(57)【要約】【課題】電界効果移動度が高い有機半導体素子の製造に有用な有機半導体素子用電極、及び、該有機半導体素子用電極を有する有機半導体素子を安価に提供する。【解決手段】基板１、ゲート電極４、ゲート絶縁膜３、有機半導体層２、ソース電極５及びドレイン電極６を有する有機半導体素子１００であって、前記ゲート絶縁膜上に設けられた自己組織化単分子膜のパターン領域と、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域２０に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極とを有する、有機半導体素子。【選択図】図１
2013058599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる、有機半導体素子用電極。
【請求項２】
基板上に、電極形成領域外の部分領域に設けられる自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、
酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に前記塗工液を自己整合的に配置する工程と、
前記酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜を形成する工程と
を含む、有機半導体素子用電極の製造方法。
【請求項３】
基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜上に設けられた自己組織化単分子膜のパターン領域と、
前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極と
を有する、有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上の前記ゲート絶縁膜上に設定された電極形成領域外に自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、
酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に前記塗工液を自己整合的に配置する工程と、
前記酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と
を含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程で、真空中で加熱することにより、前記塗工液が含有する前記酸化グラフェンナノリボンをグラフェンナノリボンに還元してグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極を形成する、請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載の有機薄膜トランジスタを有する、面状光源。
【請求項７】
請求項３に記載の有機薄膜トランジスタを有する、表示装置。
【請求項８】
基板と、陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられる有機半導体を含む層とを有し、
前記陽極及び陰極うちの少なくとも一方が請求項１に記載の有機半導体素子用電極である、光電変換素子。
【請求項９】
請求項８に記載の光電変換素子を有する太陽電池モジュール。
【請求項１０】
請求項８に記載の光電変換素子を有するイメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体素子用電極及びその製造方法、並びにかかる電極を有する有機半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体薄膜を有する半導体素子として、有機半導体材料を含む有機薄膜を有する有機半導体素子が注目されている。有機半導体素子の製造には、有機半導体材料の他に電極、配線等が必要である。電極、配線等を塗布法により形成するために、金、銀等のナノ粒子を含むナノメタルインクが開発され利用されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】T.  Sekitani,  Y.  Noguchi,  U.  Zshieschang,  H.  Klauk,  and  T.  Someya,  Proc.  Nat.  Acad.  Sci.  105,  4976  (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の技術では、電界効果移動度は高いものの、金、銀等の金属を使用しているために、有機半導体素子の製造コストが上昇する。
【０００５】
そこで、本発明は、電界効果移動度が十分な有機半導体素子を安価に製造することができる有機半導体素子用電極、及びかかる有機半導体素子用電極を有する有機半導体素子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】
本発明は、下記［１］〜［１０］を提供する。
［１］  自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる、有機半導体素子用電極。
［２］  基板上に、電極形成領域外の部分領域に設けられる自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、
酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に前記塗工液を自己整合的に配置する工程と、
前記酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜を形成する工程と
を含む、有機半導体素子用電極の製造方法。
［３］  基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜上に設けられた自己組織化単分子膜のパターン領域と、
前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極と
を有する、有機薄膜トランジスタ。
［４］  基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上の前記ゲート絶縁膜上に設定された電極形成領域外に自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、
酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に前記塗工液を自己整合的に配置する工程と、
前記酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と
を含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。
［５］  前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程で、真空中で加熱することにより、前記塗工液が含有する前記酸化グラフェンナノリボンをグラフェンナノリボンに還元してグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる前記ソース電極及びドレイン電極を形成する、［４］に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
［６］  ［３］に記載の有機薄膜トランジスタを有する、面状光源。
［７］  ［３］に記載の有機薄膜トランジスタを有する、表示装置。
［８］  陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられる有機半導体を含む層とを有し、
前記陽極及び陰極うちの少なくとも一方が［１］に記載の有機半導体素子用電極である、光電変換素子。
［９］  ［８］に記載の光電変換素子を有する太陽電池モジュール。
［１０］  ［８］に記載の光電変換素子を有するイメージセンサー。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の有機半導体素子用電極を有機半導体素子の製造に用いれば、電界効果移動度が十分な有機半導体素子が安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、有機薄膜トランジスタの第１実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図２】図２は、有機薄膜トランジスタの第２実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図３】図３は、有機薄膜トランジスタの第３実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図４】図４は、有機薄膜トランジスタの第４実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図５】図５は、有機薄膜トランジスタの第５実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図６】図６は、有機薄膜トランジスタの第６実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図７】図７は、有機薄膜トランジスタの第７実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図８】図８は、太陽電池の模式的な断面図である。
【図９】図９は、光センサの第１実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、光センサの第２実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、光センサの第３実施形態にかかる模式的な断面図である。
【図１２】図１２は、有機エレクトロルミネッセンス素子の模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、実施例で作製された有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、実施例で作製された酸化グラフェンナノリボンのＡＦＭ像を示す写真図である。
【図１５】図１５は、実施例で作製された酸化グラフェンナノリボンのラマンスペクトルである。
【図１６】図１６は、実施例で作製されたグラフェンナノリボンのＸＰＳスペクトルである。
【図１７Ａ】図１７Ａは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（１）である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（２）である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（３）である。
【図１７Ｄ】図１７Ｄは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（４）である。
【図１７Ｅ】図１７Ｅは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（５）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の有機半導体素子用電極は、自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に設けられたグラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる。
【００１０】
また、本発明の有機半導体素子用電極の製造方法は、電極形成領域外の部分領域に設けられる自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を塗布し、自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に塗工液を自己整合的に配置する工程と、酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜を形成する工程とを含む。
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、各図は、発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさ及び配置が概略的に示されているに過ぎない。本発明は以下の記述によって限定されるものではなく、各構成要素は本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。以下の説明に用いる各図において、同様の要素については同一の符号を付して示し、重複する説明については省略する場合がある。また、本発明の実施形態にかかる構成は、必ずしも図示例の配置で、製造されたり、使用されたりするわけではない。
【００１２】
［酸化グラフェンナノリボンの作製］
酸化グラフェンナノリボン(ＧＯＮＲ)は、例えば、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）をＭｏｄｉｆｉｅｄ  Ｈｕｍｍｅｒｓ法で酸化することにより作製することができる（D.  V.  Kosynkin,  A.  L.  Higginbotham,  A.  Sinitskii,  J.  R.  Lomeda,  A.  Dimiev,  B.  K.  Price,  and  J.  M.  Tour:  Nature  458  (2009)  872.参照）。Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｈｕｍｍｅｒｓ法は、多層カーボンナノチューブを濃硫酸中で過マンガン酸カリウムにより酸化することにより酸化グラフェンナノリボンを得る方法である。
【００１３】
酸化グラフェンナノリボンの作製方法について具体的に説明する。
まず、多層カーボンナノチューブを濃硫酸に加えて、撹拌する。次いで、過マンガン酸カリウムを加えて加熱しつつ撹拌する。放冷後、氷浴上で過酸化水素を含む水に少しずつ加えて懸濁液を得る。得られた懸濁液を減圧ろ過する。得られた固形物を水に溶かして撹拌し、超音波を照射する。得られた溶液を再度減圧ろ過する。超音波の照射とろ過とを繰り返し、真空乾燥することにより酸化グラフェンナノリボンを固体として得ることができる。
【００１４】
［酸化グラフェンナノリボンの還元］
酸化グラフェンナノリボンを還元してグラフェンナノリボン（ＧＮＲ）とする方法の例としては、真空中、或いは水素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中での酸素脱離法（M.  J.  McAllister,  J-L.  Li,  D.  H.  Adamson,  H.  C.  Schniepp,  A.  A.  Abdala,  J,  Liu,  M.  H.  Alonso,  D.  L.,  Milius,  R.  Car,  R.  K.  Prud’homme,  and  A.  Aksay,  Chem.  Mater.,  19,  4396  (2007).参照）、及び還元試薬を用いた化学還元法が挙げられる。化学還元法としては、ヒドラジンによる還元（J.  R.  Lomeda,  C.  D.  Doyle,  D.  V.  Kosynkin,  W.  F.  Hwang,  J.  M.  Tour,  J.  Am.  Chem.  Soc.,  130,  16201  (2008).参照）が挙げられる。
【００１５】
グラフェンナノリボンの作製方法について具体的に説明する。
グラフェンナノリボンの作製、即ち酸化グラフェンナノリボンの還元は、例えば下記（１）又は（２）の方法によって行うことができる。
【００１６】
（１）加熱還元する方法：酸化グラフェンナノリボンを含有する溶液を塗布した基板を加熱する。この加熱還元において、加熱温度は、好ましくは150℃〜300℃であり、より好ましくは200℃〜250℃、更に好ましくは220℃〜240℃である。この加熱還元において、加熱時間は、好ましくは１〜20時間であり、より好ましくは５〜15時間である。
（２）ヒドラジン還元する方法：酸化グラフェンナノリボンを含有する溶液を基板に塗布し、該基板に塗布した溶液に含まれる酸化グラフェンナノリボンにヒドラジン1水和物を加えて反応させて、得られた液体から溶媒を留去する。
【００１７】
［グラフェンナノリボンを含有する薄膜］
ここでグラフェンナノリボンを含有する薄膜の形成方法の例について、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃ、図１７Ｄ及び図１７Ｅを参照して説明する。図１７Ａは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（１）である。図１７Ｂは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（２）である。図１７Ｃは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（３）である。図１７Ｄは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（４）である。図１７Ｅは、自己組織化単分子膜を用いる電極作製工程を説明するための概略的な断面図（５）である。
【００１８】
グラフェンナノリボンを含有する薄膜（電極）の形成方法は、基板上に、電極形成領域外の部分領域に設けられる自己組織化単分子膜のパターン領域を形成する工程と、酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を前記基板上に塗布し、自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に塗工液を自己整合的に配置する工程と、酸化グラフェンナノリボンを還元することによりグラフェンナノリボンを含有する薄膜を形成する工程とを含む。
【００１９】
図１７Ａに示されるように、グラフェンナノリボンを含有する薄膜が形成されるべき基板１を準備する。
【００２０】
図１７Ｂに示されるように基板１の主面に、自己組織化単分子膜を形成する。自己組織化単分子膜の材料の例としては、ODTS(オクタデシルトリクロロシラン)、HMDS(1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン)が挙げられる。以下、（Ｂ１）ODTSを用いる自己組織化単分子膜の形成工程（ODTS処理）、及び（Ｂ２）HMDSを用いる自己組織化単分子膜の形成工程（HMDS処理）について説明する。
【００２１】
（Ｂ１）ODTS処理：基板１を、ODTSのトルエン溶液に浸漬する。この工程は、例えば、アルゴンガス雰囲気下で、基板１を、ODTSのトルエン溶液に浸漬する工程である。次いで、基板１を取り出して洗浄する。この工程は、例えば、基板１をトルエンを用いて超音波洗浄した後、アセトンに換え、さらに超音波洗浄する工程である。最後に基板１を、例えば、加熱することにより乾燥させて、基板１の主面にODTSの自己組織化単分子膜４０を形成する。
（Ｂ２）HMDS処理：基板１の主面に、HMDSの液体を滴下して加熱する。その後、取り出した基板１を、例えば、超音波の照射により洗浄した後、乾燥させることによりHMDSの自己組織化単分子膜４０を形成する。
【００２２】
図１７Ｃに示されるように、HMDS処理後或いはODTS処理後の自己組織化単分子膜４０を有する基板１にシャドーマスク５０を用いて露光工程を行う。シャドーマスク５０は、基板１の部分領域１Ａ（電極形成領域）を露出させる開口部を有しており、かつその他の部分領域１Ｂを覆うことができる形状を有している。露光工程は、例えば、オゾンＵＶ照射である。この工程により基板１の露光された部分領域１Ａの疎水性アルキル基を除去するパターニングを行うことができる。このパターニングにより部分領域１Ａのみを親水性とし、部分領域１Ｂを疎水性とすることができる。
【００２３】
図１７Ｄに示されるように、塗工液６０（インクという場合がある）を準備し、パターニングされた自己組織化単分子膜４０を有する基板１上に塗工液６０を供給する。
【００２４】
塗工液６０は酸化グラフェンナノリボンを媒質（分散媒）に分散させることにより形成し得る。分散媒の例としては、水、メタノール、エタノール、N,N-ジメチルホルムアミド（DMF）、及びこれらの混合溶媒が挙げられる。
【００２５】
塗工液６０の供給は印刷法等の塗布法により行うことができる。好適な塗布法の例としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、及びインクジェットプリント法が挙げられる。
【００２６】
供給された塗工液６０は、疎水性の領域である部分領域１Ｂではじかれるため、親水性の領域である部分領域１Ａのみに自己整合的に配置される。
【００２７】
図１７Ｅに示されるように、供給された塗工液６０のパターン領域、即ちインクが供給（塗布）された基板１に対して所定の処理を行って、インクが含有する酸化グラフェンナノリボンを還元してグラフェンナノリボンとすることにより、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極を形成する。
【００２８】
以下、ソース電極５及びドレイン電極５の形成工程を説明する。ソース電極５及びドレイン電極６は、例えば、以下の工程により作製することができる。
酸化グラフェンナノリボンを含む水溶液である塗工液６０が、部分領域１Ａである電極形成領域に自己整合的に配置された基板１を加熱して、酸化グラフェンナノリボンを還元してグラフェンナノリボンとすることにより、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなるソース電極５及びドレイン電極６を作製する。
【００２９】
［有機半導体素子］
好適な実施形態のグラフェンナノリボンを含有する薄膜は、有機半導体を含む有機薄膜への電荷の注入、或いは、高い電気伝導性、さらには、光吸収によって発生した電荷を授受することができる。したがって、これらの特性を活かして、グラフェンナノリボンを含有する薄膜を電極として有機薄膜トランジスタ、有機エレクトロルミネッセンス素子、光電変換素子等の種々の有機半導体素子に適用することができる。以下、これらの有機半導体素子について説明する。
なお、以下の説明において有機半導体素子が有し得る例えば基板等の構成要素が、例えばゲート電極等のその他の構成要素を一体的に兼ねる態様があり得る。この場合、機能的に同様であれば、一体的に構成されている構成要素を有する態様と２以上の構成要素を有する態様とは互換可能であり、例えば一体的に示されている構成要素を有する態様は２以上の構成要素を有する態様と同一視し得る。
【００３０】
（有機薄膜トランジスタ）
上述したグラフェンナノリボンを含有する薄膜を用いた有機薄膜トランジスタの例としては、ソース電極及びドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となる有機半導体層（即ち、活性層）と、この電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを有する構成を有するものが挙げられ、ソース電極及びドレイン電極が、上述したグラフェンナノリボンを含有する薄膜によって構成される。このような有機薄膜トランジスタの例としては、電界効果型有機薄膜トランジスタ、静電誘導型有機薄膜トランジスタが挙げられる。
【００３１】
電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となる有機半導体層、この電流経路を通る電流量を制御するゲート電極、並びに、有機半導体層とゲート電極との間に配置される絶縁層（即ち、ゲート絶縁膜）を有することが好ましい。
特に、ソース電極及びドレイン電極が、有機半導体層に接して設けられており、さらに有機半導体層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが好ましい。電界効果型有機薄膜トランジスタにおいては、有機半導体層が、有機半導体を含む有機薄膜によって構成される。
【００３２】
静電誘導型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となる有機半導体層、並びに電流経路を通る電流量を制御するゲート電極を有し、このゲート電極が有機半導体層中に設けられていることが好ましい。特に、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層中に設けられたゲート電極が、有機半導体層に接して設けられていることが好ましい。ここで、ゲート電極の構造としては、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流経路が形成され、且つゲート電極に印加した電圧で電流経路を流れる電流量が制御できる構造であればよい。ゲート電極の構成としては、例えば、くし形電極が挙げられる。静電誘導型有機薄膜トランジスタにおいても、有機半導体層が、有機半導体を含む有機薄膜によって構成される。
【００３３】
図１を参照して、有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の第１実施形態について説明する。図１は有機薄膜トランジスタの第１実施形態にかかる模式的な断面図である。
【００３４】
図１に示される有機薄膜トランジスタ１００は、基板１と、基板１上に所定の間隔で離間するように、ソース電極及びドレイン電極が形成される基板１の主面に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を覆うようにして基板１上に形成された有機半導体層２と、有機半導体層２上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に、ソース電極５とドレイン電極６との間の絶縁層３の領域を覆うように、基板１の厚み方向から見たときにソース電極５及びドレイン電極６にまたがって、ゲート電極が形成される絶縁層３に設定された部分領域３Ａである電極形成領域２０に絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、を有する。
【００３５】
図２を参照して、有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の第２実施形態について説明する。図２は有機薄膜トランジスタ第２実施形態にかかる模式的な断面図である。図２に示される有機薄膜トランジスタ１１０は、基板１と、ソース電極が形成される基板１の主面に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成されたソース電極５と、ソース電極５を覆うようにして基板及びソース電極５１上に形成された有機半導体層２と、ソース電極５と所定の間隔で離間するようにドレイン電極が形成される有機半導体層２に設定された部分領域２Ａである電極形成領域２０に形成されたドレイン電極６と、有機半導体層２及びドレイン電極６上に形成された絶縁層３と、ソース電極５とドレイン電極６との間の絶縁層３の領域を覆うように、基板１の厚み方向から見たときにソース電極５及びドレイン電極６にまたがってゲート電極が形成される絶縁層３に設定された部分領域３Ａである電極形成領域２０に形成されたゲート電極４と、を有する。
【００３６】
図３を参照して、有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の第３実施形態について説明する。図３は有機薄膜トランジスタの第３実施形態にかかる模式断面図である。図３に示される有機薄膜トランジスタ１２０は、基板１と、ゲート電極が形成される基板１に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うように基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の領域をそれぞれ一部覆うように、かつ基板１の厚み方向から見たときにゲート電極４にまたがってソース電極及びドレイン電極が形成される絶縁層３に設定された部分領域３Ａである電極形成領域２０に所定の間隔で離間するように形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を一部覆うようにソース電極５及びドレイン電極６にまたがって絶縁層３上に形成された有機半導体層２と、を有する。
【００３７】
図４を参照して、有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の第４実施形態について説明する。図４は有機薄膜トランジスタの第４実施形態にかかる模式的な断面図である。
【００３８】
図４に示される有機薄膜トランジスタ１３０は、基板１と、ゲート電極が形成される基板１に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１及びゲート電極４上に形成された絶縁層３と、基板１の厚み方向から見たときにゲート電極４にまたがるように絶縁層３の領域を一部覆うようにソース電極が形成される絶縁層３に設定された部分領域３Ａである電極形成領域２０に形成されたソース電極５と、ソース電極５を一部覆うように、かつ絶縁層３の一部を露出させるように絶縁層３上に形成された有機半導体層２と、基板１の厚み方向から見たときにゲート電極４にまたがるように有機半導体層２の一部及び絶縁膜３の一部を覆って、ドレイン電極が形成される有機半導体層２及び絶縁層３にそれぞれ設定された部分領域２Ａ、３Ａである電極形成領域２０にソース電極５と所定の間隔で離間するように形成されたドレイン電極６と、を有する。
【００３９】
図５を参照して、有機薄膜トランジスタ（静電誘導型有機薄膜トランジスタ）の第５実施形態について説明する。図５は有機薄膜トランジスタの第５実施形態にかかる模式断面図である。
【００４０】
図５に示される有機薄膜トランジスタ１４０は、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５と、ソース電極５上に形成された有機半導体層２と、ゲート電極が形成される有機半導体層２に設定された部分領域２Ａである電極形成領域２０に所定の間隔で離間するように複数形成された櫛歯状のゲート電極４と、櫛歯状のゲート電極４の全てを一体的に覆うようにして有機半導体層２及びゲート電極４上に形成された有機半導体層２ａ（有機半導体層２ａを構成する材料は、有機半導体層２と同一でも異なっていてもよい）と、有機半導体層２ａ上であって、ドレイン電極が形成される有機半導体層２ａに設定された部分領域２ａＡである電極形成領域２０に基板１の厚み方向から見たときに櫛歯状のゲート電極４に重なるように一体的に形成されたドレイン電極６と、を有する。
【００４１】
図６を参照して、有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の第６実施形態について説明する。図６は有機薄膜トランジスタの第６実施形態にかかる模式断面図である。
【００４２】
図６に示される有機薄膜トランジスタ１５０は、基板１と、基板１上に形成された有機半導体層２と、ソース電極が形成される有機半導体層２に設定された部分領域２Ａである電極形成領域２０に所定の間隔で離間するように形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を一部覆うようにソース電極５及びドレイン電極６にまたがって有機半導体層２上に形成された絶縁層３と、基板１の厚み方向から見たときにソース電極５及びドレイン電極６にまたがるように、ゲート電極が形成される絶縁層３に設定された部分領域３Ａである電極形成領域２０に形成されたゲート電極４と、を有する。
【００４３】
図７を参照して、有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の第７実施形態について説明する。図７は有機薄膜トランジスタの第７実施形態にかかる模式断面図である。
【００４４】
図７に示される有機薄膜トランジスタ１６０は、基板１と、ゲート電極が形成される基板１に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、基板１の厚み方向から見たときにゲート電極４を覆うように形成された有機半導体層２と、基板１の厚み方向から見たときにゲート電極４の一部にまたがるようにソース電極が形成される有機半導体層２に設定された部分領域２Ａである電極形成領域２０に形成されたソース電極５と、基板１の厚み方向から見たときにゲート電極４の一部にまたがるように、かつソース電極５と所定の間隔で離間するようにドレイン電極が形成される有機半導体層２に設定された部分領域２Ａである電極形成領域２０に形成されたドレイン電極６と、を有する。
【００４５】
有機薄膜トランジスタの第１実施形態から第７実施形態において、ソース電極５及びドレイン電極６を、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極によって構成し、有機半導体層２及び／又は有機半導体層２ａの電流通路（チャネル）を構成する。また、ゲート電極４は、電圧を印加することにより有機半導体層２及び／又は有機半導体層２ａにおける電流通路（チャネル）を通る電流量を制御する。
ゲート電極４はグラフェンナノリボンを含有する薄膜により形成することが好ましい。ゲート電極４は、グラフェンナノリボン以外の他の電極材料を使用してもよい。
【００４６】
上述した有機薄膜トランジスタの実施形態のうち、電界効果型有機薄膜トランジスタは、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極を除き、公知の方法、例えば、特開平５−１１００６９号公報に記載の方法により製造することができる。また、上述した有機薄膜トランジスタの実施形態のうち、静電誘導型有機薄膜トランジスタは、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極を除き、公知の方法、例えば、特開２００４−００６４７６号公報に記載の方法により製造することができる。
【００４７】
基板１は、有機薄膜トランジスタとしての特性を阻害しなければ制限されない。基板１としては、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板、プラスチック基板を用いることができる。
【００４８】
有機半導体層２に使用する材料の例としては、キャリア輸送性を有する高分子化合物及び低分子化合物、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェンナノリボン等の分散によるインクの形成が可能な材料、蒸着可能な低分子材料が挙げられる。
【００４９】
有機半導体層２に使用する材料としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ベンゾペンタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ナフトペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ナノアセン等のアセン化合物；フェナントレン、ピセン、フルミネン、ピレン、アンタンスレン、ペロピレン、コロネン、ベンゾコロネン、ジベンゾコロネン、ヘキサブンゾコロネン、ベンゾジコロネン、ビニルコロネン等のコロネン化合物；ペリレン、テリレン、ジペリレン、クオテリレン等のペリレン化合物；トリナフチン、ヘプタフェン、オバレン、ルビセン、ビオラントロン、イソビオラントロン、クリセン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、ビフェニル、トリフェニレン、ターフェニル、クォターフェニル、サーコビフェニル、ケクレン、フタロシアニン、ポルフィリン、フラーレン（Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０フラーレン）、テトラチオフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタン化合物、チオフェンのオリゴマー、ピロールのオリゴマー、フェニレンのオリゴマー、フェニレンビニレンのオリゴマー、チエニレンビニレンのオリゴマー、チオフェンとフェニレンとのオリゴマー、チオフェンとフルオレンとのオリゴマー、これらの誘導体（例えば、テトラセンのベンゼン環付加誘導体であるルブレン等）、フラーレン類の共役系を拡張したカーボンナノチューブ等の低分子有機半導体化合物；ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリトリフェニルアミン、トリフェニルアミンとフェニレンビニレンとの共重合体；チオフェンとフェニレンとの共重合体；チオフェンとフルオレンとの共重合体、チオフェン誘導体とベンゾチアジアゾールの共重合体、これらの誘導体（例えば、ポリチオフェンのアルキル置換体であるポリ（３−ヘキシルチオフェン）等）等の高分子有機半導体化合物が挙げられる。有機半導体層２に使用する材料は、好ましくは、以下の式（１ａ）〜式（１ｏ）で表される化合物である。
【００５０】
【化１】
2013058599.tif 000003
【００５１】
【化２】
2013058599.tif 000004
【００５２】
【化３】
2013058599.tif 000005
【００５３】
【化４】
2013058599.tif 000006
【００５４】
【化５】
2013058599.tif 000007
【００５５】
【化６】
2013058599.tif 000008
【００５６】
【化７】
2013058599.tif 000009
【００５７】
【化８】
2013058599.tif 000010
【００５８】
【化９】
2013058599.tif 000011
【００５９】
【化１０】
2013058599.tif 000012
【００６０】
【化１１】
2013058599.tif 000013
【００６１】
【化１２】
2013058599.tif 000014
【００６２】
【化１３】
2013058599.tif 000015
【００６３】
【化１４】
2013058599.tif 000016
【００６４】
【化１５】
2013058599.tif 000017
【００６５】
上記式（１ａ）〜（１ｏ）中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、及びＲ4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、シリルオキシ基、置換シリルオキシ基、１価の複素環基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。ｎは１以上の整数である。アルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基の炭素原子数は、通常、１〜２０である。アリール基、アリールオキシ基及びアリールチオ基の炭素原子数は、通常、６〜３０である。アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基及びアリールアルキニル基の炭素原子数は、通常、８〜４０である。
上記式（１ａ）〜（１ｏ）中、ｎは、繰り返し単位数であり、通常、１〜１００００の整数である。
【００６６】
有機半導体層２に接して設けられる絶縁層３としては、電気の絶縁性が高い材料として公知のものを用いることができる。絶縁層３の材料としては、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、Ｔａ２Ｏ５、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、有機ガラス、フォトレジスト等が挙げられる。絶縁層３の材料は、駆動電圧をより低くすることができるため、誘電率の高い材料の方が好ましい。
【００６７】
ゲート電極４の材料の例としては、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等が挙げられる。これらの材料は、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、ゲート電極４は、本発明のグラフェンナノリボンを含有する薄膜とすることができる。さらに、ゲート電極４としては、高濃度に不純物がドープされたシリコン基板を用いることも可能である。高濃度に不純物がドープされたシリコン基板は、ゲート電極としての機能とともに、基板としての機能も併せて有する。例えば、上述した第３実施形態の有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極４が基板１を兼ねる構成とした場合、そのような有機薄膜トランジスタは、例えば図１３に示される構造を有する（詳細は後述する）。
【００６８】
ソース電極５及びドレイン電極６は、低抵抗の材料から構成されることが好ましく、本発明のグラフェンナノリボンを含有する薄膜を用いることが好適である。
【００６９】
以上、好適な実施形態の有機薄膜トランジスタとして幾つかの構成例を説明したが、有機薄膜トランジスタは上記の実施形態に限定されない。例えば、上述したような有機薄膜トランジスタを作製した後には、有機薄膜トランジスタを保護するため、有機薄膜トランジスタ上に図示しない保護膜を形成することが好ましい。これにより、有機薄膜トランジスタが大気から遮断され、有機薄膜トランジスタの特性の低下を抑制することができる。また、保護膜によって、有機薄膜トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成する場合、その形成工程における有機薄膜トランジスタへの影響も低減することができる。
【００７０】
このような保護膜を形成する方法の例としては、有機薄膜トランジスタを、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のＳｉＯＮｘ膜等でカバーする方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため、有機薄膜トランジスタを、作製後保護膜を形成するまでの工程は、大気に曝すことなく、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等で行うことが好ましい。
【００７１】
このように構成された電界効果型有機薄膜トランジスタは、アクティブマトリックス駆動方式の液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの各画素を駆動するためのスイッチング素子等として適用できる。そして、上述した実施形態の電界効果型有機薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極は、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる。グラフェンナノリボンを含有する薄膜は、有機半導体を含む層との接触抵抗が低く、その結果、電界効果移動度を高くできるため、電界効果型有機薄膜トランジスタの応答速度をより速くし得る。
そして、グラフェンナノリボンを含有する薄膜を用いた有機半導体素子用電極は、インクジェット法等の印刷法を利用できるため、大面積なディスプレイ等の有機半導体素子を安価に製造することができる。
【００７２】
（太陽電池）
次に、グラフェンナノリボンを含有する薄膜の太陽電池への応用を説明する。
【００７３】
図８を参照して、太陽電池の好適な実施形態について説明する。図８は、太陽電池の模式的な断面図である。
図８に示される太陽電池２００は、基板１と、第１の電極が形成される基板１に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された有機薄膜からなる有機半導体層２と、第２の電極が形成される有機半導体層２に設定された部分領域２Ａである電極形成領域２０に形成された第２の電極７ｂと、を有する。この第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂのうちの少なくとも一方の電極が、グラフェンナノリボンを含有する薄膜によって構成されている。
【００７４】
本実施形態にかかる太陽電池においては、第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂのうちの一方に透明又は半透明の電極を用いる。電極材料の例としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属が挙げられる。透明又は半透明の電極は、これらの金属からなる半透明膜、透明導電膜を用いることができる。高い開放電圧を得るためには、それぞれの電極として、仕事関数の差が大きくなるように選ぶことが好ましい。有機半導体層２（有機薄膜）中には光感度を高めるために電荷発生剤、増感剤等のさらなる成分を添加することができる。基板１としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
【００７５】
上記構成を有する太陽電池は、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極７ａ又は７ｂが、高い光透過性を有しており、電荷の授受を効率的に行うことができるため、効率よく発電を行うことが可能となる。
【００７６】
（光センサ）
次に、グラフェンナノリボンを含有する薄膜の光センサへの応用を説明する。
【００７７】
図９を参照して、光センサの第１実施形態について説明する。図９は、光センサの第１実施形態にかかる模式的な断面図である。
【００７８】
図９に示される光センサ３００は、基板１と、第１の電極が形成される基板１に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された有機薄膜からなる有機半導体層２と、有機半導体層２上に形成された電荷発生層８と、第２の電極が形成される電荷発生層８に設定された部分領域８Ａである電極形成領域２０に形成された第２の電極７ｂと、を有する。この第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂのうちの少なくとも一方の電極が、好適な実施形態のグラフェンナノリボン薄膜によって構成されている。
【００７９】
図１０を参照して、光センサの第２実施形態について説明する。図１０は、光センサの第２実施形態にかかる模式的な断面図である。
【００８０】
図１０に示される光センサ３１０は、基板１と、第１の電極が形成される基板１に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された電荷発生層８と、電荷発生層８上に形成された有機薄膜からなる有機半導体層２と、第２の電極が形成される有機半導体層２に設定された部分領域２Ａである電極形成領域２０に形成された第２の電極７ｂと、を有する。この第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂのうちの少なくとも一方の電極が、グラフェンナノリボンを含有する薄膜によって構成されている。
【００８１】
図１１は、光センサの第３実施形態にかかる模式的な断面図である。図１１に示す光センサ３２０は、基板１と、第１の電極が形成される基板１に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された有機薄膜からなる有機半導体層２と、第２の電極が形成される有機半導体層２に設定された部分領域２Ａである電極形成領域２０に形成された第２の電極７ｂと、を有する。この第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂのうちの少なくとも一方の電極が、グラフェンナノリボンを含有する薄膜によって構成されている。
【００８２】
上記の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態にかかる光センサにおいては、第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂのうちの一方に透明又は半透明の電極を用いる。電極の材料の例としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属が挙げられる。電極としてはこれらの金属の半透明膜、透明導電膜を用いることができる。電荷発生層８は光を吸収して電荷を発生する層である。有機半導体層２中には光感度を高めるために電荷発生剤、増感剤等を添加して用いることができる。また基板１としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
【００８３】
上記構成を有する光センサは、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極７ａ又は７ｂが、高い光透過性を有しており、かつ電荷の授受を効率的に行うことができるため、高い感度を有する。
【００８４】
（有機エレクトロルミネッセンス素子）
次に、上述した実施形態にかかる有機薄膜トランジスタを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子について説明する。
【００８５】
有機エレクトロルミネッセンス素子は、通常、駆動トランジスタ及びスイッチングトランジスタの少なくとも２つの有機薄膜トランジスタを有する。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、このうちの少なくとも１つの有機薄膜トランジスタとして、上述したような好適な実施形態にかかる有機薄膜トランジスタを用いる。
【００８６】
図１２を参照して、有機エレクトロルミネッセンス素子の実施形態について説明する。図１２は、有機エレクトロルミネッセンス素子の模式的な断面図である。
【００８７】
図１２に示される有機エレクトロルミネッセンス素子４００においては、基板１と、ゲート電極が形成される基板１に設定された部分領域１Ａである電極形成領域２０にパターニングされたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、基板１の厚み方向から見たときにゲート電極４と少なくとも一部が重なるように、ソース電極及びドレイン電極が形成される絶縁層３に設定された部分領域３Ａである電極形成領域２０に所定の間隔で互いに離間するように形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６にまたがってソース電極５及びドレイン電極６それぞれの一部を覆うように絶縁層３、ソース電極５及びドレイン電極６上に形成された有機半導体層２と、有機半導体層２全体を覆うように有機半導体層２上に形成された保護膜１１とにより、有機薄膜トランジスタＴが構成されている。
【００８８】
また、有機エレクトロルミネッセンス素子４００においては、有機薄膜トランジスタＴ上に、層間絶縁膜１２を介して、下部電極（陽極）１３、発光素子１４及び上部電極（陰極）１５が順次積層されており、層間絶縁膜１２に層間絶縁膜１２を貫通するように設けられたビアホール１２ａを通じて下部電極１３とトランジスタＴのドレイン電極６とが電気的に接続されている。また、下部電極１３及び発光素子１４の周囲には、隣り合う発光素子１４同士を電気的に分離するバンク部１６が設けられている。さらに、上部電極１５の上方には基板１８が配置され、上部電極１５と基板１８との間は封止部材１７によって封止されている。
【００８９】
図１２に示しされる有機エレクトロルミネッセンス素子４００において、有機薄膜トランジスタＴは、駆動トランジスタとして機能する。また、図１２に示される有機エレクトロルミネッセンス素子４００において、スイッチングトランジスタは省略されている。
【００９０】
本実施形態にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子４００においては、有機薄膜トランジスタＴに上述したようなグラフェンナノリボンを含有する薄膜を、ゲート電極４、ソース電極５及びドレイン電極６のうちのいずれか又はこれらの組み合わせに適用した有機薄膜トランジスタが用いられる。それ以外の構成部材については、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子における構成部材を用いることができる。なお、この実施形態では例えば上部電極１５、封止部材１７及び基板１８を、透明又は半透明としてトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子とすることができる。またトランジスタＴ、基板１を透明又は半透明にしてボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子とすることもできる。
【００９１】
また、図１２に示される有機エレクトロルミネッセンス素子４００は、発光素子１４に白色発光材料を用いることで面状光源として機能させることができる。さらには発光素子１４として、赤色発光材料を用いる発光素子、青色発光材料を用いる発光素子及び緑色発光材料を用いる発光素子を形成し、それぞれの発光素子の駆動をトランジスタＴにより制御することで、カラー表示装置とすることもできる。
【００９２】
このような有機エレクトロルミネッセンス素子において、パターン状の発光を得るための方法の例としては、面状の発光素子の表面にパターン状の窓を設けたマスクを設置する方法、発光素子を構成する発光層の非発光とすべき部分を極端に厚く形成し実質的に非発光とする方法、陽極若しくは陰極、又は両方の電極をパターン状に形成する方法が挙げられる。これらのいずれかの方法でパターンを形成し、いくつかの電極を独立にＯＮ又はＯＦＦできるように配置することによって、数字や文字、簡単な記号等を表示できるセグメントタイプの表示素子が得られる。
【００９３】
さらに、ドットマトリックス表示素子とするためには、陽極と陰極をともにストライプ状に形成して直交するように配置すればよい。複数の種類の発光色の異なる高分子蛍光体を塗り分ける方法や、カラーフィルター又は蛍光変換フィルターを用いる方法により、部分カラー表示やマルチカラー表示が可能となる。ドットマトリックス表示素子は、パッシブ駆動させることが可能であるし、またＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等と組み合わせてアクティブ駆動させてもよい。これらの表示素子は、コンピュータ、テレビ、携帯端末、携帯電話、カーナビゲーション、ビデオカメラのビューファインダー等の表示装置として用いることができる。
【００９４】
なお、好適な実施形態の有機薄膜トランジスタを適用した有機半導体素子としては、このような有機エレクトロルミネッセンス素子以外にも、例えば、電子タグ、液晶表示素子が挙げられる。そして、これらの有機半導体素子に、本発明の実施形態にかかる有機薄膜トランジスタを用いれば、より良好かつ均質なトランジスタ特性を発揮し得るため、有機半導体素子の動作特性を、安定でかつ優れたものとすることができる。
【００９５】
上述した実施形態にかかる、有機薄膜トランジスタ、太陽電池、光センサ、有機エレクトロルミネッセンス素子において、電極であるソース電極５、ドレイン電極６、ゲート電極４、第１の電極７ａ、第２の電極７ｂのいずれか又はこれらの組み合わせは、予め形成された疎水性の表面を有する自己組織化単分子膜を用いる塗布法により行われる。具体的には、既に説明した実施形態における電極形成領域２０である部分領域１Ａ、２Ａ、３Ａ外の部分領域のみを覆うように自己組織化単分子膜をパターニングして、酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液又はグラフェンナノリボンを含有する塗工液を塗布（印刷）して部分領域１Ａ、２Ａ、３Ａのみに自己整合的に塗工液を配置し、酸化グラフェンナノリボンを含有する塗工液を塗布した場合には塗工液が含有する酸化グラフェンナノリボンを所定の処理により還元してグラフェンナノリボン化し、又は塗布されたグラフェンナノリボンを含有する塗工液を乾燥させることにより、グラフェンナノリボンを含有する薄膜からなる電極を形成することができる。
【実施例】
【００９６】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９７】
［酸化グラフェンナノリボンの作製］
酸化グラフェンナノリボン(GONR)は、多層カーボンナノチューブ(保土谷化学社製、MWNT-7)をModified  Hummers法で酸化することにより作製した。
まず、多層カーボンナノチューブ(150mg)を濃硫酸(30mL)中に加え、8時間〜12時間撹拌した後、過マンガン酸カリウム(750mg、4.5mmol)を加え、1時間撹拌した後、60℃で1時間撹拌した。放冷後、氷浴上でイオン交換蒸留水400mLと過酸化水素(5mL、濃度30％)との混合液に少しずつ加え、褐色の懸濁液を得た。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)メンブレンフィルター(MILLIPORE、孔径：5μm)により減圧ろ過を行い、得られた固形物をイオン交換蒸留水150mLに溶かし、30  分間撹拌し、15分間超音波を照射した。その後、溶液をPTFEメンブレンフィルター(孔径：0.45μm)により減圧ろ過した。30分間撹拌後、15分間超音波を照射し、ろ過した。この超音波の照射とろ過とをさらに繰り返し、真空乾燥して、褐色の酸化グラフェンナノリボン(280mg)を固体として得た。
【００９８】
［酸化グラフェンナノリボンの評価］
得られた酸化グラフェンナノリボンのＡＦＭ（Atomic  Force  Microscope）像を示す写真図を図１４に示す。
【００９９】
得られた酸化グラフェンナノリボンは、典型的な幅160nm程度のナノリボンであった。厚さは1.36nm程度であることから、Ｘ線回折（ＸＲＤ）で観測されたd=0.82nmと比較して基本的に単層のナノリボンに剥離できていると考えられる。図１５にラマンスペクトルの測定結果を示す。図１５は、ラマンスペクトルを示す図である。ラマンスペクトルは酸化グラフェンナノリボンに特徴的なDバンドを示した。
【０１００】
［酸化グラフェンナノリボンの還元］
酸化グラフェンナノリボンの還元は以下の方法によって行った。
加熱還元：酸化グラフェンナノリボンの溶液を塗布した基板を真空オーブンに入れ、230℃で、12時間アニールした。
【０１０１】
還元前後のＸ線光電子分光スペクトル（ＸＰＳ）の測定結果を図１６に示す。図１６は、ＸＰＳスペクトルを示す図である。
【０１０２】
酸化グラフェンナノリボンは酸化された炭素に特徴的な286.1eVのピークを示すが、還元後にはこのピークが消えており、どちらの方法でも酸化グラフェンナノリボンはグラフェンナノリボン(GNR)に還元されたことが確認できた。
【０１０３】
酸化グラフェンナノリボンを含有する薄膜の電気伝導度は4×10-5S/cmであった。上記加熱還元の方法で還元したグラフェンナノリボンを含有する薄膜は27S/cmの電気伝導度を示した。アニールしたグラフェンナノリボンを含有する薄膜の厚さは200nmであったので、測定された電気伝導度はシート抵抗1.8kΩ/sqに相当する。
【０１０４】
以下、有機薄膜トランジスタの実施例について説明する。ここでは図１３に示される態様の有機薄膜トランジスタについて図面を参照して説明する。図１３は、有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
【０１０５】
［有機薄膜トランジスタ用基板］
まず、不純物が高濃度にドーピングされた、ゲート電極も兼ねるｎ型シリコン基板３１の表面を熱酸化し、厚さ３００ｎｍのシリコン酸化膜３２を形成した。次に、アセトンの入ったビーカーにシリコン酸化膜３２が形成されたｎ型シリコン基板３１を入れ、10分間超音波洗浄を行った。続けて2-プロパノール、超純水それぞれを用いて同様の洗浄を行った後、基板を１５０℃のオーブンで10分間乾燥させ、最後にオゾンＵＶを１０分間照射した。
【０１０６】
シリコン酸化膜表面の水酸基を除去するために、ODTS(オクタデシルトリクロロシラン)或いはHMDS(1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン)を用いる自己組織化単分子膜（SAMs）のパターン領域の形成工程を行った。
【０１０７】
ODTS処理について説明する。まず、オゾンＵＶ洗浄器から基板を取り出し、70℃アルゴンガス雰囲気下でODTSのトルエン溶液(50mM)に10時間浸漬した。その後、取り出した基板をトルエンの入ったビーカーに入れ、20分間の超音波洗浄を3回行った。最後に溶媒をアセトンに換え、超音波洗浄を１０分間行い、150℃のオーブンで１０分間乾燥した。
【０１０８】
HMDS処理について説明する。まず、テフロン（登録商標）容器中にガラスポットを設置し、HMDSの液体を5滴垂らした。オゾンＵＶ洗浄器から取り出した基板を容器に入れた後、容器を密封し、150℃のオーブンで1時間アニールした。その後、取り出した基板をアセトンの入ったビーカーに入れ、２０分間の超音波の照射を２回行い、乾燥した。
【０１０９】
［自己組織化単分子膜パターン領域、並びに、ソース電極及びドレイン電極の形成］
上記HMDS処理或いはODTS処理後の基板にシャドーマスクを被せ、オゾンＵＶ照射(２０分間)を行うことによって基板の露光された部分の疎水性アルキル基を除去することにより、露光された部分領域３２Ａを親水性とした。形成された親水性の部分領域３２Ａは、シリコン酸化膜の高い表面エネルギーにより、濡れやすくなり、接触角も小さくなった。この表面エネルギーの違いを利用して、下記の工程により、ソース電極３３及びドレイン電極３４を作製した。
【０１１０】
親水性である電極形成領域３２Ａに酸化グラフェンナノリボンを含む水溶液(0.2重量％)を数回滴下して自己整合的に電極形成領域３２Ａに酸化グラフェンナノリボンを含む水溶液（インク）を配置させた。真空オーブン中で12時間アニールし、酸化グラフェンナノリボンを還元することにより、前記自己組織化単分子膜のパターン領域外である電極形成領域に、グラフェンナノリボンを含有するソース電極３３及びドレイン電極３４を作製した。
【０１１１】
得られた電極（ソース電極３３、ドレイン電極３４）の電気伝導度は27S/cmであり、対照として同様に自己組織化単分子膜のパターン領域上に作製したカーボンペーストによる電極の電気伝導度2.6S/cmと比較して一桁高い値となった。
【０１１２】
［有機薄膜トランジスタの製造及び評価］
上記の通り、ソース電極３３、ドレイン電極３４が形成された、ゲート電極も兼ねる基板３１上に10-6Torrの減圧（真空）下で、昇華精製したペンタセン、sexithiophene(6T)、又はC60フラーレンを蒸着することにより有機薄膜３５を形成し、有機薄膜トランジスタを得た。
【０１１３】
有機薄膜トランジスタとしての特性を半導体アナライザ（Keithley  4200）を用いて測定した(W=1000μm/L=100μm)。VSDを一定にし、VGを連続的に変化させた場合の伝達特性と、VGを一定にし、VSDを連続的に変化させた場合の出力特性の測定を行った。電界効果移動度μは伝達特性の飽和領域から求めた。得られたトランジスタ特性の結果を表１にまとめた。
【０１１４】
【表１】
2013058599.tif 000018
【符号の説明】
【０１１５】
１、１８  基板
１Ａ、２Ａ、３Ａ  部分領域
２、２ａ  有機半導体層
３  絶縁層
４  ゲート電極
５、３３  ソース電極
６、３４  ドレイン電極
７ａ  第１の電極
７ｂ  第２の電極
８  電荷発生層
１１  保護膜
１２  層間絶縁膜
１３  下部電極（陽極）
１４  発光素子
１５  上部電極（陰極）
１６  バンク部
１７  封止部材
２０  電極形成領域
３１  ｎ型シリコン基板
３２  シリコン酸化膜
３５  有機薄膜
４０  自己組織化単分子膜
５０  シャドーマスク
６０  塗工液
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０  有機薄膜トランジスタ
２００  太陽電池
３００、３１０、３２０  光センサ
４００  有機エレクトロルミネッセンス素子
【図１】
2013058599.tif 000019
【図２】
2013058599.tif 000020
【図３】
2013058599.tif 000021
【図４】
2013058599.tif 000022
【図５】
2013058599.tif 000023
【図６】
2013058599.tif 000024
【図７】
2013058599.tif 000025
【図８】
2013058599.tif 000026
【図９】
2013058599.tif 000027
【図１０】
2013058599.tif 000028
【図１１】
2013058599.tif 000029
【図１２】
2013058599.tif 000030
【図１３】
2013058599.tif 000031
【図１５】
2013058599.tif 000032
【図１６】
2013058599.tif 000033
【図１７Ａ】
2013058599.tif 000034
【図１７Ｂ】
2013058599.tif 000035
【図１７Ｃ】
2013058599.tif 000036
【図１７Ｄ】
2013058599.tif 000037
【図１７Ｅ】
2013058599.tif 000038
【図１４】
2013058599.tif 000039