(57)【要約】【課題】有機コンプリメンタリ回路のｎ型成分として開発された材料は少なく、電子装置に好適なｎ型半導体材料の選択肢が狭かった。【解決手段】複数の電極と接触する半導体層を含む電子装置であって、前記半導体層は下記化１および化２に示される幾何異性体のどちらかまたは両方が存在する化合物を含み、    【化１】2005045266.tif 000045          （トランス）    【化２】2005045266.tif 000046            （シス）  前記化１、および化２中、多環状部分のｎは１、２、または３であり、Ｒ１およびＲ２は炭化水素環および複素環基からなる群から独立に選択され、Ｒ１およびＲ２は同じまたは異なる炭化水素環または複素環基、またはＲ１とＲ２の一つが炭化水素環でもう一つが複素環基であることを特徴とする電子装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極と接触する半導体層を含む電子装置であって、
前記半導体層は下記化１および化２に示される幾何異性体のどちらかまたは両方が存在する化合物を含み、
【化１】
2005045266.tif 000041
（トランス）
【化２】
2005045266.tif 000042
（シス）
前記化１、および化２中、
多環状部分のｎは１、２、または３であり、
Ｒ１およびＲ２は炭化水素環および複素環基からなる群から独立に選択され、Ｒ１およびＲ２は同じまたは異なる炭化水素環または複素環基、またはＲ１とＲ２の一つが炭化水素環でもう一つが複素環基であることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
薄膜トランジスタであって、
絶縁層と、
ゲート電極と、
半導体層と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、を含み、
前記ゲート電極と前記半導体層の両者が前記絶縁層に接触し、前記ソース電極と前記ドレイン電極の両者が前記半導体層に接触する限り、前記絶縁層、前記ゲート電極、前記半導体層、前記ソース電極、および前記ドレイン電極がいかなる順序であってもよく、前記半導体層は下記化３、化４に示される幾何異性体のどちらかまたは両方が存在する化合物を含み、
【化３】
2005045266.tif 000043
（トランス）
【化４】
2005045266.tif 000044
（シス）
前記化３、および化４中、
多環状部分のｎは１、２、または３であり、
Ｒ１およびＲ２は炭化水素環および複素環基からなる群から独立に選択され、Ｒ１およびＲ２は同じまたは異なる炭化水素環または複素環基、またはＲ１とＲ２の一つが炭化水素環でもう一つが複素環基であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと呼ぶ）は電子装置用集積回路の主要部品である。有機材料系ＴＦＴは一般にシリコン結晶またはポリシリコンＴＦＴなどの通常のシリコン系のものより性能特性が低いにもかかわらず、高い易動度を必要としない分野における用途には十分に有用である。これらにはイメージセンサ、アクティブマトリックス液晶ディスプレイなどの広域デバイスや、スマートカード、無線認識票などの低価格マイクロエレクトロニクスが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
有機またはポリマー材料から作られたＴＦＴは潜在的に極めて低価格であり、また、機械的耐久性、構造的柔軟性、小型軽量性、およびデバイスの活性媒体中に直接埋め込まれる可能性を提供することができ、したがって、製造コストが下がり移送可能にするための装置の小型化が推進されるなど、前記分野において機能的・構造的に通常のシリコン技術より望ましい可能性がある。
【０００３】
現在、最先進の有機ＴＦＴはペンタセンおよびオリゴまたはポリチオフェン系のものである。これらの材料の易動度および電流オン／オフ比における性能は今日、ディスプレイ用アクティブマトリックスアドレス指定アレイまたは基本的なスイッチングおよび記憶装置などの多くの用途の要求を満たしている。しかし、望ましい性質の化合物の大部分はｐ型であって、ソース電圧に対して負のゲート電圧を掛けてデバイスのチャネル領域に正電荷（ホール）を生じさせることを意味する。しかし、コンプリメンタリ回路を形成するにはｐ型およびｎ型半導体材料の両者が必要である。通常のＴＦＴ回路に対するコンプリメンタリ回路の利点には、高いエネルギー効率、長い寿命、およびよりよいノイズ許容度が含まれる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６３８７７２７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１６４８３５号明細書
【特許文献３】米国特許第４５８７１８９号明細書
【特許文献４】米国特許第５２２５３０７号明細書
【非特許文献１】アミット  バベルら、  “Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｉｎ  Ｔｈｉｎ‐Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｆｒｏｍ  ａｎ  ｎ‐Ｔｙｐｅ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ，”  Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．  １４，  Ｎｏ．  ５，  ｐｐ．  ３７１−３７４  （Ｍａｒｃｈ  ４，  ２００２）
【非特許文献２】エイチ  イー  カッツら、  “Ａ  ｓｏｌｕｂｌｅ  ａｎｄ  ａｉｒ‐ｓｔａｂｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ，”  Ｎａｔｕｒｅ，  Ｖｏｌ．  ４０４，  ｐｐ．  ４７８−４８０  （Ｍａｒｃｈ  ３０，  ２０００）
【非特許文献３】パトリック  アール  エル  マレンファントら、  “Ｎ‐ｔｙｐｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ‐ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｆｉｅｌｄ‐ｅｆｆｅｃｔ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ａ  Ｎ，Ｎ´‐ｄｉａｌｋｙｌ‐３，４，９，１０‐ｐｅｒｙｌｅｎｅ  ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ  ｄｉｉｍｉｄｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ，”  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ８０，  Ｎｏ．  １４，  ｐｐ．  ２５１７−２５１９  （Ａｐｒｉｌ  ８  ２００２）
【非特許文献４】ホワード  イー  カッツら、  “Ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ  Ｄｉｉｍｉｄｅ‐Ｂａｓｅｄ  ｎ‐Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ：  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｈｉｏｌ‐Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｇｏｌｄ  Ｃｏｎｔａｃｔｓ，”  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．，  Ｖｏｌ．  １２２，  ｐｐ．  ７７８７‐７７９２  （２０００)
【非特許文献５】ジェイ  エイチ  ションら、  “Ｐｅｒｙｌｅｎｅ：  Ａ  ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｆｉｅｌｄ‐ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ，”  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ７７，  Ｎｏ．  ２３，  ｐｐ．  ３７７６‐３７７８  （Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ４，  ２０００)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
好適なｎ型有機材料および周囲条件下でのｎ伝導性ラジカルアニオンの低安定性を予測する理論的議論が乏しいので、斯様な有機コンプリメンタリ回路のｎ型成分として開発された材料は少ない。電子装置に好適なｎ型半導体材料の選択肢を拡げる発明が必要であり、本発明はこれを解決しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、複数の電極と接触した半導体層を含む電子装置を提供することにより、前記半導体層は下記に示す幾何異性体、化１、化２のどちらかまたは両方が存在する化合物を含み、
【化１】
2005045266.tif 000002
（トランス）
【化２】
2005045266.tif 000003
（シス）
【０００７】
上記化１、および化２中、多環状部分のｎは１、２、または３であり、Ｒ１およびＲ２は炭化水素環および複素環基からなる群から独立に選択され、Ｒ１およびＲ２は同じまたは異なる炭化水素環または複素環基、またはＲ１とＲ２の一つが炭化水素環でもう一つが複素環基である。
【０００８】
また、第２の発明は、絶縁層と、ゲート電極と、半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、を含む薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極と前記半導体層の両者が前記絶縁層に接触し、前記ソース電極と前記ドレイン電極の両者がともに前記半導体層に接触する限り、前記絶縁層、前記ゲート電極、前記半導体層、前記ソース電極、および前記ドレイン電極がいかなる順序であってもよく、前記半導体層は下記構造式化３、化４に示される幾何異性体のどちらかまたは両方が存在する化合物を含み、
【化３】
2005045266.tif 000004
（トランス）
【化４】
2005045266.tif 000005
（シス）
【０００９】
上記化３、および化４中、多環状部分のｎは１、２、または３であり、Ｒ１およびＲ２は炭化水素環および複素環基からなる群から独立に選択され、Ｒ１およびＲ２は同じまたは異なる炭化水素環または複素環基、またはＲ１とＲ２の一つが炭化水素環でもう一つが複素環基である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
前記電子装置の半導体層は本発明に係る化合物を含み、前記化合物の下記の幾何異性体、化５、化６のどちらかまたは両者が存在し、
【化５】
2005045266.tif 000006
（トランス）
【化６】
2005045266.tif 000007
（シス）
【００１１】
上記化５、および化６中、多環状部分のｎは１、２、または３、特にｎは１または２、ｎは２または３、あるいはｎは２であり、Ｒ１およびＲ２は炭化水素環と複素環基からなる群から独立に選択され、Ｒ１およびＲ２は同じまたは異なる炭化水素環、同じまたは異なる複素環基、またはＲ１とＲ２の一つが炭化水素でもう一つが複素環基である。
【００１２】
本発明に係る化合物の両幾何異性体は、電子装置の半導体層に用いられるときｎ型半導体材料として機能すると考えられる。実施態様における半導体層は本発明に係る化合物の幾何異性体のどちらかまたは両者のみからなる。別の実施態様において、半導体層は本発明に係る化合物の幾何異性体のどちらかまたは両者からなり、さらに１乃至２以上の異なるｎ型半導体材料を含み、種々の成分の重量比は約１０％（本発明に係る化合物）／９０％（他の材料）乃至約９０％（本発明に係る化合物）／１０％（他の材料）など好適な比率であってもよい。
【００１３】
前記「多環状部分」という用語には無置換体および置換体の双方を含む。多環状部分の置換体において、置換数は１、２、３、またはそれ以上などで、置換基はたとえばハロゲン、炭化水素基、またはヘテロ原子含有基であってもよい。多環状部分に二つ以上の置換基があるとき、各置換基は互いに同じでも異なってもよい。多環状部分上の一つ以上の置換基はどの位置にあってもよく、換言すればいかなる好適な置換パターンもとることができる。たとえば、多環状部分の一つの置換基は置換位置が下記化７に示される１、２、３、または４のどの位置であってもよい。
【化７】
2005045266.tif 000008
【００１４】
上記構造式化７中の多環状部分上の二つの置換基は化７中に示した位置番号の、たとえば１と２、１と３、２と４、２と３、または１と４の位置にあってもよい。
【００１５】
また、上記化７中の多環状部分上のハロゲン置換基としては臭素、フッ素、塩素、およびヨウ素であってもよい。
【００１６】
置換基として、多環状部分上の炭化水素基としてはたとえば、（ａ）メチル、エチル、プロピル、２−メチルプロピルなど、炭素数１ないし１６の直鎖状または分岐状アルキル基、であってもよいし、（ｂ）フェニル基であってもよい。
【００１７】
置換基として、多環状部分上のヘテロ原子含有基としてはたとえば、（ａ）メトキシ、エトキシ、ブトキシなど、２乃至１６の炭素原子と酸素原子、特に２乃至１０の炭素原子と酸素原子、を有するアルコキシ基、であってもよいし、（ｂ）−Ｎ（Ｒ３）（Ｒ４）で表され、前記Ｒ３およびＲ４が互いに同じまたは異なり、たとえば水素または炭素数１ないし１０のアルキルまたはアリール基である、−ＮＨ２、−Ｎ（ＣＨ３）２、−Ｎ（Ｃ６Ｈ５）２など、のアミノ基、であってもよいし、（ｃ）ニトロ基（ＮＯ２）であってもよいし、（ｄ）シアノ基（ＣＮ）であってもよい。
【００１８】
上記化７において、ｎが１、２、および３の多環状部分の例として下記に化合物の幾何異性体の例を挙げる。
【００１９】
化７において、ｎが１の例である。
【化８】
2005045266.tif 000009
【００２０】
化７において、ｎが２の例である。
【化９】
2005045266.tif 000010
【００２１】
化７において、ｎが３の例である。
【化１０】
2005045266.tif 000011
【００２２】
ここで、Ｒ１および／またはＲ２が炭化水素環であるときについて述べる。ここで、炭化水素環とは無置換体および置換体の両者を含む。無置換体において、炭化水素環は１、２、３、またはより多くの環を含んでもよく、またたとえば３乃至約３０の炭素原子を含んでもよく、その炭素環はたとえば下記のものでもよい。すなわち、（ａ）ベンゾ環であってもよいし、（ｂ）ナフタレンジイル環であってもよいし、（ｃ）不飽和または飽和、たとえば３乃至２０の炭素原子を含む脂環式炭化水素であってもよく、脂環式炭化水素の例としてはシクロプロピレン、３−メチルシクロブチレン、２，４−シクロペンタジエニレンなどであってもよい。
【００２３】
次に、Ｒ１および／またはＲ２がヘテロ環基であるときについて述べる。ここで、ヘテロ環基とは無置換体および置換体の両者を含む。無置換体において、ヘテロ環基は１、２、３、またはより多くの環を含んでもよく、１、２、３、またはより多くの同じか、または異なるヘテロ原子が環の中にあってもよく、ヘテロ原子はたとえばＮ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、およびＳｅであってもよい。無置換体において複素環基は炭素原子およびへテロ原子の数にして３乃至２０原子を含んでよく、たとえばピリド（ｐｙｒｉｄｏ）、チエノ（ｔｈｉｅｎｏ）、フロ（ｆｕｒｏ）、およびピロ（ｐｙｒｒｏ）が挙げられる。
【００２４】
次に、Ｒ１および／またはＲ２が置換炭化水素環および置換ヘテロ環基から選択された場合を検討する。炭化水素環の置換体とヘテロ環基の置換体において、１、２、３、またはより多くの環置換基による置換があり、環置換基はたとえばアルキル基、アルキルオキシ基、ハロゲン、窒素含有基であってもよい。また、二つ以上の環置換基があるとき、各環置換基は互いに同じか、または異なってもよい。一つ、二つ、またはそれ以上の環置換基はいかなる好適な位置に置換してもよく、換言すればいかなる好適な置換パターンを採用してもよい。
【００２５】
環置換基として用いられるアルキル基は、たとえばメチル、エチル、プロピル、２−メチルプロピルなど、たとえば炭素数１乃至約１０の直鎖状または分岐状のものであってもよい。
【００２６】
環置換基として用いられるアルキルオキシ基は、たとえばメトキシ、エトキシ、ブトキシなど、２乃至約１６の炭素原子および酸素原子、特に２乃至約１０の炭素原子および酸素原子を有するものであってもよい。
【００２７】
環置換基として用いられるハロゲンは、臭素、フッ素、塩素、およびヨウ素であってもよい。
【００２８】
環置換基として用いられる窒素含有基は、たとえば、（ａ）−Ｎ（Ｒ３）（Ｒ４）で表され、前記Ｒ３およびＲ４が互いに同じまたは異なり、たとえば水素または炭素数１ないし１０のアルキルまたはアリール基である、−ＮＨ２、−Ｎ（ＣＨ３）２、−Ｎ（Ｃ６Ｈ５）２など、のアミノ基、であってもよいし、（ｂ）ニトロ基（ＮＯ２）であってもよいし、（ｃ）シアノ基（ＣＮ）であってもよい。
【００２９】
本発明の実施態様において、本発明に係る化合物の幾何異性体について、下記に示す例を挙げることができる。
【００３０】
上記化７において、ｎが１のときの例を挙げる。
【化１１】
2005045266.tif 000012
【化１２】
2005045266.tif 000013
【化１３】
2005045266.tif 000014
【化１４】
2005045266.tif 000015
【化１５】
2005045266.tif 000016
【化１６】
2005045266.tif 000017
【化１７】
2005045266.tif 000018
【化１８】
2005045266.tif 000019
【化１９】
2005045266.tif 000020
【化２０】
2005045266.tif 000021
【化２１】
2005045266.tif 000022
【００３１】
上記化７において、ｎが２のときの例を挙げる。
【化２２】
2005045266.tif 000023
【化２３】
2005045266.tif 000024
【化２４】
2005045266.tif 000025
【化２５】
2005045266.tif 000026
【化２６】
2005045266.tif 000027
【化２７】
2005045266.tif 000028
【化２８】
2005045266.tif 000029
【化２９】
2005045266.tif 000030
【化３０】
2005045266.tif 000031
【化３１】
2005045266.tif 000032
【化３２】
2005045266.tif 000033
【化３３】
2005045266.tif 000034
【化３４】
2005045266.tif 000035
【００３２】
上記化７において、ｎが３のときの例を挙げる。
【化３５】
2005045266.tif 000036
【化３６】
2005045266.tif 000037
【００３３】
一例として、多環状部分が無置換、ｎが２、Ｒ１およびＲ２が無置換のベンゾ基であるとき、本化合物は化２２に示すベンズイミダゾールペリレンテトラカルボン酸ジイミド（以下ＢＺＰと呼ぶ）である。ＢＺＰの合成プロセスは既知で、ＢＺＰは市販されている。ＢＺＰの合成プロセスの例を実施例１に述べる。
【００３４】
化３７の反応式（Ｒ１とＲ２が同じなのでＲで示す）に示すように、本化合物は一般に適当なテトラカルボン酸または対応する酸無水物と適当なアミンをキノリンなどの溶媒中で、触媒の存在下に１８０℃乃至２３０℃などの高温で加熱する縮合反応によって調製される。Ｒ１とＲ２が異なるときは、テトラカルボン酸または対応する酸無水物と適当なアミンとの二段階反応が用いられる。
【化３７】
2005045266.tif 000038
【００３５】
上記化３７で得られた、幾何異性体を含む化合物のうち、シスおよびトランス型のどちらかまたは両方を用いてもよい。この二つの幾何異性体の混合物を用いるときは、約５％（シス体）／９５％（トランス体）乃至約９５％（シス体）／５％（トランス体）などの適当な重量比を用いることができる。一つの幾何異性体のみ、または一つの幾何異性体が主要部分である混合物を用いたいときには、望みの幾何異性体を他の幾何異性体から単離するためにいかなる適当な分離および精製法を利用してもよい。たとえば、カラムクロマトグラフィおよび真空昇華などの方法を用いることができる。
【００３６】
本化合物の幾何異性体を含む半導体層を形成するためにいかなる好適な方法を用いてもよい。実施態様において急速昇華法による蒸着を用いることができる。かかる方法の一つは基材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と本化合物を粉体として入れる原料容器とを含む槽を約１．３３×１０−２乃至１．３３×１０−４Ｐａ（約１０−５乃至１０−７ｔｏｒｒ）に減圧することである。本化合物が基材上に昇華するまでこの槽を加熱する。このようにして得られる薄膜の電荷キャリア易動度は、プロセス中の加熱速度、最高原料温度および／または基材温度を注意深く制御することにより加減することができる。さらに、溶液被着による被着製膜を用いることもできる。前記溶液被着という用語については、スピンコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スタンピングなど、あらゆる液体組成物対応可能な被着方法を指す。
【００３７】
実施態様において、本発明は電子装置において半導体層が必要なあらゆる場合に利用できる。前記電子装置という用語については、たとえばマイクロおよびナノサイズのトランジスタおよびダイオードなどのマイクロおよびナノ電子装置を指す。トランジスタの例としては、たとえば薄膜トランジスタ、特に有機電界効果トランジスタなどがある。
【００３８】
図1は、基材１６、これに接する金属端子１８（ゲート電極）および上に二つの金属端子、ソース電極２０およびドレイン電極２２、が被着した絶縁層１４を含む薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」）構成１０を概念的に示す。図に示すように、金属端子２０と２２との上および間に有機半導体層１２がある。
【００３９】
図２は、基材３６、ゲート電極３８、ソース電極４０およびドレイン電極４２、絶縁層３４、および有機半導体層３２を含む別のＴＦＴ構成３０を概念的に示す。
【００４０】
図３は、基材およびゲート電極として作用する大量にｎ−ドープしたシリコンウエハ５６、熱成長酸化ケイ素絶縁層５４、および上にソース電極６０とドレイン電極６２が被着した有機半導体層５２を含むさらに別のＴＦＴ構成５０を概念的に示す。
【００４１】
図４は、基材７６、ゲート電極７８、ソース電極８０、ドレイン電極８２、有機半導体層７２、および絶縁層７４を含む別のＴＦＴ構成７０を概念的に示す。
【００４２】
半導体層の組成と形成について以下に述べる。
【００４３】
基材はたとえばシリコン、ガラス板、プラスチックフィルムまたはシートで作ることができる。構造的に柔軟な装置には、たとえばポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドのシートなどのプラスチック基材が好ましい。基材の厚みは、たとえば約１０マイクロメートル乃至１０ミリメートル以上でもよいが、特にフレキシブルプラスチック基材については約５０乃至約１００マイクロメートル、ガラスやシリコンなどの硬質基材には約１乃至約１０ミリメートルが好適である。
【００４４】
次にゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極の組成を検討する。ゲート電極は金属薄膜、導電性ポリマー膜、導電性インキまたはペーストから作られる導電性膜、または大量にドープしたシリコンなどの基材自体であってもよい。ゲート電極材料の例はアルミニウム、金、クロミウム、酸化インジウム錫、ポリスチレンスルホネートでドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＳＳ−ＰＥＤＯＴ）などの導電性ポリマー、カーボンブラック／グラファイトを含む導電性インキ／ペーストまたはアチソンコロイド社から得られるＥＬＥＣＴＲＯＤＡＧ（商標）などのポリマーバインダに分散したコロイド銀を含むがこれに限定されない。ゲート電極層は真空蒸着、金属または導電性金属酸化物のスパッタリング、スピンコーティング、キャスティングまたは印刷による導電性ポリマー溶液または導電性インキの塗布によって作ることができる。ゲート電極層の厚みはたとえば金属膜では約１０乃至約２００ナノメートル、ポリマー導電体では約１乃至１０マイクロメートルの範囲である。ソースおよびドレイン電極層は半導体層に低抵抗オーム接触を提供する材料から作ることができる。ソースおよびドレイン電極としての使用に好適な通常の材料は金、ニッケル、アルミニウム、白金、導電性ポリマーおよび導電性インクなどのゲート電極材料を含む。ソースおよびドレイン電極の通常の厚みはたとえば約４０ナノメートル乃至約１マイクロメートルであるが、より具体的には厚みは約１００乃至約４００ナノメートルである。
【００４５】
絶縁層は一般に無機材料膜または有機ポリマー膜でよい。絶縁層に好適な無機材料を説明する例には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムジルコニウムなどが挙げられ、絶縁層用の有機ポリマーを説明する例にはポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（ビニルフェノール）、ポリイミド、ポリスチレン、ポリ（メタクリレート）類、ポリ（アクリレート）類、エポキシ樹脂などが含まれる。絶縁層の厚みは用いられる誘電材料の誘電定数に依存し、たとえば約１０ナノメートル乃至約５００ナノメートルである。絶縁層の厚みの例は約１００ナノメートル乃至約５００ナノメートルである。絶縁層の導電率はたとえば約１０−１２Ｓ／ｃｍ未満でもよい。
【００４６】
ゲート電極および半導体層の両者が絶縁層に接触し、ソース電極およびドレイン電極の両者が半導体層に接触している限りにおいて、絶縁層、ゲート電極、半導体層、ソース電極、およびドレイン電極はいかなる順序に形成されてもよい。「いかなる順序」ということは順次および同時形成を含む。たとえば、ソース電極とドレイン電極は同時にまたは順次に形成することができる。電解効果トランジスタの構成、製造、および操作はバオらの米国特許第６１０７１１７号明細書に記載され、その開示された内容は参照により全てここに含まれる。
【００４７】
半導体層の厚みはたとえば約１０ナノメートル乃至約１マイクロメートル、もしくは約３０乃至約１５０ナノメートル、の範囲である。ＴＦＴ装置は幅Ｗおよび長さＬの半導体チャネルを含む。半導体チャネル幅は、たとえば約１マイクロメートル乃至約５ミリメートル、特殊なチャネル幅は約５マイクロメートル乃至約１ミリメートルでよい。半導体チャネルの長さはたとえば約１マイクロメートル乃至約１ミリメートル、特殊なチャネルの長さは約５マイクロメートル乃至約１００マイクロメートルであってもよい。
【００４８】
ソース電極が接地され、ドレイン電極に一般にたとえば約０ボルト乃至約マイナス８０ボルトのバイアス電圧を掛けて、ゲート電極に一般に約プラス２０ボルト乃至マイナス８０ボルトの電圧を掛けたときに半導体チャネルを越えて輸送される電荷キャリアが集められる。
【００４９】
電気的性能特性に関しては、本電子装置の半導体層はたとえば約１０-３ｃｍ２／Ｖ・ｓ（平方センチメートル／ボルト・秒）より大きいキャリア易動度およびたとえば約１０−５Ｓ／ｃｍ（ジーメンス／センチメートル）未満の導電性を有する。本発明によって作られた薄膜トランジスタは２０℃でたとえば約１０３より大きいオン／オフ比を有する。オン／オフ比とはトランジスタがオンのときのソース‐ドレイン電流とトランジスタがオフのときのソース‐ドレイン電流との比である。
【００５０】
特に断りの無い限りパーセントおよび部は重量による。ここで用いる室温は約２５℃の温度を意味する。
【実施例】
【００５１】
（実施例１）  ＜ＢＺＰ（化２２の化合物）の合成＞
約５．８５グラムの３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、２６．７７グラムのｏ−フェニレンジアミンおよび７ミリリットルの氷酢酸を丸底フラスコ中で混合した。次に得られた混合物を撹拌下に８時間、２１０℃に加熱し、次いで室温に冷却した。次に混合物を焼結ガラスろ過器でろ過して固体生成物を得た。次にその固体を１リットルのメタノールで洗浄し、０．５リットルの１パーセント水酸化ナトリウム溶液でスラリー化した。再ろ過後、その固体を６００ミリリットルの水で洗浄し、次いでオーブンを用い８０℃で一夜乾燥し、７．５グラムのＢＺＰを得た。粗生成物をさらに二回昇華して有機ＴＦＴ用とした。
【００５２】
＜装置の製造＞
たとえば、図３に概念的に示すような上接触薄膜トランジスタを選択した。試験装置は上に約３００ナノメートルの厚みの酸化ケイ素層を熱成長させたｎ−ドープしたシリコンウエハを含む。このウエハはゲート電極として機能し、一方酸化ケイ素層はゲート誘電体として作用し約１０ｎＦ／ｃｍ２（ナノファラッド／平方センチメートル）の静電容量を有した。このシリコンウエハを先ずイソプロパノール、酸素プラズマ、イソプロパノールで洗浄し、空気乾燥した。次いで清浄な基材を１，１，１，３，３，３，−ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、オクチルトリクロロシラン（ＯＴＳ８）、フェニレントリクロロシラン（ＰＴＳ）などの種々のシラン剤の０．１モル溶液に６０℃で１０分間浸漬した。次に、このウエハをジクロロメタンで洗浄して乾燥した。次いで厚み約５０ナノメートル乃至１００ナノメートルの試験半導体ＢＺＰ層を約１．３３×１０−３Ｐａ（１０−６ｔｏｒｒ）の高真空下に酸化ケイ素誘電体層の上に付着させた。基材の温度は室温、７０または１２０℃に保たれた。その後、約５０ナノメートルの金のソースおよびドレイン電極を種々のチャネル長さおよび幅のシャドーマスクを通して半導体層の上に真空蒸着させ、一連の種々の大きさのトランジスタを作った。
【００５３】
＜装置の評価＞
電界効果トランジスタの性能の評価はケースレー４２００ＳＣＳ半導体評価システムを用い、周囲条件のブラックボックス（周辺光を排除した密閉箱）中で行った。キャリアの易動度、μ、は飽和状態（ゲート電圧、ＶＧ＜ソース‐ドレイン電圧、ＶＳＤ）におけるデータから下記式（１）に従って計算した。
ＩＳＤ＝Ｃｉμ（Ｗ／２Ｌ）（ＶＧ−ＶＴ）２        （１）
【００５４】
上記式（１）中、ＩＳＤは飽和状態のドレイン電流、ＷおよびＬはそれぞれ半導体チャネルの幅および長さ、Ｃｉはゲート誘電層の単位面積あたりの静電容量、ＶＧおよびＶＴはそれぞれゲート電圧および閾電圧である。装置のＶＴは飽和状態のＩＳＤの平方根と装置のＶＧとの間の関係から、測定データをＩＳＤ＝０に外挿することによって決定した。
【００５５】
電界効果トランジスタの別の性質はその電流オン／オフ比である。これは蓄積状態の飽和ソース‐ドレイン電流と枯渇状態のソース‐ドレイン電流との比である。最初の測定の後、老化実験のために装置を周辺条件に保った。
【表１】
2005045266.tif 000039
【表２】
2005045266.tif 000040
【００５６】
装置の伝達特性はＢＺＰがｎ−型半導体であることを示した。表1に異なる表面処理層を有する装置の性能をまとめる。これらの実験で基材温度は７０℃に保った。ＨＭＤＳ処理した基材を有する装置は低いターンオン電圧、高い易動度、および高いオン／オフ比を示した。ＯＴＳ８処理した基材を有する装置は高い電流オン／オフ比を示したが、大きいターンオン電圧と低い易動度を有していた。表２にＨＭＤＳ処理した基材を有する装置の異なる基材温度における性能をまとめる。室温の基材を有する装置は性能が劣った。一方、７０℃または１２０℃などの高温では、装置は低いターンオン電圧、高い易動度、および良いオン／オフ比を示した。一般に、種々の表面に作られた装置の伝達特性を比較すると、ＨＭＤＳ処理した表面を有し基材温度が１２０℃の装置が最もより性能を示すことが明らかに分かる。
【００５７】
より重要なことに、老化実験はＢＺＰの空気中での安定性が大部分の他の有機ＴＦＴ、特に空気に曝すとＴＦＴ特性を失うｎ−型半導体を有するもの、に比べて優れていることを示した。下層としてＨＭＤＳ処理したウエハを有し、下層温度が７０℃である新たに作った装置は電界効果易動度１．２８×１０−３ｃｍ２／Ｖ・ｓおよび電流オン／オフ比約４．９×１０５を示した。暗所で一ヶ月間周囲の酸素に曝した後、易動度５．５×１０−４ｃｍ２／Ｖ・ｓおよび電流オン／オフ比１．４×１０５が観察された。わずかな性能の劣化が検知されたのみであった。
【００５８】
（実施例２）  ＜化２９の化合物の合成＞
約５．８５グラムの３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、１８．５グラムの３,４−ジアミノトルエンおよび７ミリリットルの氷酢酸を丸底フラスコ中で混合した。得られた混合物を次に撹拌下に８時間、２１０℃に加熱し、次いで室温に冷却した。次に混合物を焼結ガラスろ過器でろ過することにより固体生成物を得た。次にこの固体を１リットルのメタノールで洗浄し、０．５リットルの１％水酸化ナトリウム溶液でスラリー化した。再度ろ過した後、この固体を６００ミリリットルの水で洗浄し、次いでオーブンを用い８０℃で一夜乾燥し７．８グラムの化２９に示される化合物を得た。この粗製品をさらに二回昇華によって精製し、有機ＴＦＴ用とした。
【００５９】
（実施例３）［仮想実施例］  ＜化１８の化合物の合成＞
約０．０１５モルの１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、０．０２モルのｏ−フェニレンジアミンおよび７ミリリットルの氷酢酸を丸底フラスコ中で混合する。次に、得られた混合物を撹拌下に８時間、２１０℃に加熱し、次いで室温に冷却する。次に混合物を焼結ガラスろ過器でろ過することにより固体生成物を得る。次にこの固体を１リットルのメタノールで洗浄し、０．５リットルの１％水酸化ナトリウム溶液でスラリー化する。再度ろ過したのち、この固体を６００ミリリットルの水で洗浄し、次いでオーブンを用い８０℃で一夜乾燥する。この粗生成物を次のステップの反応に用いる。
【００６０】
約０．０１モルの上記生成物、０．０３モルの２，３−ナフタレンジアミンおよび７ミリリットルの氷酢酸を丸底フラスコ中で混合する次に得られた混合物を撹拌下に８時間、２１０℃に加熱し、次いで室温に冷却する。次にこの混合物を焼結ガラスろ過器でろ過することによって固体生成物を得る。次にこの固体を１リットルのメタノールで洗浄し、０．５リットルの１％水酸化ナトリウム溶液でスラリー化する。再度ろ過した後、この固体を６００ミリリットルの水で洗浄し、次いでオーブンを用い８０℃で一夜乾燥する。この粗生成物をカラムクロマトグラフィまたは真空昇華によって分離して化１８の化合物を得る。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】薄膜トランジスタの形状における本発明の第一の実施態様を示す図である。
【図２】薄膜トランジスタの形状における本発明の第二の実施態様を示す図である。
【図３】薄膜トランジスタの形状における本発明の第三の実施態様を示す図である。
【図４】薄膜トランジスタの形状における本発明の第四の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０，３０，５０，７０  ＴＦＴ構成の概念図、  １２，３２，５２，７２  有機半導体層、１４，３４，７４  絶縁層、１６，３６，７６  基材、１８，３８，７８  ゲート電極、２０，４０，６０，８０  ソース電極、２２，４２，６２，８２  ドレイン電極、５４  熱成長酸化ケイ素絶縁層、５６  大量にｎ−ドープしたシリコンウエハ。
【図１】
2005045266.tif 000047
【図２】
2005045266.tif 000048
【図３】
2005045266.tif 000049
【図４】
2005045266.tif 000050