(57)【要約】ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に介在させ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。この単分子層は、ゲート絶縁膜と自己組織化単分子層の前駆体との間の反応の生成物である。前記半導体層には、少なくとも１種の電子供与性基、ハロゲン原子またはそれらの組合せで置換したアセン、または、場合によっては少なくとも１種の電子供与性基、ハロゲン原子、またはそれらの組合せによって置換されていてもよい、ベンゾ環生成アセンまたはポリベンゾ環生成アセンから選択される材料を含む。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。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に介在させ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、前記単分子層は、ゲート絶縁膜と自己組織化単分子層の前駆体との間の反応生成物であり、前記前駆体は次式：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
（式中、ＸはＨまたはＣＨ3であり；Ｙは、直鎖状もしくは分枝状のＣ5〜Ｃ50脂肪族もしくは環状脂肪族の結合基、または直鎖状もしくは分枝状のＣ8〜Ｃ50の芳香族基含有基およびＣ3〜Ｃ44の脂肪族もしくは環状脂肪族結合基であり；Ｚは、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルカルボニルオキシ（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルオキシ（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルアミノ（−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；そして、ｎは１、２、または３であるが、ただしＺが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3である場合にはｎ＝１であり；そしてここで前記有機半導体層が：
少なくとも１種の電子供与性基、ハロゲン原子、またはそれらの組合せで置換したアセン、または
少なくとも１種の電子供与性基、ハロゲン原子、またはそれらの組合せで場合によっては置換した、ベンゾ環生成アセンまたはポリベンゾ環生成アセン、から選択される物質を含む）
を有する組成物を有する、ＯＴＦＴ。
【請求項２】
前記少なくとも１種の電子供与性基がアルキル、アルコキシ、またはチオアルコキシから選択され、そして１〜２４個の炭素原子を有する、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項３】
約−２５〜２５ボルトの間のしきい値電圧と、約１０Ｖ／ｄｅｃ（絶対値）未満のサブスレッショルド勾配と、少なくとも約１０4のオンオフ比と、同一の構成であるが自己組織化単分子層を有さない比較のＯＴＦＴよりも、少なくとも約２５％、少なくとも約５０％、および少なくとも約１００％から選択される分だけ改良された電荷キャリア移動度とを有する、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項４】
前記半導体層が、Ｃ1〜Ｃ24アルキル−、ポリアルキル−、アルコキシ−、またはポリアルコキシ−置換アセンから選択される材料を含む、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項５】
前記半導体層が、Ｃ1〜Ｃ24アルキル−、ポリアルキル−、アルコキシ−、またはポリアルコキシ−置換アントラセンから選択される材料を含む、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項６】
前記半導体層が、Ｃ1〜Ｃ24アルキル−、ポリアルキル−、アルコキシ−、またはポリアルコキシ−置換テトラセンから選択される材料を含む、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項７】
前記半導体層が、Ｃ1〜Ｃ24アルキル−、ポリアルキル−、アルコキシ−、またはポリアルコキシ−置換ペンタセンから選択される材料を含む、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項８】
少なくとも１種のＲ基が、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、２−メチルヘキシル、２−エチルヘキシル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニル、ｎ−デシル、ｎ−ドデシル、ｎ−オクタデシル、または３，５，５−トリメチルヘキシルから選択される、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項９】
前記半導体が、１−メチルアントラセン、２−メチルアントラセン、１，２−ジメチルアントラセン、２，３−ジメチルアントラセン、２，３，６，７−テトラメチルアントラセン、１，２，３，４−テトラメチルアントラセン、２−エチルアントラセン、２，６−ジエチルアントラセン、２−ヘキシルアントラセン、２，６−ジヘキシルアントラセン、１−メチルテトラセン、２−メチルテトラセン、２，３−ジメチルテトラセン、２，８−ジメチルテトラセン、２，３，９，１０−テトラメチルペンタセン、２−エチルテトラセン、２，８−ジエチルペンタセン、２，９−ジエチルペンタセン、２−ヘキシルテトラセン、２−ノニルテトラセン、１−メチルペンタセン、２−メチルペンタセン、２，６−ジアルキルアントラセン、２，８−ジアルキルテトラセン、２，３−ジアルキルペンタセン、２，９−ジアルキルペンタセン、２，１０−ジアルキルペンタセン、２−エチルペンタセン、２，１０−ジアルコキシペンタセン、２，３，９，１０−テトラアルキルペンタセン、１，４，８，１１−テトラアルコキシペンタセン、または１，２，３，４，８，９，１０，１１−オクタアルキルペンタセン、ジベンゾ［ｄｅ，ｑｒ］テトラセン、ゼスレン、ジベンゾ［ｄｅ，ｓｔ］ペンタセン、およびジベンゾ［ｄｅ，ｕｖ］ペンタセンから選択される材料を含み；ここでそれぞれの式の中の前記アルキルまたはアルコキシ基が１〜２４個の炭素を有する、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１０】
前記半導体が、２，３−ジメチルペンタセン、２，９−ジメチルペンタセン、２，１０−ジメチルペンタセン、２，１０−ジメトキシペンタセン、２，３，９，１０−テトラメチルペンタセン、１，４，８，１１−テトラメトキシペンタセン、または１，２，３，４，８，９，１０，１１−オクタメチルペンタセン、から選択される材料を含む、請求項１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１１】
ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に介在させ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、前記単分子層は、ゲート絶縁膜と自己組織化単分子層の前駆体との間の反応生成物であり、前記前駆体は次式：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
（式中、ＸはＨまたはＣＨ3であり；Ｙは、直鎖状もしくは分枝状のＣ5〜Ｃ50脂肪族もしくは環状脂肪族の結合基、または直鎖状もしくは分枝状のＣ8〜Ｃ50の芳香族基含有基およびＣ3〜Ｃ44の脂肪族もしくは環状脂肪族の結合基であり；Ｚは、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルカルボニルオキシ（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルオキシ（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルアミノ（−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；そして、ｎは１、２、または３であるが、ただしＺが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3である場合にはｎ＝１である）
を有する組成物を含み；そしてここで、前記有機半導体層には次式：
【化１】
2005519486.tif 000010
（式中、それぞれのＲ基は独立して、電子供与性基、ハロゲン原子、水素原子、およびそれらの組合せから選択されるが、ただしすべてのＲ基が水素であるということはなく；ｍは１、２、３、または４であり；それぞれのＲ9およびＲ10は独立してＨまたは任意のＲ基であり；そして２つの隣接したＲ基の任意の組合せが共に結合して、５個または６個の炭素の環状脂肪族または芳香族基を形成していてもよいが；
ただし、Ｒ2とＲ3も、Ｒ6とＲ7も結合して６員芳香族環の一部となることはなく；そして、
ｍが１の場合には、Ｒ9もＲ10も６員芳香族環の一部となることもない）
の半導体を含む、ＯＴＦＴ。
【請求項１２】
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、それらのそれぞれは直鎖状であっても分枝状であってもよい、請求項１１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１３】
前記単分子層前駆体が、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る組成物を含む、請求項１１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１４】
前記単分子層前駆体が、ＣＨ3−（ＣＨ2）m−ＰＯ3Ｈ2（式中、ｍが４〜２１の整数である）から選択される組成物を含む、請求項１１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１５】
前記単分子層前駆体が、５〜５０個の炭素原子を有する直鎖状または分枝状のホスホノアルカンを含む、請求項１１に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１６】
前記有機半導体層が、１〜２４個の炭素を有する少なくとも１種のアルキルまたはアルコキシ基で置換されたペンタセンを含む、請求項１５に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１７】
前記ペンタセンが次式の構造を有し：
【化２】
2005519486.tif 000011
そして、１、２、３、４、８、９、１０、および１１位の１つまたは複数において置換されている、請求項１６に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１８】
前記半導体が、２，３−、２，９−、もしくは２，１０−ジアルキル−もしくはジアルコキシ−置換ペンタセン（それぞれのアルキルまたはアルコキシ基が独立して１〜２４個の炭素を有している）、または２，３，９，１０−もしくは１，４，８，１１−テトラアルキル−もしくはテトラアルコキシ−置換ペンタセン（それぞれのアルキルまたはアルコキシ基が独立して１〜２４個の炭素を有している）から選択される、請求項１７に記載のＯＴＦＴ。
【請求項１９】
前記有機半導体が、２，３−、２，９−または２，１０−ジメチルペンタセンから選択される、請求項１５に記載のＯＴＦＴ。
【請求項２０】
複数の請求項１に記載の薄膜トランジスタを含む集積回路。
【請求項２１】
場合によってはフレキシブルでもよい非関与型基板の上に、複数の請求項１に記載の薄膜トランジスタを含む集積回路。
【請求項２２】
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって：
ａ）基板を提供する工程；
ｂ）前記基板の上にゲート電極材料を提供する工程；
ｃ）前記ゲート電極材料の上にゲート絶縁膜を提供する工程；
ｄ）前記ゲート絶縁膜に隣接して請求項１に記載の自己組織化単分子層を提供する工程；および
ｅ）前記単分子層の上に請求項１に記載の有機半導体層を適用する工程；および
ｆ）前記有機半導体層に接触させてソース電極およびドレイン電極を提供する工程、を含む方法。
【請求項２３】
前記工程を（ａ）から（ｆ）の順に実施する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
工程（ｄ）において過剰の前駆体を提供し、それに続けて相互作用が起きるのに充分な時間を与え、そして過剰の前駆体を除去する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板がフレキシブルである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
約２５０℃未満、約１５０℃未満および約７０℃未満から選択されるピーク基板温度より低い温度ですべてを実施する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
ウェブ上で実施する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
請求項２２の方法で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、改良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、置換アセン半導体および前記半導体とゲート絶縁膜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】
有機半導体はたとえば低コスト電子材料のような各種の用途において大きな関心を持たれている。有機材料を合成すれば、幅広い範囲のデバイス類に必要な電気的性質を与えることができるし、また、低コストのロール加工（ｒｏｌｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を可能とするような構成とすることができるが、この加工は、結晶性シリコンマイクロエレクトロニクスでは現在のところ不可能である。
【０００３】
有機電子デバイスにおいて関心を持たれている１つの領域は、有機半導体と他のデバイス層との間に形成される境界面の性質である。半導体／絶縁体の境界面を調節するために、シリコン酸化物表面の上に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を使用することが、従来から検討されてきた。長時間かけながら真空中で複雑な析出プロセスを使用して、加熱成長させた二酸化ケイ素ゲート絶縁膜材料の上にオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）をコーティングさせて、トランジスタ性能を調節していた。このようなプロセスで有用な材料には、たとえば、雰囲気中および絶縁層表面の水の影響を受けやすいこと、材料内部での架橋が絶縁層への結合反応と競合するために不安定であること、および再現性のあるフィルム性能を得ることが困難など、いくつかの問題点があった。ＥＰ１０４１６５２Ａ２号には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のためのＳｉＯx上に溶液流延させたオリゴチオフェンの結晶性ドメインサイズを大きくするために、多段の表面処理をすることが記載されているが、測定により得られる移動度の値が一般に、未処理の対照よりも低いものであった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
簡単に言えば本発明は、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に介在させ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、前記単分子層は、ゲート絶縁膜と自己組織化単分子層の前駆体との間の反応生成物であり、前記前駆体は次式：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
（式中、ＸはＨまたはＣＨ3であり；
Ｙは、直鎖状もしくは分枝状のＣ5〜Ｃ50脂肪族もしくは環状脂肪族の結合基、または直鎖状もしくは分枝状のＣ8〜Ｃ50の芳香族基を含有する基およびＣ3〜Ｃ44の脂肪族もしくは環状脂肪族結合基であり；
Ｚは、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルカルボニルオキシ（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルオキシ（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルアミノ（−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；そして、
ｎは１、２、または３であるが、ただしＺが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3である場合にはｎ＝１であり；そして前記有機半導体層には、少なくとも１種の電子供与性基、ハロゲン原子またはそれらの組合せで置換したアセン、または、場合によっては少なくとも１種の電子供与性基、ハロゲン原子、またはそれらの組合せによって置換されていてもよい、ベンゾ環生成（ｂｅｎｚｏ−ａｎｎｅｌｌａｔｅｄ）アセン（ａｃｅｎｅ）またはポリベンゾ環生成アセンから選択される材料を含む）
を有する組成物を含む、ＯＴＦＴを提供するものである。
【０００５】
本発明にはさらに、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に介在させた自己組織化単分子層を含む有機薄膜トランジスタであって、前記単分子層は、ゲート絶縁膜と自己組織化単分子層の前駆体との間の反応生成物であり、前記前駆体は次式：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
（式中、ＸはＨまたはＣＨ3であり；
Ｙは、直鎖状もしくは分枝状のＣ5〜Ｃ50脂肪族もしくは環状脂肪族の結合基、または直鎖状もしくは分枝状のＣ8〜Ｃ50の芳香族基を含有する基およびＣ3〜Ｃ44の脂肪族もしくは環状脂肪族結合基であり；
Ｚは、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルカルボニルオキシ（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルオキシ（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルアミノ（−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；そして、
ｎは１、２、または３であるが、ただしＺが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3である場合にはｎ＝１である）
を有する組成物を含み；そしてここで、前記有機半導体層には次式：
【化１】
2005519486.tif 000002
（式中、それぞれのＲ基は独立して、電子供与性基、ハロゲン原子、水素原子、およびそれらの組合せから選択されるが、ただしすべてのＲ基が水素であるということはなく；ｍは１、２、３、または４であり；それぞれのＲ9およびＲ10は独立してＨまたは任意のＲ基であり；そして２つの隣接したＲ基の任意の組合せが共に結合して、５個または６個の炭素の環状脂肪族または芳香族基を形成していてもよいが；ただし、Ｒ2とＲ3も、Ｒ6とＲ7も結合して６員芳香族環の一部となることはなく；そして、ｍが１の場合には、Ｒ9もＲ10も６員芳香族環の一部となることもない）
の半導体を含む、有機薄膜トランジスタを提供するものである。
【０００６】
本明細書で使用する場合、「電子供与性基」という用語は、Ｃ1〜Ｃ24アルキル、アルコキシ、チオアルコキシ、またはそれらの組合せを意味し、それらは置換されていてもまたは置換されていなくてもよいが、ここで「置換された」という用語は、目的とする製品またはプロセスに妨害を与えない基によって化学種が置換されていることを意味し、そのような置換基としては、たとえばアルキル、アルコキシ、アリール、フェニル、ハロ（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）などがある。
【０００７】
各種の薄膜トランジスタ構成を選択することが可能である。たとえば、ソース電極およびドレイン電極をゲート絶縁膜に近接させ、そのソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体層を設けてもよいし、あるいは、ソース電極およびドレイン電極とゲート絶縁膜との間に有機半導体層を介在させてもよい。
【０００８】
また別な態様においては、本発明は薄膜トランジスタを製造する方法を提供するが、それに含まれる工程は、基板を提供する工程、前記基板の上にゲート電極材料を提供する工程、前記ゲート電極材料の上にゲート絶縁膜を提供する工程、前記ゲート絶縁膜に近接させて自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を提供する工程であって、その単分子層はゲート絶縁膜と自己組織化単分子層の前駆体との反応生成物である工程、前記単分子層の上に有機半導体層を適用する工程、および前記有機半導体層に接触させてソース電極およびドレイン電極を提供する工程、である。前記前駆体は、先に有機薄膜トランジスタ物品について述べたものと同じである。前記有機半導体層もまた、先に有機薄膜トランジスタ物品について述べたものと同じである。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。
【０００９】
本発明の利点は、本発明の特徴を持たない公知のデバイスよりは、１つまたは複数の改良点を有する有機薄膜トランジスタを提供するところにある。本発明を用いることによって、たとえば、しきい値電圧、サブスレッショルド勾配（ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｓｌｏｐｅ）、オンオフ比、および電荷キャリア移動度などを改良することが可能である。本発明が提供するデバイス性能の改良によって、より速いスイッチング速度を有するより複雑な回路の製造を、より単純な加工条件で実施することが可能となる。本発明によってさらに、非常に小型なデバイスと同等の性質を有する、より大型な回路素子を製造することが可能とする。デバイスのサイズが大きくなるほど、費用のかかる精密加工（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）プロセスが必要ないために、安価に製造することができる。
【００１０】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の「発明を実施するための最良の形態」および特許請求項からも明らかになるであろう。上に開示した原理の要約は、実施態様を一つ一つ説明したり、あるいは、本発明の開示のすべての実施例を記載したりすることを意図したものではない。以下の詳細な説明においては、本明細書に開示された原理を利用したある種の好ましい実施態様をさらに具体的に例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
一般的に言って薄膜トランジスタに含まれるのは、ゲート電極、前記ゲート電極上のゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜に近接したソース電極およびドレイン電極、ならびに前記ゲート絶縁膜に近接し、そして前記ソース電極およびドレイン電極に近接する半導体層である。より詳しくは、有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）には有機半導体層が含まれる。そのようなＯＴＦＴは当業者には公知で、たとえば、同時係属中の出願、米国特許出願第０９／９４７，８４５号明細書（代理人整理番号第５６９９９ＵＳ００２、出願日２００１年９月６日）に示されている。
【００１２】
本発明の有機薄膜トランジスタにはさらに、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に介在する自己組織化単分子層（ＳＡＭ）が含まれるが、ここで前記有機半導体には置換アセンが含まれる。
【００１３】
基板
たとえば製造中、試験、貯蔵、使用あるいはそれらの組合せの際に、ＯＴＦＴを支持するために、基板を使用することができる。ゲート電極および／またはゲート絶縁膜に、得られるＯＴＦＴの目的とする用途において充分な支持効果を持たせて、別の基板が必要ないようにすることも可能である。たとえば、ドープトシリコンに、ゲート電極として機能させるとともに、ＯＴＦＴを支持させることが可能である。また別の例を挙げれば、各種の実施態様の試験またはスクリーニングのためにある基板を選択し、それに対して商業的な実施においては他の基板を選択するということも可能である。また別の実施態様においては、たとえば一時的な目的で支持が望ましい場合に、支持物を基板に取り外し可能に接着させたり、または機械的に貼り付けたりすることもできる。たとえば、可撓性のあるポリマー基板を固いガラス支持体に接着し、その支持体は除去可能にしておくことができる。ある種の実施態様においては、基板は、ＯＴＦＴに対して電気的な機能を供することは一切ない。このタイプの基板は、本明細書においては、「非関与型基板」と呼ぶこととする。
【００１４】
有用な基板材料としては、有機および／または無機材料を挙げることができる。たとえば、基板としては、無機ガラス、セラミックフォイル、ポリマー材料、充填ポリマー材料、塗装金属フォイル、アクリル樹脂、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）（ポリ（エーテルエーテルケトン）またはＰＥＥＫと呼ばれることもある）、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）、および繊維強化プラスチックス（ＦＲＰ）、およびそれらの組合せが挙げられる。
【００１５】
本発明のある種の実施態様においては、フレキシブル基板が使用される。それを使用することによって、ロール加工が可能となるが、ロール加工は連続法とすることができ、フラットおよび／またはリジッド基板の場合よりも、小型化が可能で、製造の経済性に優れる。好適に選択したフレキシブル基板は、直径約５０ｃｍ未満の円筒のまわりに、ねじれたりまたは破損したりすることなく巻き付けることができる。より好適に選択した基板は、直径約２５ｃｍ未満の円筒のまわりに、基板がねじれたり破損したりすることなく巻き付けることができる。ある種の実施態様においては、最も好適に選択した基板は、直径約１０ｃｍ未満、またはさらには直径約５ｃｍ未満の円筒のまわりに、基板がねじれたりまたは破損したりすることなく巻き付けることができる。本発明のフレキシブル基板を特定の円筒のまわりに巻き付けるのに必要な力は小さく、たとえばテコや機械や油圧などの助けを借りなくても、手だけで巻き付けることができる。このフレキシブル基板は、それ自体で巻くことも可能である。
【００１６】
ゲート電極
ゲート電極は、使用可能な導電材料なら何であってもよい。たとえば、ゲート電極にはドープトシリコン、または金属たとえばアルミニウム、クロム、銅、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、およびチタンが含まれていてよい。導電性ポリマーを使用することもでき、そのようなものとしてはたとえば、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）などが挙げられる。さらに、これらの材料の合金、組合せおよび多層化したものなども有用である。
【００１７】
本発明のある種の実施態様においては、同一の材料に、ゲート電極の機能を付与すると共に基板の支持機能を持たせることもできる。たとえば、ドープトシリコンに、ゲート電極として機能させるとともに、ＯＴＦＴを支持させることが可能である。
【００１８】
ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜はゲート電極上に、たとえば析出法によって提供する。このゲート絶縁膜はＯＴＦＴデバイスの使用条件下で、デバイスの他のものから、ゲート電極を電気的に絶縁する。したがって、このゲート絶縁膜には電気的絶縁材料が使用される。このゲート絶縁膜は、約２より高い、より好ましくは約５より高い誘電率を有しているべきである。ゲート絶縁膜の誘電率は、非常に高く、たとえば８０〜１００またはそれ以上であってもよい。ゲート絶縁膜として有用な材料としては、有機または無機の電気的絶縁材料、またはそれらの組合せを挙げることができる。
【００１９】
ゲート絶縁膜としては、ポリマー材料、たとえばポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、シアノセルロース、ポリイミド、エポキシなどが挙げられる。ある種の実施態様においては、無機キャッピング層は、他のポリマーゲート絶縁膜の外側層を含む。
【００２０】
ゲート絶縁膜として有用な無機材料の具体的な例をいくつか挙げてみれば、ストロンチウム酸塩（ｓｔｒｏｎｔｉａｔｅ）、タンタル酸塩、チタン酸塩、ジルコン酸塩、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化物、ケイ素窒化物、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコン酸チタン酸バリウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛などがある。さらに、これらの合金、組合せおよび多層化したものもまたゲート絶縁膜として使用することができる。これらの材料の内でも、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、セレン化亜鉛が好ましい。
【００２１】
このゲート絶縁膜は、ＯＴＦＴの中に個別の層として析出させることもできるし、あるいは、ゲート材料を酸化（陽極酸化を含む）させることによって、ゲートの上にゲート絶縁膜を形成させることもできる。
【００２２】
ソース電極およびドレイン電極
ソース電極およびドレイン電極はゲート絶縁膜によってゲート電極から分離されているが、一方、有機半導体層はソース電極およびドレイン電極の上にあっても、または下にあってもよい。ソース電極およびドレイン電極は、有用な導電性材料ならばどのようなものであってもよい。有用な材料としては、ゲート電極について先に挙げたもの、さらにはバリウムおよびカルシウムが挙げられる。
【００２３】
薄膜電極（たとえば、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極）は、各種有用な手段を用いて設けることができるが、そのようなものとしてはたとえば、物理的気相成長法（たとえば、加熱蒸発、スパッタリング）またはインクジェット印刷法などがある。それらの電極のパターン成形は、公知の方法、たとえばシャドーマスク法、加法フォトリソグラフィ法、減法フォトリソグラフィ法、印刷法、マイクロコンタクト印刷法、およびパターン印刷法などによって実施することが可能である。
【００２４】
有機半導体
本発明の実施態様において、前記有機半導体層には、少なくとも１種の電子供与性基、ハロゲン原子またはそれらの組合せで置換したアセン、または、場合によっては少なくとも１種の電子供与性基、ハロゲン原子、またはそれらの組合せによって置換されていてもよい、ベンゾ環生成アセンまたはポリベンゾ環生成アセンから選択される材料を含む。前記電子供与性基は、１〜２４個の炭素原子を有する、アルキル、アルコキシ、またはチオアルコキシ基から選択する。
【００２５】
本発明のまた別な実施態様においては、有機半導体層には次式：
【化２】
2005519486.tif 000003
（式中、それぞれのＲ基は独立して、電子供与性基、ハロゲン原子、水素原子、およびそれらの組合せから選択されるが、ただしすべてのＲ基が水素であるということはなく；ｍは１、２、３、または４であり；それぞれのＲ9およびＲ10は独立してＨまたは任意のＲ基であり；そして２つの隣接したＲ基の任意の組合せが共に結合して、５個または６個の炭素の環状脂肪族または芳香族基を形成していてもよいが；ただし、Ｒ2とＲ3も、Ｒ6とＲ7も結合して６員芳香族環の一部となることはなく；そして、ｍが１の場合には、Ｒ9もＲ10も６員芳香族環の一部となることもない）
の半導体を含む。
【００２６】
アルキル−またはポリアルキル−置換アセンは、本発明で有用な、好ましいタイプの有機半導体材料である。本明細書で使用する場合、「ポリアルキル」および「ポリアルコキシ」、および「ポリベンゾ」という用語は、２つ以上のアルキル、アルコキシ、またはベンゾ基を意味する。
【００２７】
ベンゾ環生成およびポリベンゾ環生成アセンの例を、非限定的に挙げてみれば、たとえば１，２−ベンズアントラセン（ベンズ［ａ］アントラセンまたはテトラフェン）、１，２：３，４−ジベンズアントラセン（ジベンズ［ａ，ｃ］アントラセン）、１，２：５，６−ジベンズアントラセン（ジベンズ［ａ，ｈ］アントラセン）、１，２：７，８−ジベンズアントラセン（ジベンズ［ａ，ｊ］アントラセン）、１，２：３，４：５，６−トリベンズアントラセン（トリベンズ［ａ，ｃ，ｈ］アントラセン）、１，２：３，４：５，６：７，８−テトラベンズアントラセン（テトラベンズ［ａ，ｃ，ｈ，ｊ］アントラセン）、１，２−ベンゾテトラセン（ベンゾ［ａ］ナフタセン）、１，２：３，４−ジベンゾテトラセン（ジベンゾ［ａ，ｃ］ナフタセン）、１，２：７，８−ジベンゾテトラセン（ジベンゾ［ａ，ｊ］ナフタセン）、１，２：９，１０−ジベンゾテトラセン（ジベンゾ［ａ，ｌ］ナフタセン）、１，２：３，４：７，８−トリベンゾテトラセン（トリベンゾ［ａ，ｃ，ｊ］ナフタセン）、１，２：３，４：７，８：９，１０−テトラベンゾテトラセン（テトラベンゾ［ａ，ｃ，ｊ，ｌ］ナフタセン）、１，２−ベンゾペンタセン（ベンゾ［ａ］ペンタセン）、１，２：３，４−ジベンゾペンタセン（ジベンゾ［ａ，ｃ］ペンタセン）、１，２：８，９−ジベンゾペンタセン（ジベンゾ［ａ，ｌ］ペンタセン）、１，２：１０，１１−ジベンゾペンタセン（ジベンゾ［ａ，ｎ］ペンタセン）、１，２：３，４：８，９：１０，１１−テトラベンゾペンタセン（テトラベンゾ［ａ，ｃ，ｌ，ｎ］ペンタセン、１，２−ベンゾヘキサセン（ベンゾ［ａ］ヘキサセン）、およびそれらの置換誘導体などがある。さらなる例を挙げれば、アセンの２つの環にベンゾ基が付いたベンゾアセンがあり、たとえば、ジベンゾ［ｄｅ，ｑｒ］テトラセン（ジベンゾ［ｄｅ，ｑｒ］ナフタセンまたは、ナフト［２，３−ｅ］ピレン）、ゼスレン（ｚｅｔｈｒｅｎｅ）（ジベンゾ［ｄｅ，ｍｎ］ナフタセン）、ジベンゾ［ｄｅ，ｓｔ］ペンタセン、およびジベンゾ［ｄｅ，ｕｖ］ペンタセンなどである。上記の各化合物では、一般名に続けて、別名またはケミカル・アブストラクツ・サービス（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｂｓｔｒａｃｔｓ  Ｓｅｒｖｉｃｅ、ＣＡＳ）名称をカッコに入れて示している。
【００２８】
それらのアセンは、たとえば少なくとも１つのアルキル基で置換されていてもよい。アルキル基の例を、非限定的に挙げてみれば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、２−メチルヘキシル、２−エチルヘキシル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニル、ｎ−デシル、ｎ−ドデシル、ｎ−オクタデシル、および３，５，５−トリメチルヘキシルなどがある。
【００２９】
本発明において有用なアルキル−置換アセンを挙げてみれば、以下のものに限定されるわけではないが、１−メチルアントラセン、２−メチルアントラセン、１，２−ジメチルアントラセン、２，３−ジメチルアントラセン、２，３，６，７−テトラメチルアントラセン、１，２，３，４−テトラメチルアントラセン、２−エチルアントラセン、２，６−ジエチルアントラセン、２−ヘキシルアントラセン、２，６−ジヘキシルアントラセン、１−メチルテトラセン、２−メチルテトラセン、２，３−ジメチルテトラセン、２，８−ジメチルテトラセン、２，３，９，１０−テトラメチルペンタセン、２−エチルテトラセン、２，８−ジエチルペンタセン、２，９−ジエチルペンタセン、２−ヘキシルテトラセン、２−ノニルテトラセン、１−メチルペンタセン、２−メチルペンタセン、２，３−ジアルキルペンタセン、２，９−ジアルキルペンタセン、および２，１０−ジアルキルペンタセン（たとえば、２，３−ジメチルペンタセン、２，９−ジメチルペンタセン、２，１０−ジメチルペンタセン）、２−エチルペンタセン、２，１０−ジアルコキシペンタセン、２，３，９，１０−テトラアルキルペンタセン、１，４，８，１１−テトラアルコキシペンタセン、および１，２，３，４，８，９，１０，１１−オクタアルキルペンタセンなどがあるが、ここで、上記の式のそれぞれにおいてアルキル基またはアルコキシ基は、１〜２４個の炭素を有している。好適なジアルキルアセンとしては、２，６−ジアルキルアントラセン、２，８−ジアルキルテトラセン、および２，９−ジアルキルペンタセンを挙げることができる。
【００３０】
アルキル−置換アセンは各種公知の方法により調製することができる。たとえば、各種のメチル−置換アントラセン類は、Ｅ．クラール（Ｃｌａｒ）、「ポリサイクリック・ハイドロカーボンズ（Ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）」、第１巻、アカデミック・プレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）、（ロンドン、ニューヨーク）およびシュプリンガー・フェルラーク（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）、（ベルリン、ゲッチンゲン、ハイデルベルク）、１９６４年、ｐ．２９８〜２９９、表ＸＸＩＶに教示されている。その他のアルキルアントラセン類も、同じ文献の表ＸＸＩＶに記載されているのと同様の方法により調製することが可能である。
【００３１】
置換テトラセン類も各種の方法により調製可能であるが、たとえば以下の一連の反応による：１）ナフタレン−２，３−ジカルボン酸無水物とベンゼン誘導体の縮合、２）脱水による、対応するテトラセン−５，１２−キノンの合成、３）前記キノンの還元による、対応するテトラセン誘導体の合成。そのような方法を教示している文献を挙げれば、たとえば、Ｈ．ワルドマン（Ｗａｌｄｍａｎｎ）およびＨ．マチオベッツ（Ｍａｔｈｉｏｗｅｔｚ）、Ｂｅｒ．ｄｔｓｃｈ．Ｃｈｅｍ．Ｇｅｓ．、第６４巻、ｐ．１７１３（１９３１）；Ｃ．バイツマン（Ｗｅｉｚｍａｎｎ）、Ｌ．ハスケルベルク（Ｈａｓｋｅｌｂｅｒｇ）およびＴ．ベルリン（Ｂｅｒｌｉｎ）、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、ｐ．３９８（１９３９）；Ｈ．バルデマン（Ｗａｌｄｅｍａｎｎ）およびＧ．プラーク（Ｐｌａｋ）、Ｊ．ｐｒａｋｔ．Ｃｈｅｍ．、（２）、第１５０巻、ｐ．１１３、１２１（１９３８）、などがある。テトラセンのアルキル同族体の合成例を挙げると以下のようなものがある：２−メチルテトラセン（Ｅ．Ａ．クールソン（Ｃｏｕｌｓｏｎ）、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１４０６（１９３４））、５−メチルテトラセン（Ｅ．クラール（Ｃｌａｒ）およびＪ．Ｗ．ライト（Ｗｒｉｇｈｔ）、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）（Ｌｏｎｄ．）第６３巻、ｐ．９２１（１９４９））、２−イソプロピルテトラセン（Ｊ．Ｗ．クック（Ｃｏｏｋ）、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、ｐ．１４１２（１９３４））、１，６−ジメチルテトラセン（Ｌ．Ｆ．フィーザー（Ｆｉｅｓｅｒ）およびＥ．Ｂ．ヘルシュベルク（Ｈｅｒｓｈｂｅｒｇ）、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第６２巻、ｐ．４９（１９４０））、２，８−ジメチルテトラセン（Ｌ．Ｆ．フィーザー（Ｆｉｅｓｅｒ）およびＥ．Ｂ．ヘルシュベルク（Ｈｅｒｓｈｂｅｒｇ）、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第６２巻、ｐ．４９（１９４０）ならびにＥ．Ａ．クールソン（Ｃｏｕｌｓｏｎ）、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、ｐ．１４０６（１９３４））、２，９−ジメチルテトラセン（Ｅ．Ａ．クールソン（Ｃｏｕｌｓｏｎ）、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、ｐ．１４０６（１９３４））、および５，１２−ジメチルテトラセン（Ｊ．ウォルフ（Ｗｏｌｆ）、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第７５巻、ｐ．２６７３（１９５３））などがある。
【００３２】
本発明の有機半導体として有用な置換ペンタセン化合物としては、電子供与性置換基（たとえば、アルキル、アルコキシ、チオアルコキシ）、ハロゲン置換基、およびそれらの組合せからなる群より選択される、少なくとも１つの置換基を含む化合物が挙げられる。有用な置換ペンタセンを非限定的に挙げてみれば、２，９−ジアルキルペンタセンおよび２，１０−ジアルキルペンタセン、２，１０−ジアルコキシペンタセン、２，３，９，１０−テトラアルキルペンタセン、および１，４，８，１１−テトラアルコキシペンタセンなどがあるが、ここで前記式の中のそれぞれのアルキルまたはアルコキシ基は、１〜２４個の炭素を有している。そのような置換ペンタセンについては、同時係属中の出願、米国特許出願第０９／９６６，９５４号明細書（代理人整理番号第５７０８７ＵＳ００２、出願日２００１年９月２６日）および米国特許出願第０９／９６６，９６１号明細書（代理人整理番号第５７０８８ＵＳ００２、出願日２００１年９月２６日）に教示がある。
【００３３】
ベンゾ環生成およびポリベンゾ環生成アセンについてのさらに詳細なことはたとえば、サンダー（Ｓａｎｄｅｒ）およびワイゼ（Ｗｉｓｅ）によるＮＩＳＴ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  ９２２「ポリサイクリック・アロマティック・ハイドロカーボン・ストラクチャー・インデックス（Ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ  Ａｒｏｍａｔｉｃ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｉｎｄｅｘ）」（Ｕ．Ｓ．  Ｇｏｖｔ．Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  Ｏｆｆｉｃｅ、１９９７）に見いだすことができる。
【００３４】
本明細書で使用する場合、ペンタセンの場合に使用する番号列は以下の構造に例示される。
【化３】
2005519486.tif 000004
そのような化合物における置換基の位置は一般に、その置換基が結合されている炭素原子の番号に関連させて特定される。置換基が示されていない場合には、それぞれの番号の炭素原子には水素原子が１つ結合している。
【００３５】
本発明において有用な置換ペンタセン半導体は、以下の工程を含むプロセスによって調製することが可能である：（１）少なくとも１種の置換ベンゼン（より具体的には、水素に結合した少なくとも２つの隣接した環の炭素原子を有する、少なくとも１種のモノ−、ジ−、トリ−、またはテトラ−置換したベンゼン）とピロメリット酸二酸無水物（またはその誘導体）とを、ルイス酸（たとえばＡｌＣｌ3）の存在下でフリーデル・クラフツ反応により結合させて、置換ビス（ベンゾイル）フタル酸を得る工程；（２）前記置換ビス（ベンゾイル）フタル酸を還元して、対応する置換ビス（ベンジル）フタル酸を得る工程；（３）前記置換ビス（ベンジル）フタル酸を環化させて、対応する置換ペンタセンジオンを得る工程；（４）前記置換ペンタセンジオンを還元させて、対応する置換ペンタセンジオールを得る工程；および（５）前記置換ペンタセンジオールを脱水させて、対応する置換ペンタセンを形成させる工程。本明細書で使用する場合、「フタル酸」という用語は、テレフタル酸（１，４−ベンゼンジカルボン酸）、イソフタル酸（１，３−ベンゼンジカルボン酸）、およびそれらの組合せを指す。
【００３６】
少なくとも１種の置換ベンゼンをピロメリット酸二酸無水物（ベンゼン−１，２，４，５−テトラカルボン酸二酸無水物）またはその誘導体（たとえば、ジメチル２，５−ビス（クロロカルボニル）テレフタレート）と結合させて、置換ビス（ベンゾイル）フタル酸を形成させる工程は、次式の一般的なスキームで表すことができる：
【化４】
2005519486.tif 000005
ここでそれぞれのＲ（すなわち、基Ｒ1〜Ｒ8までのそれぞれ）は、独立して電子供与性基、ハロゲン原子、水素原子、およびそれらの組合せからなる群より選択される。それぞれのＲを、独立して、アルキル基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、ハロゲン原子、水素原子、およびそれらの組合せから選択するのが好ましい。それぞれのＲを、独立して、アルキル基、アルコキシ基、水素原子、およびそれらの組合せから選択するのがより好ましい。それぞれのＲを、独立して、アルキル基または水素原子であるのがさらにより好ましい。それぞれのＲが、独立して、メチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ノニル、ｎ−ドデシル、ｎ−オクタデシル、ｓｅｃ−ブチル、３，５，５−トリメチルヘキシル、２−エチルヘキシル、または水素原子であれば、最も好ましい。Ｒ2とＲ6（またはＲ2とＲ7）が水素以外の部分（ｍｏｉｅｔｙ）であり、Ｒ基の残りが水素であれば好ましい。さらに、Ｒ2とＲ6が置換ビス（ベンゾイル）テレフタル酸における水素以外の部分であるのが好ましく、またＲ2とＲ7が置換ビス（ベンゾイル）イソフタル酸における水素以外の部分であるのが好ましい。
【００３７】
このタイプの反応（求電子性芳香族置換反応）は公知であって、たとえば以下の文献に記載されている。ディースバッハ（Ｄｉｅｓｂａｃｈ）およびシュミット（Ｓｃｈｍｉｄｔ）、Ｈｅｌｖ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ、第７巻、ｐ．６４８（１９２４）；ミルズ（Ｍｉｌｌｓ）およびミルズ（Ｍｉｌｌｓ）、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第１０１巻、ｐ．２２００（１９１２）；  フィリッピ（Ｐｈｉｌｉｐｐｉ）、Ｍｏｎａｔｓｈｅｆｔｅ  ｆｕｅｒ  Ｃｈｅｍｉｅ、第３２巻、ｐ．６３４（１９１１）；フィリッピ（Ｐｈｉｌｉｐｐｉ）およびセカ（Ｓｅｋａ）、Ｍｏｎａｔｓｈｅｆｔｅ  ｆｕｅｒ  Ｃｈｅｍｉｅ、第４３巻、ｐ．６１５（１９２２）；フィリッピ（Ｐｈｉｌｉｐｐｉ）およびアウスレンダー（Ａｕｓｌａｅｎｄｅｒ）、Ｍｏｎａｔｓｈｅｆｔｅ  ｆｕｅｒ  Ｃｈｅｍｉｅ、第４２巻、ｐ．１（１９２１）；マシェック（Ｍａｃｈｅｋ）、Ｍｏｎａｔｓｈｅｆｔｅ  ｆｕｅｒ  Ｃｈｅｍｉｅ、第５６巻、ｐ．１３０（１９３０）。この反応は、不活性溶媒とアミン塩基の存在下で実施するのが好ましく、それによって、反応混合物を液状に保ち、反応の際に芳香族環上の置換基が転位する程度を抑制することが可能となる。有用な不活性溶媒の例を挙げれば、１，２−ジクロロエタン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、二硫化炭素、ニトロベンゼン、およびニトロメタンなどがある。有用なアミン塩基の例としては、３級アミン、たとえばトリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン（ＤＡＢＣＯ）などが挙げられる。必要に応じて、その反応混合物を撹拌および／または加熱してもよい。
【００３８】
置換ビス（ベンゾイル）フタル酸を調製するために使用可能な置換ベンゼンの代表例を挙げてみれば、モノ−およびジアルコキシベンゼン；モノ−およびジチオアルコキシベンゼン；モノ−およびジハロベンゼン；およびモノ−、ジ−、トリ−、およびテトラアルキルベンゼン（たとえば、トルエン、ヘキシルベンゼン、ノニルベンゼン、ドデシルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｐ−キシレン、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン、３，５，５−トリメチルヘキシルベンゼン、２−エチルヘキシルベンゼン、および１，２，３，４−テトラメチルベンゼン）などがある。
【００３９】
それとは別な方法で、ピロメリット酸二酸無水物またはその誘導体と、置換芳香族有機金属反応剤（たとえば、アリールマグネシウムハライドまたはアリールリチウム化合物）とを反応させて、置換ビス（ベンゾイル）フタル酸を調製することも可能である。
【００４０】
得られた置換ビス（ベンゾイル）フタル酸は、当業者公知の還元方法を用いて還元して、対応する置換ビス（ベンジル）フタル酸とすることができる。たとえば、以下に示すように、亜鉛と水酸化アンモニウム水溶液（撹拌するのが望ましい）使用するか、または、たとえば、パラジウムまたは白金／カーボンを使用してたとえば約２〜３気圧で接触水素化するか、のいずれかにより還元を実施することが可能である（接触水素化によるのが好ましく、パラジウム／カーボンを用いた接触水素化がより好ましい）：
【化５】
2005519486.tif 000006
ここでそれぞれのＲ（すなわち、基Ｒ1〜Ｒ8のそれぞれ）は、スキームＡで先に定義したものである。場合によっては、還元反応を実施する前に、当業者により常用される方法（たとえば、再結晶、すりつぶし（ｔｒｉｔｕｒａｔｉｏｎ）またはクロマトグラフィ）を用いて、置換ビス（ベンゾイル）テレフタル酸を置換ビス（ベンゾイル）イソフタル酸から分離しておくことも可能である（あるいは別な方法として、得られる置換ビス（ベンジル）フタル酸異性体を後で分離することもできる）。
【００４１】
このプロセスの環化工程は、置換ビス（ベンジル）フタル酸を分子内フリーデル・クラフツ環化反応させることによって実施することが可能で、それにより対応する置換ペンタセンジオン（置換７，１４−ジヒドロペンタセン−５，１２−ジオンおよび置換ペンタセン−５，７（１２Ｈ，１４Ｈ）−ジオン；以後「５，１２−ジオン」および「５，７−ジオン」と呼ぶ）を形成される。
【００４２】
酸触媒を使用したフリーデル・クラフツ環化反応を用いて環状ケトンを形成させることは文献類にも公知で、たとえば、プレマセイジャー（Ｐｒｅｍａｓａｇａｒ）ら、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、第４６巻（第１４号）、ｐ．２９７４（１９８１）；アレン（Ａｌｌｅｎ）ら、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ、第３３巻（第１６号）、ｐ．２０８３（１９７７）；およびヒューリン（Ｈｕｌｉｎ）ら、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、第４９巻、ｐ．２０７（１９８４）に記載されている。それらの反応は一般に、約０℃〜１００℃で、強酸たとえば、濃硫酸、発煙硫酸、ポリリン酸または無水フッ化水素酸などの存在下で、実施することができる。たとえば、非置換のビス（ベンゾイル）フタル酸は、濃硫酸と共に１００℃で数時間加熱することによって、対応するテトロンとなる。
【００４３】
しかしながら、置換ビス（ベンゾイル）フタル酸と置換ビス（ベンジル）フタル酸はいずれも通常は、そのような条件下では反応しない。これらの置換化合物の分子内フリーデル・クラフツ環化反応は一般に、このタイプの反応に典型的に使用される強酸を用いても、進行させることが容易ではないと考えられる。しかしながら、置換ビス（ベンジル）フタル酸から対応する置換ペンタセンジオンを形成させるフリーデル・クラフツ環化反応は、トリフルオロメタンスルホン酸を含む酸組成物を使用することによって、たとえば以下に示すように、進行させることが可能であることが見いだされた：
【化６】
2005519486.tif 000007
ここでそれぞれのＲ（すなわち、基Ｒ1〜Ｒ8のそれぞれ）は、上述の式ＩＩで先に定義したものであるが、そこでの説明では、Ｒ2とＲ6が置換５，１２−ジオンにおける水素以外の部分であるのが好ましい（またＲ2とＲ7が置換５，７−ジオンにおける水素以外の部分である）。
【００４４】
この環化反応は、室温でも実施できるが、場合によっては加温（たとえば約２０℃〜６０℃の温度範囲）してもよく、また反応混合物を撹拌するのが好ましい。トリフルオロメタンスルホン酸は単独で使用してもよいが、たとえば、トリフルオロ酢酸、またはトリフルオロメタンスルホン酸よりも高分子量のペルフルオロアルカンスルホン酸、またはトリフルオロメタンスルホン酸とは反応しない中性の溶媒（たとえば、炭化水素溶媒、塩素化溶媒たとえば塩化メチレンまたはフッ素化溶媒）またはルイス酸（たとえば、五フッ化アンチモン）などと組み合わせて使用してもよい。
【００４５】
得られる置換ペンタセンジオンを、還元、脱水して対応する置換ペンタセンを得ることができる。たとえば、下記に示すように、たとえば水素化ホウ素ナトリウム還元法を使用することで通常良好な収率が得られる：
【化７】
2005519486.tif 000008
ここでそれぞれのＲ（すなわち、基Ｒ1〜Ｒ8のそれぞれ）は、上記の反応スキームＣで定義したものである。
【００４６】
溶媒たとえばアルコール（類）またはエーテル（類）（好ましくはジグライム）またはそれらの組合せの中で、前記ジオンを水素化ホウ素ナトリウムと処理し、好ましくは、メタノールをさらに添加し、次いで追加の水素化ホウ素ナトリウムを用いて処理することによって、対応する置換ジオールが得られる。次いでこのジオールを、酸（たとえば、塩酸）を用い、好ましくは加熱（たとえば、約５０℃〜６０℃に加熱）および撹拌しながら処理して、脱水することによって、置換ペンタセンが得られる。好適な酸としては、たとえば、酢酸、リン酸、塩酸、硫酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、トリフルオロ酢酸、およびトリフルオロメタンスルホン酸などが挙げられる。場合によっては、このジオールをまず酢酸のような弱酸で処理した後で、塩酸のようなより強い酸で処理することもできる。
【００４７】
ベンゾアセンは、どのような公知の方法によって調製してもよいが、たとえば、Ｅ．クラール（Ｃｌａｒ）、「ポリサイクリック・ハイドロカーボンズ（Ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）」第１巻、アカデミック・プレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）、（ロンドン、ニューヨーク）およびシュプリンガー・フェルラーク（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）、（ベルリン、ゲッチンゲン、ハイデルベルク）、１９６４年のｐ．４３６〜４４６には、１，２−ベンゾペンタセンおよび１，２：３，４−ジベンゾペンタセンについての記載がある。
【００４８】
必要があれば、得られた置換アセンを、標準的な方法たとえば、再結晶、昇華、すりつぶし、連続抽出、クロマトグラフィまたはそれらの組合せを用いて、１回または数回精製することも可能である。昇華によって精製することが可能であるが、その場合、３帯域炉（たとえば、サーモリン（Ｔｈｅｒｍｏｌｙｎｅ）７９５００型管状炉、アイオワ州ダビューク（Ｄｕｂｕｑｕｅ、Ｉｏｗａ）のバーンステッド・サーモリン（Ｂａｒｎｓｔｅａｄ  Ｔｈｅｒｍｏｌｙｎｅ）から入手可能）を使用して、減圧下、窒素ガスを一定流量で流しながら実施する。
【００４９】
有機半導体層は本発明のＯＴＦＴ中に、各種有用な手段、たとえば気相成長法、スピンコート法、および転写法を含む印刷法を用いて、提供することができる。
【００５０】
自己組織化単分子層
自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に介在させる。この単分子層は、ゲート絶縁膜と自己組織化単分子層の前駆体との間の反応の生成物である。
【００５１】
自己組織化単分子層の前駆体は、自己組織化層、典型的には単分子層を目的の表面上に形成させるための分子を提供する。自己組織化薄層は通常、対象とする基板を自己組織化前駆体の希薄溶液でコーティングするか、または前駆体を含む蒸気相に暴露させて、層の形成を促進させることによって得られる。前駆体分子が基板の上に分子層を形成し、その反応性基が絶縁体表面に結合する。この層は一端形成されれば、それが析出してきた溶媒に再溶解することはない。
【００５２】
単分子層の形成とは独立して、ゲート絶縁膜に対する吸着または結合反応と競合する可能性のある架橋を形成するような材料たとえば、３官能シランなどは、一般に、本発明の単分子層前駆体としては望ましくない。しかしながら、ゲート絶縁膜との結合に効果のある官能基を有し、ＳＡＭを形成させた後で架橋することが可能な他の基を有しているような材料は、使用することができる。
【００５３】
この単分子層前駆体には、次式の組成物が含まれる：
Ｘ−Ｙ−Ｚn
ここでＸはＨまたはＣＨ3であり；
Ｙは、直鎖状もしくは分枝状のＣ5〜Ｃ50脂肪族もしくは環状脂肪族の結合基、または直鎖状もしくは分枝状のＣ8〜Ｃ50の芳香族基を含有する基およびＣ3〜Ｃ44の脂肪族もしくは環状脂肪族結合基であり；
Ｚは、−ＰＯ3Ｈ2、−ＯＰＯ3Ｈ2、ベンゾトリアゾリル（−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルカルボニルオキシ（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルオキシ（−Ｏ−Ｃ6Ｈ4Ｎ3）、ベンゾトリアゾリルアミノ（−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；そして、
ｎは１、２、または３であるが、ただしＺが−ＳｉＣｌ（ＣＨ3）2または−ＳｉＣｌ2ＣＨ3である場合にはｎ＝１である。
【００５４】
本明細書においては、各種ゲート絶縁膜と自己組織化単分子層前駆体中での官能基との間の反応は、結合相互作用（たとえば共有性またはイオン性の）であるのが好ましい。本明細書においては、自己組織化単分子層とは、厚みが約５オングストローム（Å）〜約３０Åの程度の単分子層を指す。
【００５５】
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よく、それらのそれぞれは直鎖状であってもまたは分枝状であってもよい。
【００５６】
単分子層前駆体は、５〜５０個、より好ましくは６〜２４個の炭素原子を含む直鎖状または分枝状のホスホノアルカンを含んでいるのがよい。この単分子層前駆体は次式：
ＣＨ3−（ＣＨ2）m−ＰＯ3Ｈ2
（式中、ｍは４〜２１の整数である）
の組成物を含むことができる。
【００５７】
単分子層前駆体の具体的な例を挙げれば、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がある。
【００５８】
本発明を実施するのに有用な分枝状炭化水素タイプの単分子層前駆体の１例が１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンである。このタイプの別な例を挙げれば、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がある。１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンは、市販されているアリル系アルコール前駆体から調製することができ、アルケンの二重結合を還元し、アルコールを対応するブロミドに転化させ、次いでそのブロミドを対応するホスホン酸に転化させる。より具体的には、１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカンは、３，７，１１，１５−テトラメチル−２−ヘキサデセン−１−オールを還元して３，７，１１，１５−テトラメチル−１−ヘキサデカノールとし、その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転化させ、次いでその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転化させることによって得ることができる。これらの合成転化反応は、当業者には周知の原料と方法を使用することによって実施される。３，７，１１，１５−テトラメチル−２−ヘキサデセン−１−オールとは異なる出発原料を使用し、上述とは異なる個々の反応順序を用いても、１−ホスホノ−３，７，１１，１５−テトラメチルヘキサデカン、さらにはこのタイプの分枝状の炭化水素の単分子層前駆体や具体的に例示した単分子層前駆体を合成することができるので、調製方法が限定的であると不当に受け取るべきではない。
【００５９】
自己組織化単分子層前駆体は各種公知の方法を用いて、ゲート絶縁膜の上に配することができる。たとえば前駆体は、スプレーコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、グラビアコーティング、マイクロコンタクト印刷法、インクジェット印刷法、スタンプ法、転写法、および気相成長法などのプロセスによって、配することができる。この自己組織化単分子層前駆体を、ゲート絶縁膜表面と相互に作用させる。この相互作用または反応は、瞬時に起こさせてもよいしまたは時間をかけてもよいが、後者の場合温度を上げることによって所要時間を短縮させることも可能である。この自己組織化単分子層前駆体の溶液をゲート絶縁膜層の上に配する場合には、その溶媒を、対象としている材料に適合した方法、たとえば加熱によって除去する。有機半導体を析出させる前に、典型的には、過剰の単分子層前駆体はすべて洗い流しておく。好ましい実施態様においては、このＳＡＭは、前駆体を塗布し、加熱し、さらなる処理をすることなく洗浄することから実質的になる工程により、配することができる。
【００６０】
１つの実施態様において、単分子層前駆体を配するより前に、ソース電極およびドレイン電極をゲート絶縁膜に近接させて配する。次いで単分子層前駆体を配する。自己組織化単分子層ができあがったら、有機半導体層を、ソース電極およびドレイン電極の上、およびゲート絶縁膜に近接した自己組織化単分子層の上に配する。
【００６１】
本発明の有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）には、公知の有機薄膜トランジスタよりも１つまたは複数の利点がある。それらの利点は、たとえば、電荷キャリア移動度においても明らかである。本発明によって製造したものではなく、そのため本発明の自己組織化単分子層は有さないがその他では構造上の要点はほぼ同様の比較用ＯＴＦＴよりも、本発明は良好な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、本発明のＳＡＭを持たないこと以外ではあらゆる点で同等の比較用ＯＴＦＴの電荷キャリア移動度よりも、好ましくは少なくとも約２５％良好、より好ましくは少なくとも約５０％良好、いくつかの実施態様においては少なくとも約１００％良好な電荷キャリア移動度を有する。その他のＯＴＦＴとして性質は望ましい範囲にとどめながら、このような電荷キャリア移動度における改良を得ることができる。たとえば、しきい値電圧を約２５から−２５Ｖの間、サブスレッショルド勾配を約１０Ｖ／ｄｅｃ未満（絶対値）、そしてオンオフ比を少なくとも約１０4としながら、上述の改良が得られる。
【００６２】
より具体的には、有機半導体として置換ペンタセンを含む実施態様において、本発明は、電荷キャリア移動度が少なくとも約０．２ｃｍ2／Ｖｓ、より好ましくは少なくとも０．５ｃｍ2／Ｖｓ、さらにより好ましくは少なくとも約１．０ｃｍ2／ＶｓであるＯＴＦＴを提供する。本発明のいくつかの実施態様においては、電荷キャリア移動度が２．０ｃｍ2／Ｖｓよりも高い。
【００６３】
本発明の１つの実施態様では、しきい値電圧が約−２５から２５Ｖの間、好ましくはしきい値電圧が約０から−１０Ｖの間、より好ましくは約０から−５Ｖの間のｐ−型半導体ＯＴＦＴが提供される。
【００６４】
本発明は、サブスレッショルド勾配が約１０Ｖ／ｄｅｃ（絶対値）未満、好ましくはサブスレッショルド勾配が約５Ｖ／ｄｅｃ（絶対値）未満、より好ましくは約２Ｖ／ｄｅｃ（絶対値）未満のＯＴＦＴを提供する。本発明は、オンオフ比が少なくとも約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、さらにより好ましくは少なくとも約１０6のＯＴＦＴを提供する。
【００６５】
それらの性質を各種組み合わせることが可能である。たとえば、本発明の１つの実施態様においては、そのｐ−型半導体ＯＴＦＴは、電荷キャリア移動度が少なくとも約１ｃｍ2／Ｖｓ、しきい値電圧が負、サブスレッショルド勾配が約５Ｖ／ｄｅｃ未満、オンオフ比が少なくとも約１０5である。
【００６６】
ＯＴＦＴの製造方法
本発明は薄膜トランジスタを製造する方法をさらに提供するが、それに含まれる工程は、（ａ）基板を提供する工程；（ｂ）前記基板の上にゲート電極材料を提供する工程；（ｃ）前記ゲート電極材料の上にゲート絶縁膜を提供する工程；（ｄ）前記ゲート絶縁膜に近接する自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を提供する工程であって、前記単分子層はゲート絶縁膜と自己組織化単分子層の前駆体との間の反応生成物であり、前記前駆体には前記式Ｘ−Ｙ−Ｚnを有する組成を含む工程；（ｅ）前記単分子層の上に、上述のようにして有機半導体層を適用する工程；および（ｆ）前記有機半導体層に接触させてソース電極およびドレイン電極を提供する工程、である。
【００６７】
この有機半導体層を配するのは、薄膜トランジスタ物品のところで述べたように、ソース電極およびドレイン電極の上であってもまたは下であってもよい。本発明はさらに、前述のプロセス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。
【００６８】
本発明は、上述のように複数のＯＴＦＴを提供することを含む集積回路の製造方法も提供する。したがって本発明は、上述のＯＴＦＴを１つまたは複数含む物品において具体化される。そのような物品の例を挙げれば、たとえば、高周波識別タグ、アクティブマトリックスディスプレイのためのバックプレーン、スマートカード、記憶デバイスなどがある。本発明のＯＴＦＴを含むデバイスにおいては、そのようなＯＴＦＴは当業者公知の手段によって効果的に接続される。
【００６９】
本発明の薄膜トランジスタまたは集積回路を製造するためのプロセスはすべて、基板の最高温度が約４５０℃未満、好ましくは約２５０℃未満、より好ましくは約１５０℃未満、さらにより好ましくは約７０℃未満、またはさらにはほぼ室温（約２５℃）程度の温度で実施することができる。本明細書に含まれる本発明についての知識が与えられれば、この温度の選定は一般に、基板と当業者公知の加工パラメータによって決めることができる。それらの温度は、従来からの集積回路および半導体加工温度よりはかなり低く、そのため、各種の安価な基板、たとえばフレキシブルなポリマー基板などを使用することが可能となる。このようにして、本発明によって、顕著に改良された性能を有する有機薄膜トランジスタを含む、比較的安価な集積回路を製造することが可能となる。
【００７０】
本発明の目的と利点を以下の実施例でさらに説明するが、それらの実施例に記載されている特定の材料やそれらの量、さらには他の条件や詳細が、本発明を限定するものと不当に考えてはならない。
【実施例】
【００７１】
試験方法
Ａ．フィルム厚み
単一波長エリプソメトリ法を用いて、表面処理有機膜の厚みの推定値を得た。基板のプサイおよびデルタの値（ΨsおよびΔs）は、ゲルトナー・デュアル・モード・オートマチック・エリプソメータ（Ｇａｅｒｔｎｅｒ  Ｄｕａｌ  Ｍｏｄｅ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）Ｌ１１６Ａ型（イリノイ州スコーキー（Ｓｋｏｋｉｅ、ＩＬ）のゲルトナー・カンパニー（Ｇａｅｒｔｎｅｒ  Ｃｏ．）製）を使用して、入射角７０度、波長６３２．８ｎｍで、清浄化した基板から得た。膜を基板に適用し、その膜の値（ΨfおよびΔf）を測定した。
【００７２】
エリプソメトリ法モデル化ソフトウェアのＷＶＡＳＥ３２（ネブラスカ州リンカーン（Ｌｉｏｎｃｏｌｎ、ＮＥ）のＪ．Ａ．ウーラム・インコーポレーテッド（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ、Ｉｎｃ．）製）を使用して、Ｓｉの上の１０ÅのＳｉＯ2の上の１５００ÅのＡｌ2Ｏ3からなる光学モデルを作った。ＳｉＯ2層およびＳｉ層には、（ソフトウェア内に含まれている）典型的な光学定数を当てはめた。あてはめ（ｆｉｔ）の際の浮動変数（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｖａｒｉａｂｌｅ）は、Ａｌ2Ｏ3の厚み（ｄ）と屈折率（ｎ）であった。シード値（ｓｅｅｄ  ｖａｌｕｅ）１５００Åとｎ＝１．７７を使用した。典型的な最終のあてはめ値は１４００Åから１７００Åの間、ｎは１．５６から１．６０の間であった。
【００７３】
ΨsとΔsをいったん当てはめ、次いで浮動変数（ｄAl2O3およびｎAl2O3）を固定した。有機層を光学モデルの、空気層と絶縁層との間に加えた。この層の厚みは変数としたが、屈折率は１．４６に固定した。次いでその層の厚みを変化させて、ΨfおよびΔfにベストフィットするようにした。この有機層の厚みを、自己組織化単分子層の厚みとして記録した。
【００７４】
さらに詳しくは、ライビニス（Ｌａｉｂｉｎｉｓ）ら「コンパリソン・オブ・ザ・ストラクチャーズ・アンド・ウェッティング・プロパティーズ・オブ・セルフ−アセンブルド・モノレイヤーズ・オブ・ノーマル−アルカンチオールズ・オン・ザ・コインネッジ・メタル・サーフェシズ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ（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．、第１１３巻、ｐ．７１５２〜６７、１９９１年を参照されたい。
【００７５】
Ｂ．薄膜トランジスタの性能
トランジスタ性能は、当業者には公知の技術を用いて室温空気中で試験したが、この技術はたとえば、Ｓ．Ｍ．スゼ（Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ）「フィジックス・オブ・セミコンダクター・デバイシズ（Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」（ニューヨークのジョン・ワイリー・アンド・ソンズ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ））、１９８１年、ｐ．４４２に記載されている。半導体パラメータ・アナライザ（４１４５Ａ型、カリフォルニア州サン・ホセ（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ、ＣＡ）のヒューレット・パッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ）製）を使用して、以下の結果が得られた。
【００７６】
ドレイン電流（Ｉd）の平方根を、ソース・ドレイン・バイアス（Ｖd）を−４０Ｖ一定として、＋１０Ｖ〜−４０Ｖに変化させたゲート・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、ゲート絶縁膜の固有静電容量、チャネル幅およびチャネル長を使用して、曲線の直線部分から計算した。この直線フィットのｘ軸への外挿をしきい値電圧（Ｖt）とした。さらに、ＩdをＶgの関数としてプロットして曲線を作り、Ｖtを含む曲線の部分にそって、直線フィットを引いた。この直線の勾配の逆数がサブスレッショルド勾配（Ｓ）である。Ｉd−Ｖg曲線の最小電流値と最大電流値との間の差をオンオフ比とした。
【００７７】
材料
単分子層前駆体
自己組織化単分子層前駆体、１−ホスホノヘキサデカン（ＣＨ3−（ＣＨ2）15−ＰＯ3Ｈ2）は、マサチューセッツ州チェルムスフォード（Ｃｈｅｌｍｓｆｏｒｄ、ＭＡ）のオリザ・ラボラトリーズ（Ｏｒｙｚａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）から購入した。
【００７８】
購入したままのホスホン酸には残存エチルエステルが含まれているので、その原料を、当業者公知の方法により、塩酸水溶液中で１００℃で残存エステルを加水分解し、次いでヘプタンからホスホン酸を再結晶させることにより、精製した。
【００７９】
有機半導体
２，９−ジメチルペンタセンは、米国特許出願第０９／９６６，９６１号明細書（出願日２００１年９月２７日）の記載に従って調製し、流動ガス（４容積％の水素を含む窒素、３０〜３５ｃｍ3／秒）存在下で、最高温度３００℃、圧力約０．６７ＭＰａの条件でさらに精製した。昇華した原料を集め、それ以上精製することはせずに使用した。
【００８０】
基板
単結晶＜１００＞配向ケイ素ウェーハは、カリフォルニア州サン・ホセ（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ、ＣＡ）のシリコン・バレー・マイクロエレクトロニクス（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖａｌｌｅｙ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）から入手したもので、それぞれのウェーハフロント上に化学気相成長法によって１５００Åのアルミナ層が蒸着され、それぞれのウェーハの裏側上に５０００Åのアルミニウム金属層が蒸着されている。有機薄膜トランジスタをこの基板材料を用いて調製した場合、アルミニウムで覆ったドープされたウェーハがゲート電極として機能し、アルミニウム酸化物がゲート絶縁膜として機能した。
【００８１】
実施例１および比較例Ｃ１
上述のケイ素ウェーハ基板を、ＵＶ／オゾンチャンバ（自製、短波長ＵＶ）中で５分間暴露させることにより、清浄化させた。次いで、単分子層前駆体（１−ホスホノヘキサデカン）をスピンコート法を用いて基板のアルミナ表面に適用したが、前駆体の無水エタノール中０．１重量パーセント溶液を使用し、３００ｒｐｍで５秒、次いで２０００ｒｐｍで１５秒の条件を用いた。こうしてコーティングした基板を次いで、真空ホットプレート上で１５０℃、３分間加熱し、きれいなエタノールで洗浄し、窒素気流中で乾燥させた。その結果、基板のアルミナ層の上に厚み１９Å（上記に従って測定）の自己組織化単分子層が得られた。単分子層の存在しない対照の基板を調製したが、その場合上述のケイ素ウェーハ基板を、アセトン、メタノール、２−プロパノール、水の順で洗浄し、窒素気流中で乾燥させ、ホットプレート上で１００℃で３分間加熱し、チャンバ（自製、短波長ＵＶ）中で１５分間ＵＶ／オゾンに暴露させる処理を行った。
【００８２】
精製した２，９−ジメチルペンタセンを、上記の自己組織化単分子層を作った表面の上、および対照の基板のアルミナ表面の上に、真空下で加熱蒸発法により（約１．３３×１０-4Ｐａ、ソース温度約２８５〜３００℃）析出させたが、その速度は０．５Å／秒で、水晶ミクロ天秤で測定して６００Åの厚みにした。次いで得られた２，９−ジメチルペンタセン層の上に、金製のソース電極およびドレイン電極を、真空中加熱蒸発法により析出させた。自己組織化単分子層無し（比較例Ｃ１）および有りの数百の有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）を、この方法で調製したが、そのチャネル長は３０〜７０μｍ、幅は１０００μｍであった。
【００８３】
代表的なサンプルで、自己組織化単分子層を有する６つのＯＴＦＴと、単分子層を有さない４つのＯＴＦＴについて、上記のようにしてデバイス性能を試験した。その平均値を下記の表１に示す。
【００８４】
【表１】
2005519486.tif 000009
【００８５】
表１の結果から、自己組織化単分子層が有ってその上に２，９−ジメチルペンタセン層を形成させると、得られるＯＴＦＴの電荷キャリア移動度が、単分子層なしのＯＴＦＴ（比較例Ｃ１）の場合に比較して、顕著に増加することがわかる。
【００８６】
本発明の範囲および原理から逸脱することなく、本発明に各種の修正や変更を与えうることは当業者には明らかであろうし、本発明は先に述べてきた説明のための実施態様によって不当に限定されるものではないことは理解すべきである。
【国際調査報告】
2005519486.tif 000012
2005519486.tif 000013
2005519486.tif 000014
2005519486.tif 000015
2005519486.tif 000016