(57)【要約】  本発明は、チアゾロチアゾール誘導体化合物、およびバンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質を含む有機半導体層を用いた有機トランジスタに関する。
2010518641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式１
【化１】
2010518641.tif 000018
［前記式において、ｘ、ｙおよびｚは各構造単位の比であって、ｘは０＜ｘ≦１の実数、ｙは０≦ｙ＜１の実数、ｚは０≦ｚ＜１の実数、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、
ｎは１〜１，０００の整数であり、
ＡｒおよびＡｒ’は互いに同じであるか異なり、独立に共役構造を有する２価の環状もしくは非環状の炭化水素基または共役構造を有する２価の複素環基であり、
ＡとＢは互いに同じであるか異なり、独立に共役構造を有する２価の環状もしくは非環状の炭化水素基、共役構造を有する２価の複素環基または下記非環式基（ａｃｙｃｌｉｃ  ｇｒｏｕｐ）
【化２】
2010518641.tif 000019
｛前記式において、Ｒ’およびＲ’’は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子；ハロゲン原子；直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基；直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基；チオアルコキシ基；ニトリル基；ニトロ基；アミノ基；置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換のヘテロアリール基であってもよく、点線部分は化学式１の主鎖に連結される部分である｝
である］
で示される構造単位を有するチアゾロチアゾール誘導体、およびバンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質を含む有機半導体層を含む有機トランジスタ。
【請求項２】
前記ＡｒまたはＡｒ’は共役構造を有するアリーレン基またはヘテロアリーレン基であることを特徴とする、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記ＡまたはＢは芳香族基（Ａｒ’’）であることを特徴とする、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記芳香族基（Ａｒ’’）は下記の化学式
【化３】
2010518641.tif 000020
［ここで、ＸはＯ、Ｓ、Ｓｅ、ＮＲ３、ＳｉＲ３Ｒ４またはＣＲ３Ｒ４基であり、ここで、Ｒ３とＲ４は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基またはアリール基であり、これらは互いに連結されて環を形成してもよく、
Ｒ１およびＲ２は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
Ｒ１および／またはＲ２に含まれる互いに隣接しない２以上の炭素原子はＯ、Ｓ、ＮＨ、−ＮＲＯ−、ＳｉＲＯＲＯＯ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換のヘテロアリール基によって連結されてもよく、ここで、ＲＯとＲＯＯは互いに同じであるか異なり、独立に、水素、アリールまたは炭素数１〜１２のアルキル基であり、
Ｒ１とＲ２は互いに連結されて環を形成してもよい］
で示される基のうちから選択されることを特徴とする、請求項３に記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
前記Ｒ１またはＲ２が炭素数１〜２０の置換されたアルキル基、アルコキシ基またはチオアルコキシ基である場合、これらはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素およびニトリル基からなる群から選択された１種以上の置換基で置換されることを特徴とする、請求項４に記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記Ｒ１またはＲ２が置換されたアリール基またはヘテロアリール基である場合、これらはハロゲン基、ニトリル基、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、ビニル基、アセチレン基、チオアルコキシ基、ニトロ基、アミド基、エステル基、エーテル基、アミノ基およびシラン基からなる群から選択された１種以上の置換基で置換されることを特徴とする、請求項４に記載の有機トランジスタ。
【請求項７】
前記Ａｒ、Ａｒ’およびＡｒ’’は、各々独立に下記化学式
【化４】
2010518641.tif 000021
［前記化学式のうちのいずれの置換基も表示されない位置は、水素原子であるか、ハロゲン基、アルキル基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、アリール基、アミノ基、ヘテロ基、ビニル基、アセチレン基およびシラン基のうちから選択された置換基を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’’は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、アルキル基またはアリール基であり、ｍは１〜１０の整数である］
から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の有機トランジスタ。
【請求項８】
前記チアゾロチアゾール誘導体は下記化学式２
【化５】
2010518641.tif 000022
［前記化学式２において、
Ｒ５〜Ｒ８は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
Ｒ５〜Ｒ８に含まれる互いに隣接しない２以上の炭素原子はＯ、Ｓ、ＮＨ、−ＮＲＯ−、ＳｉＲＯＲＯＯ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基によって連結されてもよく、ここで、ＲＯとＲＯＯは互いに同じであるか異なり、独立に、水素、アリール基または炭素数１〜１２のアルキル基であり、
Ｒ５とＲ６またはＲ７とＲ８は互いに連結されて環を形成してもよく、
ｎ、ｘ、ｙ、ｚ、ＡおよびＢは化学式１で定義した通りである］
で示される構造単位を含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項９】
前記Ｒ５〜Ｒ８のうちのいずれか１つ以上の炭素数が１〜２０の置換されたアルキル基、アルコキシ基またはチオアルコキシ基である場合、これらに置換された水素原子はフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ニトリル基からなる群から選択された１種以上の置換基で置換されることを特徴とする、請求項８に記載の有機トランジスタ。
【請求項１０】
前記Ｒ５〜Ｒ８のうちのいずれか１つ以上の置換されたアリール基またはヘテロアリール基である場合、これらはハロゲン基、ニトリル基、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、ビニル基、アセチレン基、チオアルコキシ基、ニトロ基、アミド基、イミド基、エステル基、エーテル基、アミノ基およびシラン基からなる群から選択された１種以上の置換基で置換されることを特徴とする、請求項８に記載の有機トランジスタ。
【請求項１１】
前記化学式１の化合物は、下記化学式Ｒ−１〜Ｒ−５、Ｓ−１６〜Ｓ−３１およびＳ−３４〜Ｓ−４１
【化６−１】
2010518641.tif 000023
【化６−２】
2010518641.tif 000024
【化６−３】
2010518641.tif 000025
【化６−４】
2010518641.tif 000026
【化６−５】
2010518641.tif 000027
【化６−６】
2010518641.tif 000028
【化６−７】
2010518641.tif 000029
［前記式において、Ｒ〜Ｒ’’’’’は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、酸素原子、ハロゲン原子、ニトリル基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換のヘテロアリール基である］
のうちから選択された構造単位を含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項１２】
前記有機半導体層と前記絶縁層との界面が、絶縁物質との親和度より半導体物質との親和度がより大きい物質で処理される、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項１３】
前記絶縁物質との親和度より半導体物質との親和度がより大きい物質は、ＯＴＳ（オクタデシル‐トリクロロ‐シラン）またはＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）であることを特徴とする、請求項１２に記載の有機トランジスタ。
【請求項１４】
前記バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビスフェノールＡおよびフッ素系高分子化合物からなる群から選択された１種以上を含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項１５】
前記有機半導体層は、前記チアゾロチアゾール誘導体と、前記バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質を１：１，０００〜１，０００：１の重量比で含む、請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項１６】
基板上に絶縁層、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を各々積層するステップを含む有機トランジスタの製造方法であって、前記有機半導体層を化学式１で示される構造単位を含むチアゾロチアゾール誘導体と、バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質とを含む混合溶液を用いて形成することを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記有機半導体層を、スクリーン印刷、インクジェット印刷、マイクロコンタクト印刷またはスピンコーティング方法によって形成することを特徴とする、請求項１６に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記有機半導体層と絶縁層との界面を、絶縁物質との親和度より半導体物質との親和度がより大きい物質によって処理するステップをさらに含む、請求項１６に記載の有機トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チアゾロチアゾール誘導体と、バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質とを含む有機半導体層を用いた有機トランジスタおよびその製造方法に関する。本出願は２００７年２月１３日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２００７−００１４８７９号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
【背景技術】
【０００２】
薄膜形態の電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦＥＴ）はマイクロ電子工学分野において基本となる構造体である。このようなＦＥＴは、３つの電極、すなわち、ソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極と、絶縁層および半導体層を有する。
【０００３】
ＦＥＴは、前記半導体層が前記２つの電極、すなわち、ソース電極とドレイン電極との間の導電性チャネルである場合にキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）として作用する。前記チャネルにおいて、電荷キャリア（ｃｈａｒｇｅ  ｃａｒｒｉｅｒ）の濃度はゲート電極を介して印加される電圧によって調整され、その結果、ソース電極とドレイン電極との間の電荷流れは前記ゲート電極を介して印加される電圧によって調節することができる。
最近、有機半導体性物質を用いるＦＥＴについて関心が高まっている。
【０００４】
有機半導体性物質を用いる場合、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ−ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、インクジェット印刷（ｉｎｋ−ｊｅｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）またはマイクロコンタクト印刷（ｍｉｃｒｏ−ｃｏｎｔａｃｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）のような印刷方法によって電子素子を製造することができる。また、このような物質を用いる場合は、従来の通常の無機半導体性物質を用いる場合に比べ、遥かに低い基板温度および真空がほぼ必要ない状態においても工程を行うことができる。よって、ＦＥＴをはじめとする、有機半導体性物質を用いる電子素子は、無機半導体性物質を用いる場合に比べ、その製造条件が非常に柔軟で且つ費用を低減することができる。
【０００５】
１９８０年代以後には低分子、高分子およびオリゴマーのような有機物質をＦＥＴにおける有機半導体性物質として用いるための研究が行われた。この分野における研究の結果、ＦＥＴにおいて、電荷キャリアの移動性（ｃｈａｒｇｅ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ）の観点から見る時、有機ＦＥＴの性能（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が１０−５ｃｍ２／Ｖｓから１ｃｍ２／Ｖｓまで上昇した（Ｊ．Ｍ．Ｓｈａｗ，Ｐ．Ｆ．Ｓｅｉｄｌｅｒ，ＩＢＭ  Ｊ．Ｒｅｓ．＆Ｄｅｖ．，Ｖｏｌ．４５，３（２００１））。
【０００６】
現在、有機トランジスタの性能はアモルファスシリコントランジスタ（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の性能に匹敵するほどであり、その結果、このような有機トランジスタは電子ペーパー（Ｅ−ｐａｐｅｒ）、スマートカード（ｓｍａｒｔ  ｃａｒｄ）またはディスプレイ装置などに適用することができる。
【０００７】
有機トランジスタの構造は、ゲート（Ｇａｔｅ）の位置に応じ、上部ゲート（Ｔｏｐ  ｇａｔｅ）または下部ゲート（ｂｏｔｔｏｍ  ｇａｔｅ）構造を有し得、下部ゲート構造においては、図１および図２に示すように、ソース／ドレイン電極が半導体層の上方または下方に位置するかに応じて、上部接触（Ｔｏｐ  ｃｏｎｔａｃｔ）または下部接触（ｂｏｔｔｏｍ  ｃｏｎｔａｃｔ）構造に分けることができる。下部ゲート構造の有機トランジスタにおいて、有機半導体層は外部に直接露出しているために安定性が低下し得る。有機半導体物質は水分や酸素に敏感に反応し、特に酸素と光が共存する時には有機半導体物質が光酸化（ｐｈｏｔｏｏｘｉｄａｔｉｏｎ）反応によって損傷し得、これは、有機トランジスタの性能低下をもたらす。これを補完するために、封止層（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）を半導体層上に形成したりもするが、有機半導体物質が封止層を形成するステップで溶け出たり損傷したりする問題がある。また、有機トランジスタは、単独で用いるよりはメモリ素子やディスプレイ素子と連結して用いるため、有機トランジスタを形成した後に他の工程を進行するためには、有機半導体層を保護できる機能が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国特許出願第１０−２００７−００１４８７９号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ．Ｍ．Ｓｈａｗ，Ｐ．Ｆ．Ｓｅｉｄｌｅｒ，ＩＢＭ  Ｊ．Ｒｅｓ．＆Ｄｅｖ．，Ｖｏｌ．４５，３（２００１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者らは、チアゾロチアゾール誘導体と共に、バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質を用いて有機半導体層を形成する場合、別途の封止層を用いることなくても有機半導体層が安定し、これにより、有機トランジスタの性能を維持しつつ、外部環境に対する抵抗力を高めることができるという事実を明らかにした。
【００１１】
そこで、本発明は、チアゾロチアゾール誘導体、およびバンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質を含む有機半導体層を用いた有機トランジスタおよびその製造方法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】
【００１２】
本発明は、下記化学式１で示される構造単位を含むチアゾロチアゾール誘導体、およびバンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質を含む有機半導体層を含む有機トランジスタを提供する：
［化学式１］
【化１】
2010518641.tif 000003
前記式において、ｘ、ｙおよびｚは各構造単位の比であって、０＜ｘ≦１の実数、０≦ｙ＜１の実数、０≦ｚ＜１の実数、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、
ｎは１〜１，０００の整数であり、より好ましくは１０〜１，０００の整数であり、
ＡｒおよびＡｒ’は互いに同じであるか異なり、独立に共役構造を有する２価の環状もしくは非環状の炭化水素基または共役構造を有する２価の複素環基であり、
ＡとＢは互いに同じであるか異なり、独立に共役構造を有する２価の環状もしくは非環状の炭化水素基、共役構造を有する２価の複素環基または下記非環式基（ａｃｙｃｌｉｃ  ｇｒｏｕｐ）であり、
【化２】
2010518641.tif 000004
前記式において、Ｒ’およびＲ’’は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子；ハロゲン原子；直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基；直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基；チオアルコキシ基；ニトリル基；ニトロ基；アミノ基；置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換のヘテロアリール基であってもよく、点線部分は化学式１の主鎖に連結される部分である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、有機トランジスタの有機半導体層を、チアゾロチアゾール誘導体と、バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質との混合材料を用いて形成することにより、有機トランジスタの性能を維持しつつ、別途の封止層を用いることなくても外部環境に対する抵抗力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】基板８、絶縁層９、ゲート電極１０、ソース電極１１、ドレイン電極１２、有機半導体層１３からなる下部接触方式（ｂｏｔｔｏｍ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｙｐｅ）有機薄膜トランジスタ素子の例を示す図である。
【図２】基板８、絶縁層９、ゲート電極１０、ソース電極１１、ドレイン電極１２、有機半導体層１３からなる上部接触方式（ｔｏｐ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｙｐｅ）有機薄膜トランジスタ素子の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
前記化学式１において、ＡｒまたはＡｒ’は共役構造を有するアリーレン基またはヘテロアリーレン基であってもよい。
【００１６】
前記化学式１において、ＡまたはＢは芳香族基（Ａｒ’’）であることが好ましい。
【００１７】
ＡまたはＢの例として前記芳香族基（Ａｒ’’）はアリーレン基またはヘテロアリーレン基であり、好ましくは下記の化学式で示される基である。
【化３】
2010518641.tif 000005
ここで、ＸはＯ、Ｓ、Ｓｅ、ＮＲ３、ＳｉＲ３Ｒ４またはＣＲ３Ｒ４基であり、ここで、Ｒ３とＲ４は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子；直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基；またはアリール基であり、これらは互いに連結されて環を形成してもよく、
Ｒ１およびＲ２は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
Ｒ１および／またはＲ２に含まれる互いに隣接しない２以上の炭素原子はＯ、Ｓ、ＮＨ、−ＮＲＯ−、ＳｉＲＯＲＯＯ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換のヘテロアリール基によって連結されてもよく、ここで、ＲＯとＲＯＯは互いに同じであるか異なり、独立に、水素、アリールまたは炭素数１〜１２のアルキル基であり、
Ｒ１とＲ２は互いに連結されて環を形成してもよい。
【００１８】
前記式において、Ｒ１またはＲ２が炭素数１〜２０の置換されたアルキル基、アルコキシ基またはチオアルコキシ基である場合、これらに結合された水素原子はフッ素、塩素、臭素、ヨウ素およびニトリル基のうちの１以上の置換基で置換されてもよい。
【００１９】
前記式において、Ｒ１またはＲ２が置換されたアリール基またはヘテロアリール基である場合、これらはハロゲン基、ニトリル基、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、ビニル基、アセチレン基、チオアルコキシ基、ニトロ基、アミド基、イミド基、エステル基、エーテル基、アミノ基およびシラン基のうちの１以上の置換基で置換されてもよい。
【００２０】
前記化学式において、Ａｒ、Ａｒ’、Ａｒ’’の例を下記にて提示する。但し、これらは単に本発明の理解を助けるためのものであって、これらだけに限定されるものではない。
【化４】
2010518641.tif 000006
【００２１】
前記化学式のうちのいずれの置換基も表示されない位置は、水素原子であるか、１つ以上のハロゲン基、アルキル基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、アリール基、アミノ基、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミド基、アミド基、イミド基、ヘテロ基、ビニル基、アセチレン基、シラン基などで置換されてもよく、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’’は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、アルキル基またはアリール基であり、ｍは１〜１０の整数であり、より好ましくは１〜６の整数である。
【００２２】
前記化学式１は下記化学式２の構造単位を含むことができる。
［化学式２］
【化５】
2010518641.tif 000007
前記化学式２において、
Ｒ５〜Ｒ８は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
Ｒ５〜Ｒ８に含まれる互いに隣接しない２以上の炭素原子はＯ、Ｓ、ＮＨ、−ＮＲＯ−、ＳｉＲＯＲＯＯ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基によって連結されてもよく、ここで、ＲＯとＲＯＯは互いに同じであるか異なり、独立に、水素、アリールまたは炭素数１〜１２のアルキル基であり、
Ｒ５とＲ６またはＲ７とＲ８は互いに連結されて環を形成してもよく、
ｎ、ｘ、ｙ、ｚ、ＡおよびＢは化学式１で定義した通りである。
【００２３】
前記化学式２において、Ｒ５〜Ｒ８のうちのいずれか１つ以上が置換されたアルキル基、アルコキシ基またはチオアルコキシ基である場合、これらに置換された水素原子は１つ以上のフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ニトリル基で置換されてもよい。
【００２４】
前記化学式２において、Ｒ５〜Ｒ８のうちのいずれか１つ以上が置換されたアリール基またはヘテロアリール基である場合、これらはハロゲン基、ニトリル基、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、ビニル基、アセチレン基、チオアルコキシ基、ニトロ基、アミド基、イミド基、エステル基、エーテル基、アミノ基またはシラン基で置換されてもよい。
【００２５】
本発明の好ましい実施状態において、前記化学式１のより具体的な例として下記化学式を提示する。但し、これは、単に本発明の理解を助けるためのものであって、これらに限定されるものではない。
【化６−１】
2010518641.tif 000008
【化６−２】
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【化６−３】
2010518641.tif 000010
【化６−４】
2010518641.tif 000011
【化６−５】
2010518641.tif 000012
【化６−６】
2010518641.tif 000013
【化６−７】
2010518641.tif 000014
【化６−８】
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【化６−９】
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【化６−１０】
2010518641.tif 000017
【００２６】
前記化学式Ｒ−１〜Ｒ−５およびＳ−１〜Ｓ−４１のうちに含まれたＲ〜Ｒ’’’’’は互いに同じであるか異なり、独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基である。
【００２７】
これらは互いに連結されて環を形成してもよく、ｎ、ｘ、ｙは化学式１で定義した通りである。
【００２８】
本発明に係る有機トランジスタの有機半導体層は、前述したチアゾロチアゾール誘導体の他に、バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質をさらに含むことを特徴とする。
【００２９】
本発明に用いられるチアゾロチアゾール誘導体と、バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質との混合材料を用いて有機半導体層を形成する場合、半導体物質であるチアゾロチアゾール誘導体は有機半導体層と絶縁層との界面において先に結晶化が始まり、これにより、有機半導体層と絶縁層との界面においては有機半導体物質の濃度が濃くなり、有機半導体層と絶縁層との界面から遠く離れるほど、バンドギャップが３ｅＶ以上であるか二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質の濃度が濃くなる。
【００３０】
有機半導体物質の場合、単結合と二重結合が交互に連続して連結された部分を同じ平面で最大化する時に電荷伝導性に優れ、有機半導体物質間に前記平面が近く位置する時により優れた性質を示す。すなわち、単結合と二重結合が交互に連続して連結された部分からなる共役構造を最大化する物質らは相互間の相互作用（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）が大きいため、共役構造の小さい物質とは少ない相互作用を有する。共役構造の大きさはバンドギャップで表すことができ、バンドギャップが３ｅＶ以上の値を有する場合、二重結合と単結合が３対以下で連続して連結された部分を有し得る。よって、本発明においては、バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質を、前述した有機半導体物質であるチアゾロチアゾール誘導体と混合して有機半導体層の形成に用いることにより、前述した作用原理により、有機トランジスタの性能を劣化させないながらも有機半導体層の安定化に寄与することができる。
【００３１】
前記バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質は、液相より固相において有機半導体物質との相溶性が良くないことが好ましい。
【００３２】
前記現象を促進させるために、絶縁層の界面を絶縁物質より半導体物質との親和度がより大きい物質で処理をすることもできる。例えば、絶縁層の表面をＯＴＳ（ｏｃｔａｄｅｃｙｌ−ｔｒｉｃｈｌｏｒｏ−ｓｉｌａｎｅ）、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）のようなＳＡＭ（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）物質で処理することができる。有機トランジスタにおいて、ゲート電極から生成された電場が有機半導体層と絶縁層との界面付近の２〜５ｎｍに集中するため、界面から５ｎｍ以上離れた半導体層は電荷移動に及ぼす影響が微弱である。これにより、本発明によれば、有機トランジスタの性能には影響を及ぼすことなく、有機半導体層の安定性を向上させることができる。本発明において、前記絶縁性有機物質のバンドギャップは７ｅＶ以下であることが好ましい。
【００３３】
前記絶縁性有機物質の具体的な例としてはポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ：ＰＳ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）、ポリビスフェノールＡ（ｐｏｌｙｂｉｓｐｈｅｎｏｌ  Ａ）、フッ素系高分子化合物などが挙げられるが、これらの例だけに限定されない。
【００３４】
本発明において、有機半導体層のうちの前記チアゾロチアゾール誘導体と前記絶縁性有機物質の重量比は１：１，０００〜１，０００：１であることが好ましい。１：１，０００未満である場合には、絶縁層の表面から５ｎｍに該当する導電層を全部半導体物質で充填し難く、１，０００：１を超過する場合には、絶縁性有機物質がパッシベーション（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）層としての役割を果たすことができない。前記含量比は１：１０〜１０：１であることがより好ましい。
【００３５】
本発明において、前記有機半導体層は、前記チアゾロチアゾール誘導体と、前記バンドギャップが３ｅＶ以上であるか、二重結合と単結合が４対以上連続して連結された部分を有しない絶縁性有機物質を有機溶媒に入れて混合溶液を準備した後、スクリーン印刷、インクジェット印刷またはマイクロコンタクト印刷のような印刷方法またはスピンコーティングのような方法を利用して製造することができる。
【００３６】
本発明に係る有機トランジスタは、有機半導体層が前述した混合材料によって形成されることを除いては、当技術分野に知られている方法および材料を用いて製造することができる。
【００３７】
例えば、本発明に係る有機トランジスタは、スパッタリングや電子ビーム蒸発のようなＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法を利用するか溶液塗布法を利用し、基板８上に絶縁層９、ゲート電極１０、ソース電極１１、ドレイン電極１２、有機半導体層１３を積層して製造することができるが、本発明の範囲はそれだけに限定されない。ここで、前記有機半導体層は単層または多層で形成することができる。
【実施例】
【００３８】
以下では実施例により本発明をより詳細に説明する。但し、以下の実施例は本発明を例示するためのものであって、本発明の範囲がこれらによって限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
ｎ−ドーピングされたシリコンウェハを基板およびゲート電極として用い、その上に熱処理によって成長製造されたシリコンオキシド（３００ｎｍ）をゲート絶縁膜として用いた。前記ゲート絶縁膜上に電子ビーム（ｅ−ｂｅａｍ）を利用して金からなるソース電極およびドレイン電極を形成した。上記のように準備した基板をＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン；ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）で処理した。上記のようにソース電極とドレイン電極が形成された基板上に、クロロベンゼンに０．２ｗ／ｖ％で溶かした本発明に係る化合物Ｓ−１４と、クロロベンゼンに０．２ｗ／ｖ％で溶かしたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）とを５０：５０で混合した溶液を５００ｒｐｍの速度で３０秒間スピンコーティングし、１００℃で１時間熱処理して有機半導体層を形成した。この時、有機トランジスタのチャネル幅と長さは各々３００μｍと１０μｍであった。
【００４０】
前記製造された有機トランジスタの飽和領域における電荷移動度は０．００９ｃｍ２／Ｖ．ｓであり、ｏｎ／ｏｆｆ  ｒａｔｉｏは１０４であった。
【００４１】
比較例１
前記実施例１の製造方法中、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いることなく、クロロベンゼンに本発明に係る化合物Ｓ−１４を０．４ｗ／ｖ％で溶かした溶液を用いたことを除いては、同じ方法により有機トランジスタを製造した。
【００４２】
前記製造された有機トランジスタの飽和領域における電荷移動度は０．００３ｃｍ２／Ｖ．ｓであり、ｏｎ／ｏｆｆ  ｒａｔｉｏは１０３であった。
【００４３】
実施例２
前記実施例１の製造方法中、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いることなく、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）を用いたことを除いては、同じ方法により有機トランジスタを製造した。
【００４４】
前記製造された有機トランジスタの飽和領域における電荷移動度は０．００６ｃｍ２／Ｖ．ｓであり、ｏｎ／ｏｆｆ  ｒａｔｉｏは１０３であった。
【００４５】
実施例３
前記実施例１の製造方法中、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いることなく、ポリビスフェノールＡ（ｐｏｌｙｂｉｓｐｈｅｎｏｌ  Ａ）を用いたことを除いては、同じ方法により有機トランジスタを製造した。
【００４６】
前記製造された有機トランジスタの飽和領域における電荷移動度は０．００８ｃｍ２／Ｖ．ｓであり、ｏｎ／ｏｆｆ  ｒａｔｉｏは１０３であった。
【００４７】
実験例
実施例１および比較例１で製造された有機トランジスタ上にポジティブフォトレジスト（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ＰＲ）（ＡＺ１５１２）を３０００ｒｐｍの速度で３２秒間スピンコーティングし、９５℃で９５秒間熱処理してＰＲ（フォトレジスト）層を形成した後、ＡＺ３４０：脱イオン水（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ  ｗａｔｅｒ）（＝１：３）溶液に６０秒間浸漬することにより、有機トランジスタ上にＰＲ層を形成した。
【００４８】
ＰＲ層の形成後、実施例１で製造された有機トランジスタの飽和領域における電荷移動度は０．００６ｃｍ２／Ｖ．ｓである反面、ＰＲ層の形成後、比較例１で製造された有機トランジスタはその性能が観測できなかった。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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