立の反応順序を用いて、１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン、ならびに分枝状炭化水素単分子層の前駆物質のこのクラスの他の構成員を合成してもよいが、具体的に例示した単分子層の前駆物質および調製方法は、不当に制限的であると解釈されるべきではない。
【００３８】
自己組織化単分子層の前駆物質が、何れかの周知の方法によってゲート誘電体上に提供される。例えば、前駆物質が、噴霧、スピン、浸漬、グラビア、マイクロコンタクトプリンティング、インクジェットプリンティング、スタンピング、転写プリンティング、および蒸着などのコーティング方法によって提供されてもよい。自己組織化単分子層の前駆物質を、ゲート誘電体の表面と相互作用させる。この相互作用または反応は瞬間的であるか、または時間を要することがあり、その場合、温度を上昇させることにより、必要な時間を低減させることができる。自己組織化単分子層の前駆物質の溶液がゲート誘電体層上に提供されるとき、溶剤が、必要とされた材料と共存できる方法によって、例えば、加熱によって除去される。何れの過剰な単分子層の前駆物質も、一般に、有機半導体を堆積する前にすすぎ洗いをして除去される。
【００３９】
一実施態様において、ソースおよびドレイン電極が、単分子層の前駆物質を提供する前にゲート誘電体に隣接して提供される。次いで、単分子層の前駆物質が提供される。自己組織化単分子層が完成した後、有機半導体層が、ソースおよびドレイン電極の上におよび自己組織化単分子層上にゲート誘電体に隣接して提供される。
【００４０】
本発明の有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）は、周知の有機薄膜トランジスタよりも１つ以上の利点を有する。これらの利点は、例えば、電荷キャリア移動度において、明らかである。本発明は、本発明の自己組織化単分子層のない、本発明によって作製されない比較用ＯＴＦＴより大きい電荷キャリア移動度を有するＯＴＦＴを提供する。本発明のＯＴＦＴは好ましくは、本発明によって作製されない比較用ＯＴＦＴの電荷キャリア移動度よりも、少なくとも約２５％大きい、より好ましくは、少なくとも約５０％大きい、いくつかの実施態様においては、少なくとも約１００％大きい電荷キャリア移動度を有する。電荷キャリア移動度のかかる改善が、他のＯＴＦＴ性質を望ましい範囲に維持したまま、得られる。例えば、約２５〜−２５Ｖの閾値電圧、約１０Ｖ／ｄｅｃ（絶対値）未満のサブ閾値傾斜、少なくとも約１０4のオン／オフ比を提供しつつ、上に記載した改善が得られる。
【００４１】
より具体的には、有機半導体としてペンタセンを有する実施態様において、本発明は、少なくとも約０．２ｃｍ2／Ｖｓ、より好ましくは少なくとも０．５ｃｍ2／Ｖｓ、更により好ましくは少なくとも約１．０ｃｍ2／Ｖｓの電荷キャリア移動度を有するＯＴＦＴを提供する。本発明のいくつかの実施態様において、電荷キャリア移動度は２．０ｃｍ2／Ｖｓより大きい。
【００４２】
本発明は、約−２５〜２５Ｖの閾値電圧、好ましくは約０〜−１０Ｖ、より好ましくは約０〜−５Ｖの閾値電圧を有するｐ型半導体ＯＴＦＴを提供する。本発明は、約−２５〜２５Ｖの閾値電圧、好ましくは約１０〜０Ｖ、より好ましくは約５〜０Ｖの閾値電圧を有するｎ型半導体ＯＴＦＴを提供する。
【００４３】
本発明は、約１０Ｖ／ｄｅｃ（絶対値）未満のサブ閾値傾斜、好ましくは、約５Ｖ／ｄｅｃ（絶対値）未満の、より好ましくは、約２Ｖ／ｄｅｃ（絶対値）未満のサブ閾値傾斜を有するＯＴＦＴを提供する。本発明は、少なくとも約１０4、好ましくは少なくとも約１０5、より好ましくは少なくとも約５×１０5、更により好ましくは少なくとも約１０6のオンオフ比を有するＯＴＦＴを提供する。
【００４４】
これらの性質の様々な組合せが可能である。例えば、本発明の一実施態様において、ｐ型半導体ＯＴＦＴが、少なくとも約１ｃｍ2／Ｖｓの電荷キャリア移動度、負の閾値電圧、約５Ｖ／ｄｅｃ未満のサブ閾値傾斜、少なくとも約１０5のオン／オフ比を有する。
【００４５】
本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供するものであり、ａ）基板を提供する工程と、ｂ）ゲート電極材料を前記基板上に提供する工程と、ｃ）ゲート誘電体を前記ゲート電極材料上に提供する工程と、ｄ）自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を前記ゲート誘電体に隣接して提供する工程であって、前記単分子層が、ゲート誘電体と前記自己組織化単分子層の前駆物質との間の反応生成物であり、前記前駆物質が、式：Ｘ−Ｙ−Ｚnを有する組成物を含み、式中、ＸがＨまたはＣＨ3であり、Ｙが、直鎖状または分枝状Ｃ5〜Ｃ50脂肪族または環状脂肪族結合基であるか、あるいは芳香族基とＣ3〜Ｃ44脂肪族または環状脂肪族結合基とを含む直鎖状または分枝状Ｃ8〜Ｃ50基であり、Ｚが、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、カルボニルオキシベンゾトリアゾール（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、オキシベンゾトリアゾール（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、アミノベンゾトリアゾール（−ＮＨ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、−ＣＯＮＨＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＳｅＨ、−Ｃ5Ｈ4Ｎ、−ＳｅＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＮＣ、−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2、−ＳｉＣｌ2ＣＨ3、アミノ、およびホスフィニルから選択され、ｎが１、２、または３であり、ただし、Ｚが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3であるとき、ｎ＝１である、工程と、ｅ）有機半導体層を前記単分子層に隣接して提供する工程と、ｆ）ソース電極およびドレイン電極を前記有機半導体層に接触して提供する工程と、を含む。
【００４６】
薄膜トランジスタ物品に関して上に記載したように、有機半導体層を、ソースおよびドレイン電極の上にまたは下に提供することができる。本発明はまた、上に記載した方法によって製造された複数のＯＴＦＴを含む集積回路を提供する。
【００４７】
本発明は更に、上に記載したように、複数のＯＴＦＴを提供する工程を含む、集積回路の製造方法を提供する。従って、本発明は、記載したＯＴＦＴの１つ以上を含む物品において具体化される。かかる物品には、例えば、高周波認証票、アクティブ・マトリクスディスプレイのバックプレーン、スマートカード、メモリ素子などがある。本発明のＯＴＦＴを備えるデバイスにおいて、かかるＯＴＦＴは、当業界で公知の手段によって動作可能に接続される。
【００４８】
本発明の薄膜トランジスタまたは集積回路の全製造プロセスが、約４５０℃の最大基板温度より低い温度で、好ましくは約２５０℃より低い温度、より好ましくは約１５０℃より低い温度、更により好ましくは約７０℃より低い温度、または室温ぐらいの温度（約２５℃）においても、実施されてもよい。温度の選択は概して、本明細書に含まれる本発明の情報を与えられると、当業界で公知である基板および加工のパラメータに依存する。これらの温度は、従来の集積回路および半導体加工温度よりかなり低く、それにより、フレキシブルなポリマー基板など、いろいろな相対的に高価でない基板の何れをも使用することを可能にする。従って、本発明は、著しく改善された性能を有する有機薄膜トランジスタを備える相対的に高価でない集積回路の製造を可能にする。
【００４９】
本発明の目的および利点は、以下の実施例によって更に示されるが、これらの実施例に説明された個々の材料および量、ならびに他の条件および詳細は、本発明を不当に制限すると解釈されるべきではない。
【実施例】
【００５０】
試験方法
Ａ．膜厚さ
単一波長楕円偏光法を使用して、表面処理有機膜の厚さを推定した。基板のＰｓｉおよびＤｅｌｔａの値（ΨsおよびΔs）を、ガートナー（Ｇａｅｒｔｎｅｒ）二重モード自動楕円偏光計  モデルＬ１１６Ａ（イリノイ州、スコキエのガートナーカンパニー（Ｇａｅｒｔｎｅｒ  Ｃｏ．，Ｓｋｏｋｉｅ，ＩＬ）製）を用いて７０°の入射角および６３２．８ｎｍの波長において、清浄にした基板から得た。前記膜を基板に適用し、膜の値を測定した（ΨfおよびΔf）。
【００５１】
楕円偏光法モデリングソフトウェア、ＷＶＡＳＥ３２（ネブラスカ州、リンカーンのＪ．Ａ．ウーラムインク（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ，Ｉｎｃ．，Ｌｉｎｃｏｌｎ，ＮＥ）製）を用いて、Ｓｉ上に１０ÅのＳｉＯ2、その上に１５００ÅのＡｌ2Ｏ3からなる光学モデルを構成した。代表的な光学定数（ソフトウェアに含まれている）をＳｉＯ2およびＳｉ層のために使用した。フィットの浮動変数は、Ａｌ2Ｏ3の厚さ（ｄ）および屈折率（ｎ）であった。１５００Åおよびｎ＝１．７７のシード値を用いた。代表的な最終フィット値は１４００Å〜１７００Å、ｎが１．５６〜１．６０であった。
【００５２】
ΨsおよびΔsがフィットされると、浮動変数（ｄAl2O3およびｎAl2O3）が固定された。有機層を、空気と誘電体層との間の、光学モデルに加えた。この層は、可変的な厚さを有するが、その屈折率は１．４６に固定された。次に、有機層の厚さを変え、ΨfおよびΔfに対するベストフィットを達成した。この有機層の厚さを、自己組織化単分子層の厚さとして記録した。
【００５３】
更に別の情報については、ライビニス（Ｌａｉｂｉｎｉｓ）ら著、「硬化の金属表面、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ上のノルマル−アルカンチオールの自己組織化単分子層の構造および湿潤性質の比較」“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ｗｅｔｔｉｎｇ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ  ｏｆ  ｎｏｒｍａｌ−ａｌｋａｎｅｔｈｉｏｌｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｉｎａｇｅ  ｍｅｔａｌ  ｓｕｒｆａｃｅｓ，  Ｃｕ，  Ａｇ，  Ａｕ”，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１１３，７１５２〜６７ページ，１９９１年、を参照のこと。
【００５４】
Ｂ．水の接触角（ＷＣＡ）
水の静的、前進、および後退接触角を、ビデオ接触角装置（マサチューセッツ州、ビルリカのＡＳＴプロダクツ（ＡＳＴ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ）製のモデル、ＶＣＡ−２５００ＸＥ）で測定した。記録した値を、各試験表面の少なくとも３滴の両側の測定値の平均であった。これらの測定値の推定された不確定性は、静的および前進の測定値について＋／−１度、および後退の測定値について＋／−２度であった。表面の特性決定のデータを表Ｉにまとめる。
【００５５】
Ｃ．自己組織化単分子層の特質
単分子層の構造および規則化は、例えば、ベイン（Ｂａｉｎ）ら著、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１１１、３２１〜３５ページ、１９８９年によって記載された技術で接触角および楕円偏光法による厚さのデータの両方を用いて測定した。この方法によって、水の前進接触角の値が１１１〜１１５°、後退角が１００°より大きいとき、十分に規則化されたメチル基末端表面がおそらく原因であった。楕円偏光法による厚さが分子の長さの計算値の約７０〜１００％であったとき（すなわち、１−ホスホノヘキサデカンについて約１８〜１９Å）、ホスホノアルカン分子はおそらく、それらのメチル（−ＣＨ3）基が空気／ホスホノアルカン膜の境界面に、それらのホスホノ基がホスホノアルカン膜／誘電体の境界面にあり、表面にほとんど垂直に配向された。逆に、１００〜１１０°の水の前進接触角は、アルカン鎖の規則化の小さくなった膜を示し、空気／ホスホノアルカン膜の境界面は、メチレン基（−ＣＨ2−）ならびにメチル基からなることを示唆した。
【００５６】
Ｄ．薄膜トランジスタの性能
トランジスタ性能を、例えば、Ｓ．Ｍ．スゼ（Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ）著、「半導体素子の物理学（Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」、４４２ページ、ジョン・ワイリー＆サンズ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ）、ニューヨーク、１９８１年、に示されているような、当業界で公知の技術を用いて室温の空気中で試験した。半導体パラメータアナライザ（カリフォルニア州、サンノゼのヒューレット・パッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ）製のモデル４１４５Ａ）を用い、以下の結果を得た。
【００５７】
ドレイン電流（Ｉd）の平方根を、−４０Ｖの一定ソース−ドレインバイアス（Ｖd）に対して＋１０Ｖ〜−４０Ｖのゲート−ソースバイアス（Ｖg）の関数としてプロットし、飽和電界効果移動度を、ゲート誘電体の固有容量（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）、チャネル幅およびチャネル長さを用いて曲線の直線部分から計算した。この直線フィットのｘ軸補外を、閾値電圧（Ｖt）とみなした。更に、ＩdをＶgの関数としてプロットすることにより、Ｖtを含む曲線の一部分に沿って直線フィットを描く曲線をもたらした。この線の傾斜の逆数が、サブ閾値傾斜（Ｓ）であった。オン−オフ比を、Ｉd−Ｖg曲線の最小・最大値間の差とした。
【００５８】
材料
前駆物質
自己組織化単分子層の前駆物質１−ホスホノヘキサデカン（ＣＨ3−（ＣＨ2）15−ＰＯ3Ｈ2）が、マサチューセッツ州、チェルムスフォードのオリザラボラトリー（Ｏｒｙｚａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｃｈｅｌｍｓｆｏｒｄ，ＭＡ）から市販されており、１−ホスホノオクタン（ＣＨ3−（ＣＨ2）7−ＰＯ3Ｈ2）が、マサチューセッツ州、ウォード・ヒルのアルファイーザ（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ，Ｗａｒｄ  Ｈｉｌｌ，ＭＡ）から市販されており、１−ホスホノヘキサンが、ニューハンプシャー州、イーストハンプステッドのオルガノメタリックスインク（Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃｓ，Ｉｎｃ．，Ｅａｓｔ  Ｈａｍｐｓｔｅａｄ，ＮＨ）から市販されていた。
【００５９】
受け入れたままのホスホン酸が残留エチルエステルを含有する場合、材料を精製するために、１００℃の塩酸水溶液中で残留エステルを加水分解し、その後に、当業者に周知の手順を用いてヘプタンまたはメタノールからホスホン酸を再結晶させた。
【００６０】
１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン（ＣＨ3−（ＣＨＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2）3ＣＨＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2−ＰＯ3Ｈ2）自己組織化単分子層の前駆物質を、以下の方法によって合成した。材料は全て、ウィスコンシン州、ミルウォーキーのアルドリッチケミカルズ（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から市販されていた。
【００６１】
エタノール２００ｍＬ中に溶かした３，７，１１，１５−テトラメチル−２−ヘキサデセン−１−オール５０．０ｇ（１６９ｍｍｏｌ）溶液に、トリエチルアミン０．３ｇ（３ｍｍｏｌ）および５％のＰｄ担持炭素５００ｍｇに添加した。その混合物を、２４時間、パー水素化装置（Ｐａｒｒ  ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｏｒ）で水素５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）下に維持した。混合物を濾過および濃縮し、蒸留により、沸点１５０−１５５℃、０．０５ｍｍＨｇにおいて透明な無色の液体として３，７，１１，１５−テトラメチル−１−ヘキサデカノール４１．７ｇ（８３％）を得た。
【００６２】
３，７，１１，１５−テトラメチル−１−ヘキサデカノール４０．０ｇ（１３４ｍｍｏｌ）と４８％の臭化水素酸４００ｍＬとの混合物に濃硫酸４０ｍＬをゆっくりと添加した。反応混合物を２４時間、１００℃で加熱し、水１．２Ｌ中に流し込んだ。混合物をヘキサンで抽出し、混合有機相を、ＮａＨＣＯ3水溶液で洗浄し、ＭｇＳＯ4で乾燥させた。溶液を暗色の液体に濃縮し、それを、ヘキサンでシリカ３インチ（７．６ｃｍ）に通して溶出した。溶離剤の濃縮により、明るい琥珀色の液体が得られ、バルブ−バルブ蒸留によって、沸点１６０〜１８０℃、０．０６ｍｍＨｇで透明な無色の液体として１−ブロモ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン４０．８ｇ（８４％）を生じた。
【００６３】
１−ブロモ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン２１．６９ｇ（６０ｍｍｏｌ）とトリエチルホスフィット２５ｇ（１５０ｍｍｏｌ）との混合物を１５０℃で加熱した。１８時間後に、トリエチルホスフィットを更に２０ｇ（１２０ｍｍｏｌ）添加し、加熱を２４時間、続けた。ジエチルエチルホスホネートおよび他の揮発物を沸点３０〜５０℃、０．０５ｍｍＨｇで蒸留し、濃縮物のバルブ−バルブ蒸留により、沸点１９０〜２３０℃、０．０５ｍｍＨｇで透明な無色の液体として１−（ジエチルホスホノ）−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン２３．５１ｇ（９４％）を生じた。
【００６４】
ジクロロメタン４０ｍＬに溶かした１−（ジエチルホスホノ）−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン１４．６ｇ（３５ｍｍｏｌ）の溶液に、ブロモトリメチルシラン１５．０ｇ（９８ｍｍｏｌ）を添加した。室温で２４時間後に、溶液を薄い黄色味の液体に濃縮し、中間シリルホスホネートエステルをメタノール１００ｍＬ中に溶解した。得られた溶液を３０分間、室温で撹拌し、白い固体に濃縮した。メタノールへの溶解および濃縮を２回繰り返し、酢酸エチルからの再結晶により、ｍｐ６９〜７２℃、白い結晶として１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン１０．５ｇ（８３％）を生じた。
【００６５】
最終生成物およびすべての中間体の1Ｈ、13Ｃ、および31Ｐ  ＮＭＲスペクトルが、ターゲット化合物の構造と一致していた。
【００６６】
基板
単結晶＜１００＞配向シリコンウエハは、カリフォルニア州、サンノゼのシリコンバレーマイクロエレクトロニクス（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖａｌｌｅｙ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から得られた。１５００Åのアルミナ層を、化学蒸着方法によって各ウエハ前面に堆積させた。５０００Åのアルミニウム金属層を、各ウエハ裏面に蒸着させた。この実験において、有機薄膜トランジスタを作製したとき、アルミニウムでキャップしたドープされたウエハがゲート電極の働きをし、酸化アルミニウムがゲート誘電体として機能した。
【００６７】
実施例１
上に記載したシリコンウエハ基板を４分し、ＵＶ／オゾンチャンバ（手製、短波長の紫外線）内で５分間、暴露して清浄にした。選択された自己組織化単分子層の前駆物質（１−ホスホノヘキサデカン）を、準備した基板のアルミナ表面に適用するために、絶対エタノールに溶かした前駆物質０．１重量パーセント（ｗｔ％）溶液を５秒間、３００ｒｐｍで、その後に、１５秒間２０００ｒｐｍでスピンコートした。次に、コートされた基板を、真空加熱板上で３分間、１５０℃で加熱し、次いで、新しいエタノールですすぎ洗いをし、窒素ストリーム下で乾燥させた。その結果、基板のアルミナ層上の自己組織化単分子層が得られた。
【００６８】
得られた自己組織化単分子層の水の接触角およびコーティング厚さを、上に記載した手順を用いて、コートされた試料について測定した。結果を（以下の）表１に示す。
【００６９】
ペンタセン（ウィスコンシン州、ミルウォーキーのアルドリッチケミカル製）を、窒素ガスの定流量下、減圧にて３領域炉（アイオワ州、ダビュークのバーンステッドターモリン（Ｂａｒｎｓｔｅａｄ  Ｔｈｅｒｍｏｌｙｎｅ，Ｄｕｂｕｑｕｅ，Ｉｏｗａ）の「ターモリン（Ｔｈｅｒｍｏｌｙｎｅ）」７９５００管状炉）内で精製した。
【００７０】
精製したペンタセンを、真空下（約１０-6トル（または１．３３×１０-4Ｐａ））で毎秒０．５Åの速度で自己組織化単分子層の形成された表面に昇華によって堆積させ、水晶マイクロバランスによって測定したとき５００Åの厚さに達した。次に、パラジウムまたは金ソースおよびドレイン電極をペンタセン層上にシャドウマスクした。素子の寸法は、４０μｍチャネル長さ×１０００μｍチャネル幅であった。
【００７１】
多数のＯＴＦＴを作製し、３〜７のＯＴＦＴの代表試料を、７回の堆積実験の各々について試験した。平均した結果を以下の表２に示す。例外的な結果が単一ＯＴＦＴで生じ、電荷−キャリア移動度が約３．７ｃｍ2／Ｖｓであったが、他の値が平均値かまたはその付近であった。
【００７２】
実施例２〜４
実施例２〜４を実施例１と同様に作製したが、前駆物質の選択を、記載したように変えた。実施例４において、前駆物質の０．５重量％溶液を用いた。
【００７３】
実施例２（１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン）において、多数のＯＴＦＴを作製し、３〜６のＯＴＦＴの代表試料を、３回の堆積実験の各々について試験した。平均した結果を以下の表２に記載する。
【００７４】
実施例３（１−ホスホノオクタン）において、多数のＯＴＦＴを作製し、１〜４のＯＴＦＴの代表試料を、６回の堆積実験の各々について試験した。平均した結果を以下の表２に記載する。
【００７５】
実施例４（１−ホスホノヘキサン）において、多数のＯＴＦＴを作製し、３つのＯＴＦＴの代表試料を、３回の堆積実験の各々について試験した。平均した結果を以下の表２に記載する。
【００７６】
比較例１
シリコンウエハ基板を、アセトン、メタノール、２−プロパノール、および脱イオン水で連続的にすすぎ洗いして清浄にし、その後に、加熱板上で１００℃で３分間、加熱し、ＵＶ／オゾンチャンバー（手製）内で１５分間、暴露した。ＷＣＡを実施例１〜４と同様にして測定し、結果を（以下の）表１に示す。
【００７７】
ペンタセンおよびソースおよびドレイン電極を、実施例１〜４に記載したように堆積した。比較例１（表面処理なし）において、多数のＯＴＦＴを作製し、代表試料３〜７のＯＴＦＴを、４０の堆積実験の各々について試験した。平均した結果を以下の表２に示す。
【００７８】
【表１】
2005503026.tif 000003
【００７９】
【表２】
2005503026.tif 000004
【００８０】
比較用に、ＯＴＳで処理した周知の素子は、比較的非常に高い閾値電圧（６０Ｖを上回る）を示したが、ジャクソン（Ｊａｃｋｓｏｎ）ら著、「ペンタセンベースの有機薄膜トランジスタ（“Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”）」、電子素子のＩＥＥＥ紀要、Ｖｏｌ．４４、１３２５〜３１ページ、１９９７年、に記載されているように、ＯＴＦＴは依然として可能であった。
【００８１】
本発明の様々な改良および変更が本発明の範囲および原理から逸脱することなく実施できることは、当業者には明らかであるが、本発明は、上に記載した具体的な実施態様に不当に限定されるものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施態様の略断面図である（縮尺通りではない）。
【図２】本発明の別実施態様の略断面図である（縮尺通りではない）。
【図３】本発明の更に別の実施態様の略断面図である（縮尺通りではない）。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005503026.tif 000029
【国際調査報告】
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