(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子量が２００以上２０００以下の下記一般式（ＩＩＩ）で表される化合物を用いた電界効果トランジスタ。
【化１】
0004736352.tif 000014
（式中、Ｑ1及びＱ2はそれぞれ独立して１ヶ所以上がハロゲン原子で置換されているベンゼン、ナフタレン、アントラセン、キノリン又はピリジンを表し、Ｒ1はナフタレン、ア
ントラセン又はペリレンを表す。Ｑ1及びＱ2がそれぞれ連結基と一緒になって形成している環Ａ及びＤは５員環であり、Ｒ1が連結基と一緒になって形成している環Ｂ及びＣは６
員環である。ＸはＯ原子を表す。）  
【請求項２】
前記Ｑ1及びＱ２がそれぞれ独立して１ヶ所以上がハロゲン原子で置換されているベン
ゼンであり、Ｒ1がナフタレン又はペリレンである請求項１の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
一般式（ＩＩＩ）で表される化合物が、下記化合物２又は４である請求項２の電界効果トランジスタ。
【化２】
0004736352.tif 000015
【請求項４】
分子量が２００以上２０００以下の下記一般式で表される化合物を用いた電界効果トランジスタ。
【化３】
0004736352.tif 000016
（式中、ｎは１〜１０である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果トランジスタ等に利用できる有機電子材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタに用いられる有機半導体材料は、これまで各種検討がなされており、例えばｐ型有機半導体材料としては導電性高分子化合物、共役高分子化合物といった高分子化合物、又は、低分子化合物を利用したものが知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。
またこのうちで高分子化合物を利用する場合は、高分子化合物そのものを半導体として用いているもの、ドーパントの共存下でスイッチングを行うもの等の試みがあるが、この様な高分子化合物を利用した半導体材料は、混合高分子材料であるために、精製が困難なこと、製膜時に構造の不完全部分に由来する欠陥が生じてしまうこと、酸化電位が下がり酸化されやすくなりやすいこと等から、十分に高性能でかつ安定性の良好な材料は見出されていない。
【０００３】
一方、ｎ型有機半導体材料としては、非特許文献２にイミダゾール環を有する高分子ラダーポリマーが示されている。しかし、前述したような高分子材料を用いることに対しての難点に加え、用いることのできる溶媒が非常に限られており製膜に問題があること、精製法に制限があり高純度の材料を得ることが難しい等の問題点もあり、安定的に高い特性を示す材料が得られないという問題点がある。
【０００４】
又、低分子化合物を用いたｎ型有機半導体材料としては、ペリレンテトラカルボン酸無水物およびそのジイミド誘導体に基づいた染料、フラーレン(C60) 、フッ素化銅フタロシアニンが知られているが、化合物の安定性、移動度、蒸着法の制限等の問題があり、実用性の面で十分な特性を有するものがあるとは言いがたい。（特許文献３及び非特許文献１参照）
【特許文献１】特開昭６１−２０２４６９号公報
【特許文献２】特許２９８４３７０号公報
【特許文献３】特開２０００−３０７１７３
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ４０４，４７８（２０００）
【非特許文献２】Ｂａｂｅｌ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍ．Ｂ．  １０６巻，  ６１２９（２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、電子移動度や相補形回路の製造、プロセス効率などの改善した特性を示すＴＦＴのために、ｎチャンネル有機半導体の開発の必要性があるが、未だ実用性の高い材料は得られていない。本発明はこのような材料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】
【０００６】
上記課題に対し、本発明者は鋭意検討の結果、特定複素環化合物がｎ型半導体としてト
ランジスタ素子に応用できることを見出し、本発明に至った。すなわち本発明の要旨は、分子量が２００以上２０００以下の下記一般式（ＩＩＩ）で表される化合物を用いた電界効果トランジスタ、 
【０００７】
【化４】
0004736352.tif 000002
【０００８】
（式中、Ｑ1及びＱ2はそれぞれ独立して１ヶ所以上がハロゲン原子で置換されているベンゼン、ナフタレン、アントラセン、キノリン又はピリジンを表し、Ｒ1はナフタレン、ア
ントラセン又はペリレンを表す。Ｑ1及びＱ2がそれぞれ連結基と一緒になって形成している環Ａ及びＤは５員環であり、Ｒ1が連結基と一緒になって形成している環Ｂ及びＣは６
員環である。ＸはＯ原子を表す。）又は、下記一般式で表される化合物を用いた電界効果トランジスタ、
【化５】
0004736352.tif 000003
（式中、ｎは１〜１０である。）に存する。  
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、分子量２０００以下の一般式（Ｉ）で表される化合物をｎ型有機半導体とする電解効果トランジスタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（一般式（Ｉ）の化合物）
本発明は、分子量が２０００以下の一般式（Ｉ）で表される化合物を半導体として用いることを特徴とする電界効果トランジスタである。
【００１１】
【化４】
0004736352.tif 000004
【００１２】
式中、ＸはＯまたはＳ原子を表す。
Ｑ及びＲはそれぞれ独立して置換されていてもよい芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基である。その結合位置はＱ及びＲがそれぞれ連結基と一緒になって形成している環Ａ及びＢが５員環あるいは６員環を形成する位置である必要があるため、隣り合う位置あるいは一般にペリ位と呼ばれる位置であることが必要である。例えば、ベンゼン環では、１及び２の位置、ナフタレン環では、１及び２あるいは、２及び３、あるいは１及び８の位置で結合するものがＱ及びＲとなりうる。
【００１３】
上記芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基としては、ベンゼン環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ピリジン環等の芳香環又はそれらの縮合体であって４ｎ＋２π共役系を形成することにより高い平面性を示すものであればよい。このうち、Ｒとしてはナフタレン等の芳香環が２つ以上縮合しているものの方が好ましい。
又、上記芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基は置換基を有していても良い。置換基の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子；ニトロ基；ニトロソ
基；シアノ基；イソシアノ基；シアナト基；イソシアナト基；チオシアナト基；イソチオシアナト基；メルカプト基；ヒドロキシ基；ホルミル基；スルホン酸基；カルボキシル基；置換されていても良いアルキル基；置換されていても良いシクロアルキル基；置換されていても良いアルケニル基；置換されていても良いシクロアルケニル基；置換されていても良いアリール基；置換されていても良い複素環基；置換されていても良いアルコキシ基；置換されていても良いアルケニルオキシ基；置換されていても良いアリールオキシ基；置換されていても良いアルキルチオ基；−ＣＯＱ9で表されるアシル基；−ＯＣＯＱ9で表されるアシルオキシ基；−ＮＱ10Ｑ11で表されるアミノ基；−ＣＯＯＱ9で表されるカル
ボン酸エステル基；−ＣＯＮＱ12Ｑ13で表されるカルバモイル基；−ＳＯＱ9で表される
スルフィニル基；−ＳＯ2Ｑ9で表されるスルホニル基；−ＳＯ3Ｑ9スルホン酸エステル基；−ＳＯ2ＮＱ12Ｑ13で表されるスルファモイル基が挙げられる。このうち、置換されて
いても良いアルキル基；置換されていても良いシクロアルキル基；置換されていても良いアルケニル基；置換されていても良いシクロアルケニル基；置換されていても良いアリール基；置換されていても良い複素環基；置換されていても良いアルコキシ基；置換されていても良いアルケニルオキシ基；置換されていても良いアリールオキシ基；置換されていても良いアルキルチオ基；−ＣＯＱ9で表されるアシル基；−ＯＣＯＱ9で表されるアシルオキシ基；−ＮＱ10Ｑ11で表されるアミノ基；−ＣＯＯＱ9で表されるカルボン酸エステ
ル基；−ＣＯＮＱ12Ｑ13で表されるカルバモイル基；−ＳＯＱ9で表されるスルフィニル
基；−ＳＯ2Ｑ9で表されるスルホニル基；−ＳＯ3Ｑ9スルホン酸エステル基；−ＳＯ2Ｎ
Ｑ12Ｑ13で表されるスルファモイル基としては、炭素数１８以下、好ましくは１２以下ものが挙げられる。
【００１４】
上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−へプチル基等の直鎖又は分岐のアルキル基が挙げられる。
上記シクロアルキル基としてはシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基等の環状アルキル基が挙げられる。
【００１５】
上記アルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基、ヘキセニル基等の直鎖又は分岐のアルケニル基が挙げられる。
上記シクロアルケニル基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の環状アルケニル基が挙げられる。
上記アリール基としては、フェニル基又はナフチル基が挙げられる。
【００１６】
上記複素環基としては、２−チエニル基、２−ピリジル基、４−ピペリジル基、モルホリノ基等の異項原子を１〜３個有する複素環基が挙げられる。
上記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基等の直鎖または分岐のアルコキシ基が挙げられる。
【００１７】
上記アルケニルオキシ基としてはプロペニルオキシ基、ブテニルオキシ基、ペンテニルオキシ基等の直鎖または分岐のアルケニルオキシ基が挙げられる。
上記アリールオキシ基としては、フェノキシ基又はナフチルオキシ基が挙げられる。
上記アルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、ｎ−プロピルチオ基、ｎ−ブチルチオ基、ｓｅｃ−ブチルチオ基、ｔｅｒｔ−ブチルチオ基等の直鎖または分岐のアルキルチオ基が挙げられる。
【００１８】
上記アシル基、アシルオキシ基、カルボン酸エステル基、スルフィニル基、スルホニル基及びスルホン酸エステル基におけるＱ9としては、置換されていても良い炭化水素基又
は置換されていても良い複素環基が挙げられる。
上記アミノ基におけるＱ10及びＱ11としては、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、炭化水素基、複素環基、−ＣＯＱ9で表されるアシル基、−ＣＯＯＱ9で表されるカルボン酸エステル基又は−ＳＯ2Ｑ9で表されるスルホニル基が挙げられる。
【００１９】
上記カルバモイル基又はスルファモイル基における、Ｑ12及びＱ13としては、それぞれ独立して、水素原子、炭化水素基又は複素環基が挙げられる。
上記アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基、複素環基、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基及び炭化水素基は、酸化反応において悪影響を与えない範囲で任意の置換されていても良く、その具体例としては、上述の芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基の置換基の具体例として記述したような基が挙げられる。
【００２０】
芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基の置換基としては好ましくは電子吸収性基や、溶解性を向上する官能基で、具体的にはフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基等の電子吸引性基、ヒドロキシル基、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基等の溶解性向上基が挙げられる。電子吸引性基として特に好ましいのは、ハロゲン原子である。
【００２１】
このようなＱ、Ｒの具体例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ピレン、ナフタセン、ペンタセン、ペリレン、クリセン、フラン、チオフェン、ピロール、２−ヒドロキシピロール、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、１−ベンゾチオフェン、２−１−ベンゾチオフェン、インドール、イソインドール、インドリジン、カルバゾール、２−ヒドロキシピラン、２−ヒドロキシクロメン、１−ヒドロキシー２−ベンゾピラン、キサンテン、４−ヒドロキシチオピラン、ピリジン、キノリン、イソキノリン、４−ヒドロキシキノリジン、フェナンスリジン、アクリジン、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、フラザン、イミダゾール、ピラゾール、ベンゾイミダゾール、１−ヒドロキシイミダゾール、１，８−ナフチリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、キノキサリン、キナゾリン、シノリン、フタラジン、ピュリン、テリジン、ペリミジン、１，１０−フェナンスロリン、チアンスレン、フェノキサチン、フェノキサジン、フェノチアジン、フェナジン、フェナサジン、シラシクロペンタジエン、シラベンゼンが挙げられ、Ｒとして好ましいのは、ナフタレン、アントラセン、ペリレン、Ｑとして好ましいのはベンゼン、ナフタレン、アントラセン、キノリン、ピリジンである。
【００２２】
上記一般式（Ｉ）で表される化合物のうち、一般式（ＩＩ）又は（ＩＩＩ）で表される化合物が好ましい。
【００２３】
【化５】
0004736352.tif 000005
【００２４】
式中、Ｘは前記と同義であり、Ｑ1及びＱ2としては前述のＱの説明で挙げたものと同様
のものをＲ1としては前述のＲの説明を挙げたのと同様のものを挙げることができる。又
、環Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは５又は６員環である。
一般式（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）で表される化合物は分子量が２０００以下であり、好ましくは１５００以下、さらに好ましくは１０００以下、特に好ましくは８００以下である。分子量が２０００より大きいと昇華精製および真空蒸着プロセスが困難であって好ましくない。
【００２５】
又、一般式（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）で表される化合物は分子量が２００以上であることが好ましく、さらに好ましくは３００以上である。分子量が２００より小さいとπ共役系の拡がりが小さく、半導体として好ましくない。
以下に一般式（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）で表される化合物の好ましい例を挙げるが、これらに限定されるものではない。（ＩＩＩ）で表される化合物については、（ＩＩ）で表される異性体であっても構わない。ここで、下記構造式中ｎは１〜１０であり、好ましくは１〜８、さらに好ましくは１〜４である。
【００２６】
【化６】
0004736352.tif 000006
【００２７】
【化７】
0004736352.tif 000007
【００２８】
【化８】
0004736352.tif 000008
【００２９】
一般式（Ｉ）で表される化合物は、公知の方法により合成することができる。例えば下記反応式のように、対応するジカルボン酸あるいはその無水物とジアミノ化合物を溶媒中で加熱することにより、容易に合成することができる。
【００３０】
【化９】
0004736352.tif 000009
【００３１】
合成後の精製法等としては、公知に知られている方法であれば特に限定されないが、この種の化合物は異性体が存在するので、半導体特性を向上させるには、カラムグロマトグラフ等で異性体を分離することが好ましい。さらに純度を挙げるためには、昇華精製を行うのが好ましい。真空度１０−５Ｔｏｒｒで３００℃以上の加熱処理を行うと化合物が昇華して純度が極めて高いものが得られる。
【００３２】
（電界効果トランジスタ）
本発明の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、半導体に接して２つの電極間（ソース電極及びドレイン電極）があり、その電極間（チャネルと呼ばれる）に流れる電流を、もう一つのゲートと呼ばれる電極に印加する電圧で制御するものである。ゲート電極は半導体層に電界を印加するだけで電流は基本的には流れない構造になっており、電界効果トランジスタと呼ばれる。
【００３３】
本発明によれば、有機半導体材料を用いるため、比較的低温のプロセスで製造できるので基板にプラスチックフィルムが使用でき、軽量で柔軟性に優れた壊れにくいデバイスを作製できる利点がある。従って、薄膜で可撓性のある電解効果トランジスタが製造できるので、これを各セルのスイッチング素子に利用することで、可撓性のあるアクティブマトリクス液晶ディスプレーが作製できるなど、広く応用できる。
【００３４】
さて、電界効果トランジスタの動作特性は、半導体層のキャリア移動度μ、電導度σ、絶縁層の静電容量Ｃｉ、素子の構成（ソース・ドレイン電極間距離Ｌ及び幅Ｗ、絶縁層の膜厚ｄ等）などにより決まる。電界効果トランジスタに用いる半導体材料はキャリア移動度μが高いほど好ましいが、本発明に係るポルフィリン類化合物はキャリア移動度μが高い特徴があるため、電界効果トランジスタに用いると効果が高い。また、本発明に係る電界効果トランジスタは漏れ電流（リーク電流）が小さくオンオフ比が大きく、膜及び特性の安定性が高く寿命が長いという利点がある。更には、使用可能温度幅が広く、成膜性が良く、大面積適用性があり、低コストで製造できるという利点もある。
【００３５】
一般に、ゲート電極が絶縁膜で絶縁されている構造（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＭＩＳ構造）がよく用いられる。他には、ショットキー障壁を介してゲート電極が形成されている構造のものもあるが、有機半導体材料を用いたＦＥＴの場合、ＭＩＳ構造がよく用いられる。
以下、図を用いて本発明の電界効果トランジスタについてより詳細に説明するが、本発明はこれら構造には限られない。
【００３６】
図１に、Ａ〜Ｄとして、電界効果トランジスタ素子のいくつかの構造例を示す。１が半導体層、２が絶縁体層、３及び４がソース電極及びドレイン電極、５がゲート電極、６が基板である。なお、各層や電極の配置は、素子の用途により適宜選択できる。基板と並行方向に電流が流れるので、横型ＦＥＴと呼ばれる。
基板６は、上に形成される各層が剥離することなく保持できる必要がある。このような材料としては、例えば、樹脂からなる板やフィルム、紙、ガラス、セラミックなどの絶縁性材料、金属や合金などの導電性基板上にコーティング等により絶縁層を形成したも、樹脂と無機材料など各種組合せからなる複合材、等が挙げられる。樹脂フィルムや紙を用いると、素子に可撓性を持たせることができ、好ましい。
【００３７】
電極３，４，５には導電性を有する材料を用いうる。例えば、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、コバルト、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金；ＩｎＯ2、ＳｎＯ2、ＩＴＯ等の導電性の酸化物；ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子化合物；シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、等の半導体；カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料等が挙げられる。また、導電性高分子化合物や半導体にはドーピングが行われていても良い。ドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＰＦ6、ＡｓＦ5、ＦｅＣｌ3等の
ルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等が挙げられる。また、上記材料にカーボンブラックや金属粒子などを分散した導電性の複合材料も用いうる。
【００３８】
また、電極３，４，５には図示しない配線が連結されているが、配線も電極とほぼ同様の材料により作製できる。
絶縁体層２は絶縁性を有する材料を用いうる。例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体；二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物；ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3等の強誘電性酸化物；窒化珪素等の窒化物；硫化物；フッ化物などの誘電体、あるいは、これら誘電体の粒子を分散させたポリマー、等が挙げられる。
【００３９】
絶縁体層２の膜厚は、上記の通り、必要な機能を果たせる範囲で、薄いほど好ましい。通常、膜厚は１ｎｍ以上であり、好ましくは５ｎｍ以上であり、より好ましくは１０ｎｍ以上である。但し、通常、膜厚は１０μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下であり、より好ましくは５００ｎｍ以下である。
半導体層１の材料としては、上述の一般式（Ｉ）で表される化合物を主成分として含む半導体層が好ましく用いられる。主成分とは５０重量％以上含むことを言い、より好ましくは８０重量％以上含む。特性を改善したり他の特性を付与するために、必要に応じて他の有機半導体材料と混合して用いたり、各種添加剤を添加しても良い。また、半導体層１は複数の層から成っても良い。
【００４０】
半導体層１の膜厚は、必要な機能を果たせる範囲で、薄いほど好ましい。図１に例示するような横型の電界効果トランジスタ素子（ソース電極とドレイン電極がほぼ水平に配置されている）においては、所定以上の膜厚があれば素子の特性は膜厚に依存しない一方、膜厚が厚くなると漏れ電流が増加してくることが多いためである。必要な機能を果たすために、通常、膜厚は１ｎｍ以上であり、好ましくは５ｎｍ以上であり、より好ましくは１０ｎｍ以上である。但し、通常、膜厚は１０μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下であり、より好ましくは５００ｎｍ以下である。
【００４１】
本発明の有機電子デバイスには各層のあいだや素子の外面に必要に応じて他の層を設けることができる。例えば、半導体層上に直接または他の層を介して、保護層を形成すると、湿度などの外気の影響を最小限にできる利点がある。また、デバイスのＯＮ／ＯＦＦ比を上げるなど、電気的特性を安定化できる利点もある。
保護層の材料は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂からなる膜や、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等、無機酸化膜や窒化膜等の誘電体からなる膜が好ましく挙げられる。特に、酸素や水分の透過率や吸水率の小さな樹脂（ポリマー）が望ましい。
【００４２】
又、電界効果トランジスタの一種として、他に静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）がある。ＳＩＴの構造を説明する。
横型ＦＥＴはソース電極とドレイン電極が基板上に並べて配置され、電流の流れる方向が、ゲートにより誘起される電場に垂直方向であるのに対し、ＳＩＴではソースとドレインの間の適当な位置に、ゲート電極がグリッド上に配置され、電流の方向が、ゲートにより誘起される電場に平行方向である点を特徴とする。
【００４３】
図２は静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）の模式図である。７がソース電極、８がドレイン電極であり、９がゲート電極、１０が半導体層である。これらは図示しない基板上に設けられる。ＳＩＴ構造によれば、キャリアの流れが平面状に広がるので一度に大量のキャリアを移動できる。またソース電極とドレイン電極が縦に配されているので電極間距離を小さくできるため応答が高速である。従って、大電流を流したり、高速のスイッチングを行う用途に好ましく適用できる。
【００４４】
半導体層１０に関する説明は上記半導体層１と同様であり、電極７，８に関する説明は上記電極３，４，５と同様である。
９のゲート電極は、電極間をキャリアが通り抜けていく網目あるいはストライプ状の構造をしている。ゲート電極の網目の間隔は、ソースとドレインとの距離（素子の厚さに相当する。）よりも小さいことが望ましい。また、電極の厚みは、通常１０ｎｍ以上であり、好ましくは２０ｎｍ以上である。但し、通常１０μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下である。
【００４５】
ゲート電極９の材料としては上述の電極３，４，５と同様のものが用いうるが、好ましくは金属、合金や導電性高分子等の導電性材料からなる島状構造薄膜を用いる。例えば、厚さ５０ｎｍ以下の薄膜で半透明のアルミニウム電極などを用いうる。
ゲート電極９と半導体層１０の間には、通常、絶縁層あるいはエネルギー障壁を設け、電極からのキャリアの出入りが抑えられるようにする。例えば電極の周りに絶縁層をパターニングして形成してもよい。また、電極材料として、半導体とエネルギー障壁を作りうる金属を選択し、半導体層とのあいだでキャリアの出入りを押さえても良い。例えばアルミニウムを選ぶことで、ｐ型半導体とのあいだにいわゆるショットキー障壁を形成しうる。
【００４６】
また、各層の間や素子の外面には、必要に応じて他の層を設けてもよい。
本発明に係る静電誘導トランジスタは、キャリア移動度μが高く、漏れ電流が小さくオンオフ比が大きく、膜及び特性の安定性が高く寿命が長いという利点がある。更には、使用可能温度幅が広く、成膜性が良く、大面積適用性があり、低コストで製造できるという利点もある。
【００４７】
（電界効果トランジスタの製造方法）
本発明に係る電界効果トランジスタの好ましい製造方法について、図１の構造例Ａに示す電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を例として、以下に説明するが、これらは他の電界効果トランジスタにも同様に適用しうる。
（１）  基板及び基板処理
一般に、電界効果トランジスタなどの有機電子デバイスは、基板１上に必要な層や電極
を設けることで作製される。基板としては上記で説明したものを用いうる。
【００４８】
基板に所定の表面処理を行うことで、デバイスの特性を向上できる場合がある。例えば基板表面の親水性／疎水性の度合いを調整することで、その上に成膜される膜の膜質を改良しうる。特に、有機半導体材料は分子の配向など膜の状態によって特性が大きく変わるが、基板表面処理によって、基板とその後に成膜される半導体膜との界面部分の分子配向を制御し、特性を改良できると推定される。
【００４９】
このような基板処理としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等による疎水化処理、塩酸や硫酸、酢酸等による酸処理、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理、オゾン処理、フッ素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、ラングミュアブロジェット膜の形成処理、その他の絶縁体や半導体の薄膜の形成処理、機械的処理、コロナ放電などの電気的処理、などが挙げられる。
【００５０】
（２）  電極形成
次に、ゲート電極５を形成する。電極材料としては上記で説明したものを用いうる。
電極膜を成膜するにあたっては公知の各種方法を用いうるが、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等を用いうる。
成膜後、所望の形状になるよう必要に応じてパターニングを行う。パターニング方法も公知の各種方法を用いうるが、例えばフォトレジストのパターニングとエッチング（エッチング液によるウエットエッチングや反応性のプラズマによるドライエッチング）を組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれら手法を複数組み合わせた手法を利用できる。また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去したり材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを作製してもよい。
【００５１】
（３）  絶縁層
次に、絶縁体層２を形成する。絶縁体材料としては上記で説明したものを用いうる。
絶縁体層２を成膜するにあたっては公知の各種方法を用いうるが、例えばスピンコーティングやブレードコーティングなどの塗布法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法、真空蒸着法、スパッタリング法、そのほか、アルミニウム上のアルマイトのように金属上に酸化物膜を形成する方法等を用いうる。
【００５２】
なお、絶縁体層上に半導体層を形成する態様においては、両層の界面で半導体分子を良好に配向させるために、絶縁体層に所定の表面処理を行うことができる。表面処理の手法は、基板の表面処理と同様のものが用いうる。
さらにソース電極３及びドレイン電極４を形成するが、形成方法等はゲート電極５に準ずる。
【００５３】
（４）  半導体層
続いて、有機半導体層１を形成する。有機半導体材料としては上記で説明したものを用いうる。半導体層を成膜するにあたっては公知の各種方法を用いうるが、例えばスパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法と、塗布法、印刷法などの溶液プロセスでの形成方法に大別される。
【００５４】
有機半導体材料を真空プロセスによって成膜し有機半導体層を得る方法について詳しく説明する。例えば、材料をルツボや金属のボートに入れて真空中で加熱し、蒸発させ基板に付着させる真空蒸着法を用いることができる。この際、真空度としては、通常１×１０
−３Ｔｏｒｒ（１．３×１０−１Ｐａ）以下、好ましくは１×１０−６Ｔｏｒｒ（１．３×１０−４Ｐａ）以下とする。また、基板温度によって半導体膜、ひいてはデバイスの特性が変化するので、最適な基板温度を選択する。通常、０から２００の範囲が好ましい。また、蒸着速度は、通常０．００１ｎｍ／秒以上であり、好ましくは０．０１ｎｍ／秒以上である。但し、通常１０ｎｍ／秒以下であり、好ましくは１ｎｍ／秒以下である。材料を加熱により蒸発させる方法に代えて、加速したアルゴン等のイオンを材料ターゲットに衝突させて材料原子を叩きだし基板に付着させるスパッタリング法を用いてもよい。
【００５５】
本発明の有機半導体材料は比較的低分子化合物であるため、このような真空プロセスが用いうる。真空プロセスには、高価な設備が必要であるものの、成膜性が良く均一な膜が得られやすいという利点がある。
有機半導体材料を溶液プロセスによって成膜し有機半導体層を得る方法について詳しく説明する。まず、有機半導体材料を溶媒に溶かして基板上に塗布する。塗布の方法としては、溶液をたらすだけのキャスティング、スピンコーティング、ディップティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法を用いうる。さらに、塗布に類似の技術として、水面上に形成した単分子膜を基板に移し積層するラングミュア・ブロジェット法、液晶や融液状態を２枚の基板で挟んだり毛管現象で基板間に導入する方法等も挙げられる。
【００５６】
溶液プロセスを用いると、比較的安価な設備で、大面積の有機電子デバイスを作製しやすいという利点がある。
このように作製された有機半導体層は、後処理によりさらに特性を改良することが可能である。例えば、加熱処理により、成膜時に生じた膜中の歪みを緩和することができ、特性の向上や安定化を図ることができる。さらに、酸素や水素等の酸化性あるいは還元性の気体や液体にさらすことにより、酸化あるいは還元による特性変化を誘起することもできる。これは例えば膜中のキャリア密度の増加あるいは減少の目的で利用することができる。
【００５７】
また、ドーピングと呼ばれる微量の元素や原子団、分子、高分子を加えることにより、特性を変化させて望ましいものにすることができる。例えば、酸素、水素、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＰＦ6、ＡｓＦ5、ＦｅＣｌ3等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子
、ナトリウムカリウム等の金属原子等をドーピングする事が挙げられる。これは、これらのガスに接触させたり、溶液に浸したり、電気化学的なドーピング処理をすることにより達成できる。これらのドーピングは膜の形成後でなくても、材料合成時に添加したり、溶液からの作製プロセスでは、その溶液に添加したり、前駆体膜の段階で添加することができる。また蒸着時に添加する材料を共蒸着したり、膜形成時の雰囲気に混合したり、さらにはイオンを真空中で加速して膜に衝突させてドーピングすることも可能である。
【００５８】
これらのドーピングの効果は、キャリア密度の増加あるいは減少による電気伝導度の変化、キャリアの極性の変化（ｐ型、ｎ型）、フェルミ準位の変化等が挙げられ、半導体デバイスでは良く利用されているものである。
（５）  保護層
本発明の電界効果トランジスタには各層のあいだや素子の外面に必要に応じて他の層を設けることが出来る。例えば、半導体層上に直接または他の層を介して、保護層を形成すると、外気の影響を最小限にできる利点がある。また、デバイスの電気的特性を安定化できる利点もある。保護層材料としては前述のものを用いうる。
【００５９】
保護層を成膜するにあたっては公知の各種方法を用いうるが、保護層が樹脂からなる場
合は、例えば、樹脂溶液を塗布後、乾燥させて樹脂膜とする方法、樹脂モノマーを塗布あるいは蒸着したのち重合する方法などが挙げられる。成膜後に架橋処理を行ってもよい。保護層が無機物からなる場合は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法に代表される溶液プロセスでの形成方法を用いることができる。
【００６０】
（本発明の電界効果トランジスタの応用）
本発明の電界効果トランジスタは、ディスプレーのアクティブマトリクスのスイッチング素子として利用することができる。これは、ゲートに印加される電圧でソースとドレイン間の電流をスイッチングできることを利用して、ある表示素子に電圧を印加あるいは電流を供給する時のみスイッチを入れ、その他の時間は回路を切断することにより、高速、高コントラストな表示を行うものである。
【００６１】
適用される表示素子としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電気泳動表示素子、エレクトロルミネッセント素子、エレクトロクロミック素子等が挙げられる。
特に、本発明の有機電子デバイスは、低温プロセスでの素子作製が可能であり、プラスチック板、プラスチックフィルムや紙等の、高温処理に耐えない基板を用いることができる。また、塗布あるいは印刷プロセスでの素子作製が可能であることから、大面積のディスプレーへの応用に適している。また、従来のアクティブマトリクスの代替としても、省エネルギープロセス、低コストプロセスの可能な素子として有利である。
【００６２】
また、トランジスタを集積することにより、デジタル素子やアナログ素子が実現できる。これらの例としては、ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＡＮＤ、ＮＯＴ等の論理回路、メモリー素子、発振素子、増幅素子、等が挙げられる。さらにこれらを組み合わせることにより、ＩＣカードやＩＣタグを作製することができる。
有機半導体は、ガスや化学物質、温度等の外部の刺激により、特性が大きく変化するので、それらのセンサーへの応用も考えられる。例えば本発明の有機電子デバイスの特性が、気体や液体との接触により変化する量を測定することにより、定性的あるいは定量的にそれに含まれている化学物質を検出することが可能である。
【実施例】
【００６３】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
（参考例１）
Ｋｏｍａｔｓｕ  Ｓｉｌｉｃｏｎ社製ＳｉＯ2熱酸化膜（２０００Å）付きｎ＋ドープ
シリコンウェハー１（面抵抗０．０２〜０．０６Ω・ｃｍ）に、ウルバック社製真空蒸着機ＥＸ−４００（真空度：１０−６Ｔｏｒｒ）を用いて、るつぼから化合物１を１Å／ｓｅｃで１０００Åの厚さで蒸着した。この化合物層２上にソース・ドレイン電極を作製するため、チャネル（Ｌ：１０００μｍ，  Ｗ：５０μｍ）のシャドーマスクを用いてアルミニウムを１０００Åの厚さで蒸着を行い、図３の有機トランジスタを作製した。
【００６４】
【化１０】
0004736352.tif 000010
【００６５】
こうして作製された有機トランジスタを減圧チャンバー内に設置し、真空ポンプで１０−２Ｔｏｒｒに減圧したＡｇｉｌｅｎｔ社製の半導体パラメーターアナライザー４１５５で測定した。
測定によって得られた電圧電流曲線（図４）より、移動度を計算するとμｅｆｆ＝３．１×１０−４  ｃｍ２／Ｖ・ｓとなり、オン／オフ比は３．５となった。
【００６６】
（実施例１）
【００６７】
【化１１】
0004736352.tif 000011
【００６８】
参考例１において、化合物１を化合物２に変更した以外は同様にして、有機トランジスタを作製し、測定した。
測定によって得られた電圧電流曲線（図４）より、移動度を計算するとμｅｆｆ＝４．８×１０−４  ｃｍ２／Ｖ・ｓとなり、オン／オフ比は２．８×１０２となった。
（参考例２）
【００６９】
【化１２】
0004736352.tif 000012
【００７０】
参考例１において、化合物１を化合物３に変更した以外は同様にして、有機トランジスタを作製し、測定した。
測定によって得られた電圧電流曲線（図４）より、移動度を計算するとμｅｆｆ＝８．８×１０−４  ｃｍ２／Ｖ・ｓとなり、オン／オフ比は２４となった。
（実施例２）
【００７１】
【化１３】
0004736352.tif 000013
【００７２】
参考例１において、化合物１を化合物４に変更した以外は同様にして、有機トランジスタを作製し、測定した。
測定によって得られた電圧電流曲線（図４）より、移動度を計算するとμｅｆｆ＝８．２×１０−４  ｃｍ２／Ｖ・ｓとなり、オン／オフ比は１．８×１０２となった。
［図面の簡単な説明］
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】電解効果トランジスタの構造を示す図である。
【図２】静電誘電トランジスタの構造を示す図である。
【図３】実施例及び参考例で作成した電解効果トランジスタを示す図である。
【図４】参考例１で作成した電解効果トランジスタの電圧電流曲線を示す図である。
【図５】実施例１で作成した電解効果トランジスタの電圧電流曲線を示す図である。
【図６】参考例２で作成した電解効果トランジスタの電圧電流曲線を示す図である。
【図７】実施例２で作成した電解効果トランジスタの電圧電流曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１    半導体層
２    絶縁体層
３、４    ソース及びドレイン電極
５    ゲート電極
６    基板
７    ソース電極
８    ドレイン電極
９    ゲート電極
１０    半導体
【図１】
0004736352.tif 000017
【図２】
0004736352.tif 000018
【図３】
0004736352.tif 000019
【図４】
0004736352.tif 000020
【図５】
0004736352.tif 000021
【図６】
0004736352.tif 000022
【図７】
0004736352.tif 000023