(57)【要約】【課題】ＳＡＭを介在させて有機半導体膜を形成する有機トランジスタにて、安定した高移動度を実現する。【解決手段】基板１１と、ゲート電極１２と、ゲート絶縁膜１３と、第１のＳＡＭ材料と第２のＳＡＭ材料とを含むＳＡＭ１４と、有機半導体膜１５と、ソース電極１６およびドレイン電極１７とを備える。第１のＳＡＭ材料は、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端にリン酸またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環を有する化合物である。第２のＳＡＭ材料は、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端にリン酸基を有し、かつ、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、該直鎖アルキル鎖の炭素数が第１のＳＡＭ材料の直鎖アルキル鎖炭素数よりも２、３または４少ない。【選択図】図１
2017199852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１１）と、
前記基板の上に形成されたゲート電極（１２）と、
前記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜（１３）と、
前記ゲート絶縁膜を覆うようにゲート絶縁膜に接して形成され、第１の自己組織化分子膜材料と第２の自己組織化単分子膜材料とを含む自己組織化単分子膜（１４）と、
前記自己組織化単分子膜の上に該自己組織化単分子膜と接して形成された有機半導体膜（１５）と、
前記有機半導体膜の上に配置され、前記ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて形成されたソース電極（１６）およびドレイン電極（１７）と、を備え、
前記第１の自己組織化単分子膜材料は、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、前記炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環構造を有する化合物であり、
前記第２の自己組織化単分子膜材料は、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基を有し、かつ、前記炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、前記炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の炭素数が前記第１の自己組織化単分子膜材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない有機トランジスタ。
【請求項２】
前記第１の自己組織化単分子膜材料のうち前記炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端がリン酸基である請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記第１の自己組織化単分子膜材料のうち前記炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端がシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基である請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
基板（１１）と、
基板の上に形成され、第１の自己組織化分子膜材料と第２の自己組織化単分子膜材料とを含む自己組織化単分子膜（１４）と、
前記自己組織化単分子膜の上に該自己組織化単分子膜と接して形成された有機半導体膜（１５）と、
前記有機半導体膜の上に配置され、互いに離れて形成されたソース電極（１６）およびドレイン電極（１７）と、
前記有機半導体膜、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆いつつ、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを繋ぐように形成されたゲート絶縁膜（１３）と、
前記ゲート絶縁膜の上に配置され、前記ゲート絶縁膜のうちの前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の上を覆うように形成されたゲート電極（１２）と、を備え、
前記第１の自己組織化単分子膜材料は、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、前記炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環構造を有する化合物であり、
前記第２の自己組織化単分子膜材料は、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基を有し、かつ、前記炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、前記炭素数２〜１２の前記直鎖アルキル鎖の炭素数が前記第１の自己組織化単分子膜材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない有機トランジスタ。
【請求項５】
基板（１１）を用意することと、
前記基板の上にゲート電極（１２）を形成することと、
前記基板の上に前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜（１３）を形成することと、
前記ゲート絶縁膜上に自己組織化単分子膜（１４）を形成することと、
前記自己組織化単分子膜の上に有機半導体膜（１５）を形成することと、
前記有機半導体膜の上に前記ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて配置されたソース電極（１６）とドレイン電極（１７）とを形成することと、を含み、
前記自己組織化単分子膜の形成においては、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、前記炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環構造を有する化合物である第１の自己組織化単分子膜材料による自己組織化単分子膜を形成した後に、
炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基を有し、かつ、前記炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、前記炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の炭素数が前記第１の自己組織化単分子膜材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない第２の自己組織化単分子膜材料による自己組織化単分子膜を形成し、第１の自己組織化単分子膜材料と第２の自己組織化単分子膜材料を含む自己組織化単分子膜を形成する有機トランジスタの製造方法。
【請求項６】
基板（１１）を用意することと、
前記基板の上に自己組織化単分子膜（１４）を形成することと、
前記自己組織化単分子膜の上に有機半導体膜（１５）を形成することと、
前記有機半導体膜の上に互いに離れて配置されたソース電極（１６）とドレイン電極（１７）とを形成することと、
前記有機半導体膜、前期ソース電極および前記ドレイン電極の上を覆うようにゲート絶縁膜（１３）を形成することと、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極（１２）を形成することと、を含み、
前記自己組織化単分子膜の形成においては、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、前記炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環構造を有する化合物である第１の自己組織化単分子膜材料による自己組織化単分子膜を形成した後に、
炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基を有し、かつ、前記炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、前記炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の炭素数が前記第１の自己組織化単分子膜材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない第２の自己組織化単分子膜材料による自己組織化単分子膜を形成し、第１の自己組織化単分子膜材料と第２の自己組織化単分子膜材料を含む自己組織化単分子膜を形成する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、自己組織化単分子膜を介在させて有機半導体膜を形成した有機トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、有機トランジスタでは、有機半導体膜の結晶性が重要であることが知られている。近年、有機半導体膜の結晶性を向上させるために、自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ：略称ＳＡＭ、以下「ＳＡＭ」という。）を下地処理として形成した後に有機半導体膜を成膜する手法が検討されている。このような有機トランジスタとしては、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。
【０００３】
この有機トランジスタは、ＳＡＭとしてアリール基および直鎖、分岐もしくは環状のアルキル基からなるリンカー基およびシリル基を有する材料を用いることによって、有機半導体とＳＡＭとの接触角を減少させる工程を経て作製される。
【０００４】
ここで、基板表面上には基板の洗浄工程などに起因する極性基、例えばカルボン酸基やヒドロキシル基が存在することがある。このような極性基は、有機半導体へのドーピング、すなわち導電性のバックチャネルの形成を引き起こしてオフ電流を増加させることがある。つまり、極性基の存在が有機トランジスタの移動度の低下につながることがある。そこで、ＳＡＭを形成して基板表面上の極性を低下させて、有機半導体膜を形成することにより、前述の有機半導体膜の欠陥部位の発生を抑制できる。また、ＳＡＭにより基板表面の極性を低下させると、例えば有機溶媒のような非極性溶媒との相互作用が強くなる結果、接触角を低下させることとなる。この結果、有機溶媒などに溶かした有機半導体材料を塗布する際、有機半導体材料の塗布が安定し、チャネル領域における有機半導体膜の結晶性を改善できる。このような結果により、有機トランジスタの移動度を改善できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１４３４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、有機半導体膜の結晶性を向上させるためには、結晶性の高い有機半導体材料を使用することが望ましい。しかし、このような有機半導体材料は、強い分子間相互作用を有するものが多く、この強い分子間相互作用の影響により室温程度では有機溶媒に完全に溶解しない。そのため、このような材料を使用するには、高温、例えば５０℃以上に加熱して完全に有機溶媒に溶解させた上で塗布する必要がある。
【０００７】
本発明者は、上記のようなＳＡＭにより有機半導体の接触角を減少させた上で、結晶性の高い有機半導体溶液を高温で塗布することによって、より高移動度の有機トランジスタを作製できるか検討した。しかしながら、発明者の検討の結果、上記のようなＳＡＭの上であっても、有機半導体溶液を高温で塗布すると接触角が増加してしまい、有機半導体材料の成膜が安定せず、結果として有機トランジスタの移動度がばらついてしまうことが確認された。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ＳＡＭを介在させて有機半導体膜を形成した有機トランジスタおよびその製造方法において、安定した高移動度を発現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の有機トランジスタは、基板（１１）と、基板の上に形成されたゲート電極（１２）と、ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜（１３）と、ゲート絶縁膜を覆うようにゲート絶縁膜に接して形成され、第１のＳＡＭ材料と第２のＳＡＭ材料とを含むＳＡＭ（１４）と、ＳＡＭの上にこれと接して形成された有機半導体膜（１５）と、有機半導体膜の上に配置され、ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて形成されたソース電極（１６）およびドレイン電極（１７）とを備える。このような構成において、第１のＳＡＭ材料は、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環構造を有する化合物である。また、第２のＳＡＭ材料は、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基を有し、かつ、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の炭素数が第１のＳＡＭ材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない。
【００１０】
このように複数の異なるＳＡＭ材料を含むＳＡＭを形成することにより、有機半導体溶液を高温で塗布したとしても接触角の増加を抑制できる。その結果、有機半導体材料の高温塗布時における成膜が安定し、有機半導体膜の膜厚ばらつきが抑えられる。これにより、安定して高い移動度を有する有機トランジスタとすることができる。
【００１１】
請求項５に記載の有機トランジスタは、基板（１１）と、基板の上に形成され、第１のＳＡＭ材料と第２のＳＡＭ材料とを含むＳＡＭ（１４）と、ＳＡＭの上に該ＳＡＭと接して形成された有機半導体膜（１５）と、有機半導体膜の上に配置され、互いに離れて形成されたソース電極（１６）およびドレイン電極（１７）と、有機半導体膜、ソース電極およびドレイン電極を覆いつつ、ソース電極とドレイン電極とを繋ぐように形成されたゲート絶縁膜（１３）と、ゲート絶縁膜の上に配置され、ゲート絶縁膜のうちのソース電極とドレイン電極との間の上を覆うように形成されたゲート電極（１２）とを備える。このような構成において、第１のＳＡＭ材料は、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環構造を有する化合物である。また、第２のＳＡＭ材料は、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基を有し、かつ、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の炭素数が第１のＳＡＭ材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない。
【００１２】
トップゲートトップコンタクト構造の有機トランジスタであっても、ボトムゲートトップコンタクト構造の有機トランジスタと同様に、ＳＡＭを形成した後にその上に有機半導体膜が形成される点では同じである。そのため、請求項１の有機トランジスタと同様に、安定して高い移動度を有する有機トランジスタとすることができる。
【００１３】
請求項６に記載の有機トランジスタの製造方法は、基板（１１）を用意することと、基板の上にゲート電極（１２）を形成することと、基板の上にゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜（１３）を形成することと、ゲート絶縁膜上にＳＡＭ（１４）を形成することと、ＳＡＭの上に有機半導体膜（１５）を形成することと、有機半導体膜の上にゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて配置されたソース電極（１６）とドレイン電極（１７）とを形成することとを含む。そして、ＳＡＭの形成においては、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環構造を有する化合物である第１のＳＡＭ材料によるＳＡＭを形成する。その後、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基を有し、かつ、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の炭素数が第１のＳＡＭ材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない第２のＳＡＭ材料によるＳＡＭを形成し、第１のＳＡＭ材料と第２のＳＡＭ材料とを含むＳＡＭを形成する。
【００１４】
このように複数の異なるＳＡＭ材料を用いる工程をとることで、有機半導体材料を高温で塗布する際においても、有機半導体の接触角の増加を抑制できるＳＡＭを形成できる。これにより、高温塗布時であっても有機半導体の成膜が安定する結果、有機半導体膜の膜厚ばらつきが抑えられ、安定して高い移動度を有する有機トランジスタを製造できる。
【００１５】
請求項７に記載の有機トランジスタの製造方法は、基板（１１）を用意することと、基板の上にＳＡＭ（１４）を形成することと、ＳＡＭの上に有機半導体膜（１５）を形成することと、有機半導体膜の上に互いに離れて配置されたソース電極（１６）とドレイン電極（１７）とを形成することと、有機半導体膜、前期ソース電極およびドレイン電極の上を覆うようにゲート絶縁膜（１３）を形成することと、ゲート絶縁膜上にゲート電極（１２）を形成することとを含む。そして、ＳＡＭの形成においては、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の他端に芳香環構造を有する化合物である第１のＳＡＭ材料によるＳＡＭを形成する。その後、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端に金属酸化物と反応するリン酸基を有し、かつ、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物であって、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の炭素数が第１のＳＡＭ材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない第２のＳＡＭ材料によるＳＡＭを形成し、第１のＳＡＭ材料と第２のＳＡＭ材料とを含むＳＡＭを形成する。
【００１６】
トップゲートトップコンタクト構造の有機トランジスタを製造する場合であっても、複数の異なるＳＡＭ材料を用いて一つのＳＡＭを形成した後、有機半導体材料を塗布する点では、請求項６の製造方法と同じである。よって、ＳＡＭにより有機半導体の成膜が安定する結果、有機半導体膜の膜厚ばらつきが抑えられ、安定して高い移動度を有する有機トランジスタを製造できる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態にかかる有機トランジスタの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００２０】
（第１実施形態）
第１実施形態にかかる有機トランジスタについて、図１を参照して述べる。図１に示される有機トランジスタ１０は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）などに適用すると好適である。
【００２１】
本実施形態の有機トランジスタ１０は、基板１１の上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ＳＡＭ１４、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を順に形成したボトムゲートトップコンタクト構造とされている。
【００２２】
基板１１は、例えば無アルカリのガラス基板やポリエチレンナフタレートもしくはポリイミドのようなフィルム基板といった板状もしくはフィルム状の基板などにより構成されている。また、基板１１は、リジットな基板でもよいし、フレキシブルな基板でもよい。また、基板１１は、必要に応じて、下地層として例えば金属酸化物などが形成された基板を使用してもよい。なお、この場合における金属酸化物は、例えばアルミナや酸化ジルコニウムなどが挙げられる。
【００２３】
そして、基板１１の上に、ゲート電極１２は所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状に形成されている。このゲート電極１２は、例えば金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料により構成されている。
【００２４】
ゲート絶縁膜１３は、ゲート電極１２の上においてゲート電極１２を覆うように形成されたものである。また、ゲート絶縁膜１３の表面、つまりゲート電極１２と反対側の一面は平坦面としてもよいし、ゲート電極１２の形状に沿って覆うように形成してもよい。このゲート絶縁膜１３は、例えばアルミナ（ＡｌＯｘ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）もしくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などの無機金属酸化物などによって構成されている。
【００２５】
ＳＡＭ１４は、ゲート絶縁膜１３の上にて、ゲート絶縁膜１３の表面に接してこれを覆うように形成されたものである。このＳＡＭ１４は、第１のＳＡＭ材料（以下「第１材料」という。）と第２のＳＡＭ材料（以下「第２材料」という。）とを含んだ構成とされている。第１材料とは、炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の一端にリン酸またはシロキシアルキル基またはシリルハロゲン基を有し、炭素数４〜１４の該直鎖アルキル鎖の他端に芳香環を有する化合物である。また、第２材料とは、炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の一端にリン酸基を有し、かつ、炭素数２〜１２の該直鎖アルキル鎖の他端に少なくとも芳香環構造を有しない化合物である。また、第２材料の炭素数２〜１２の直鎖アルキル鎖の炭素数は、第１のＳＡＭ材料の炭素数４〜１４の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない。なお、必要に応じて、３以上の異なるＳＡＭ材料を用いてもよい。
【００２６】
ＳＡＭ１４を構成する有機材料としては、例えばホスホン酸誘導体やシリル誘導体である。具体的には、第１材料は、例えばフェニルブチルホスホン酸（Ｃ６Ｈ５Ｃ４Ｈ８ＰＯ３Ｈ２）、フェニルテトラデシルホスホン酸（Ｃ６Ｈ５Ｃ１４Ｈ２８ＰＯ３Ｈ２）、フェニルブチルトリクロロシラン（Ｃ６Ｈ５Ｃ４Ｈ８ＳｉＣｌ３）などが挙げられる。第２材料は、例えばエチルホスホン酸（Ｃ２Ｈ５ＰＯ３Ｈ２）、ドデシルホスホン酸（Ｃ１２Ｈ２５ＰＯ３Ｈ２）などが挙げられる。
【００２７】
次に、有機半導体膜１５は、ＳＡＭ１４の上においてＳＡＭ１４に接して形成されている。有機半導体膜１５は、少なくともＳＡＭ１４のうちゲート電極１２の上に位置する部分を覆うように形成すればよい。この有機半導体膜１５は、有機半導体材料、例えば高分子有機材料や低分子有機材料にて構成されている。
【００２８】
ソース電極１６およびドレイン電極１７は、有機半導体膜１５の上に配置され、ゲート電極１２の両端と対応する位置に互いに離れて形成されている。このソース電極１６およびドレイン電極１７は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）もしくは銅（Ｃｕ）などの電極材料によって構成されている。
【００２９】
このように、有機トランジスタ１０は、ゲート絶縁膜１３の表面にＳＡＭ１４、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７が順次形成されたものとなっている。そうすることで、本実施形態の有機トランジスタ１０は、上方において電気的接続が図られるボトムゲートトップコンタクト構造とされている。
【００３０】
なお、この有機トランジスタ１０は、必要に応じて、蒸着もしくはスピンコートなどによって、アルミナもしくはパラキシリレン系ポリマーなどにより構成される図示しない保護膜を成膜してもよい。このような場合、例えばこの保護膜からソース電極１６やドレイン電極１７を部分的に露出させることで、トランジスタ外部との電気的接続が図れるようにする。
【００３１】
次に、本実施形態の有機トランジスタ１０の製造方法について述べる。
【００３２】
例えば無アルカリガラスのようなガラス基板やポリエチレンナフタレートもしくはポリイミドのようなフィルムなどで構成される基板１１を準備する。そして、この基板１１の表面にゲート電極１２の形成材料として、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料を、例えばシャドウマスクを用いて真空蒸着法やスパッタ法などによって成膜する。その後、必要に応じて、例えばフォトリソグラフィ法によるレジスト膜パターンを用いたエッチングにてパターニングしたゲート電極１２を形成する。
【００３３】
次に、ゲート電極１２の表面を覆うゲート絶縁膜１３を形成する。ゲート絶縁膜１３については、例えばアルミナ（ＡｌＯｘ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）もしくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などを、例えば原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称ＡＬＤ）法によって成膜することができる。例えば、ゲート絶縁膜１３をアルミナによって構成する場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（以下「ＴＭＡ」という。）を使用し、酸素（Ｏ）源として水（Ｈ２Ｏ）などを使用して、ＴＭＡ単膜と反応させてＡｌ２Ｏ３膜を形成する。なお、ゲート絶縁膜１３は、必要に応じて、ウェットエッチングなどによって所望形状にパターニングすることができる。
【００３４】
次に、基板１１にゲート電極１２およびゲート絶縁膜１３を形成した積層体（以下「積層体」という。）に、ＳＡＭ１４の形成を行う。具体的には、この積層体の表面を例えばＵＶ−Ｏ３洗浄装置で３０分洗浄した後、０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなるように第１材料として（４−フェニルブチル）ホスホン酸をイソプロパノール（以下「ＩＰＡ」という。）に溶解させた溶液（以下「溶液１」という。）に１６時間浸漬する。その後、積層体を溶液１から取り出してＩＰＡで洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分間保持する。その後、材料１のＳＡＭを形成した基板を室温に戻し、０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなるように第２材料として例えばエチルホスホン酸をＩＰＡに溶解させた溶液（以下「溶液２」という。）に３時間浸漬する。その後、積層体を溶液２から取り出してＩＰＡで洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分間保持する。このようにしてＳＡＭ１４を形成できる。なお、第１材料は、ゲート絶縁膜１３の表面と化学的に結合してＳＡＭを形成するため、その後の第２材料の溶液に浸漬しても、第１材料によるＳＡＭを壊すことはない。また、第２材料は、第１材料のＳＡＭの隙間に入り込んで積層体の表面と結合し、第１材料と第２材料とを含む１つのＳＡＭが形成される。
【００３５】
ここで、第１材料および第２材料の金属酸化物との結合部位であるリン酸基、シロキシアルキル基またはシリルハロゲン基（以下「結合部位」という。）のうち、リン酸基が最も金属酸化物との反応性が高く、続いてシロキシアルキル基およびシリルハロゲン基となる。そのため、第１材料の結合部位はシロキシアルキル基もしくはシリルハロゲン基であってもよいが、第１材料の結合部位がリン酸基であることが好ましい。これは、接触角を低下させる効果を有する第１材料のＳＡＭの膜密度をできるだけ上げたほうが、高温時であっても接触角の増加を抑制できると考えられるためである。
【００３６】
次に、ＳＡＭ１４の上に、有機半導体膜１５を形成するための有機半導体材料として例えば東京化成工業(株)製のＣ８−ＢＴＢＴをアニソールなどの有機溶媒に溶かした溶液を、例えば、塗布して乾燥させるという直描塗布法により形成する。ここで、有機半導体材料を含む溶液には、どのような種類のものを用いても構わないが、例えば有機半導体材料がインクにおける０．０１重量濃度％から１重量濃度％を占めるように調整されたものを用いる。この際、分子間相互作用の強い有機半導体材料は、室温においては溶解度が低いことから、完全に溶解させるために溶液を、例えば５０℃で加温して調整する。また、有機半導体材料を有機溶媒に溶解させる際の温度は、有機半導体材料を有機溶媒に完全に溶解させるのに必要十分な温度であればよい。
【００３７】
このようにして調整した有機半導体溶液を、ＳＡＭ１４に対して塗布する。具体的には、ＳＡＭ１４を形成した基板１１を例えば５０℃から１７０℃の範囲内において一定温度に保ち、有機半導体溶液の蒸発速度を一定に制御しつつ、有機半導体溶液を塗布する。このようにして有機半導体材料を成膜することで、膜質の良好な有機半導体膜１５となる。なお、有機半導体膜１５を成膜する際の基板温度については、使用する有機半導体材料および溶媒に適した温度で適宜選定する。
【００３８】
ここで、有機半導体膜１５を成膜する際、有機半導体膜の結晶性を向上させるために、有機半導体溶液の蒸発速度を一定に制御することが好ましい。有機半導体溶液の蒸発速度が変動すると、有機半導体膜１５の結晶成長の度合いがばらついてしまい、膜質の良好な有機半導体膜１５が得られないためである。また、有機半導体溶液の蒸発速度については、一定に制御することに加えて、遅すぎず、かつ、早すぎない程度に制御することがより好ましい。これは、有機半導体材料の結晶成長が塗布時における有機半導体溶液の蒸発方向に沿って生じることに起因する。つまり、有機半導体溶液の蒸発速度が遅すぎる場合には、当該溶液の蒸発方向が揃わないことから、結晶の方向が揃っていない有機半導体膜となる。一方、有機半導体溶液の蒸発速度が早すぎる場合、当該溶液の蒸発方向は揃うものの、有機半導体材料が溶液から析出して結晶成長する時間が短すぎるため、結晶成長が十分でない有機半導体膜となるからである。
【００３９】
そして、有機半導体膜１５の上に、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）もしくは銅（Ｃｕ）などの電極材料よりなるソース電極１６およびドレイン電極１７を形成する。具体的には、有機半導体膜１５の表面に例えばシャドウマスクを用いた真空蒸着法によって、Ａｕ膜を成膜してソース電極１６およびドレイン電極１７を形成する。
【００４０】
このようにして、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成したのち、必要に応じて、蒸着もしくはスピンコートなどによって、アルミナもしくはパラキシリレン系ポリマーなどにより構成される図示しない保護膜を成膜してもよい。このような製造方法により、図１に示した有機トランジスタ１０を製造することができる。
【００４１】
このように第１材料と第２材料とを含んだＳＡＭを形成することにより、例えば２５℃程度の低温はもとより、例えば５０℃以上の高温であっても有機半導体材料を溶かす有機溶媒などとの接触角の低いＳＡＭができる。この結果、有機半導体材料の塗布が安定に行うことができ、有機半導体膜１４の膜厚ばらつきを低減する効果が得られる。このように有機半導体膜１４の膜厚ばらつきが低減することで、移動度が高く、かつ、移動度のばらつきが小さい有機トランジスタ１０を得ることができる。
【００４２】
ここで、高温であっても接触角の低いＳＡＭが得られる推定メカニズムとしては、次のようなことが考えられる。まず、特許文献１に記載されるような第１材料のように芳香環構造を有するＳＡＭ材料は、芳香環部位による立体的な阻害により、形成されるＳＡＭの膜密度は十分に上がらない。ただし、ＳＡＭの分子運動があまり活発でない室温程度の環境下においては、接触角を減少させる効果を十分に発揮できる。しかし、５０℃以上の高温環境下においては、ＳＡＭの分子運動が活発となり、接触角を減少させる効果を有する芳香環部位と溶液との相互作用が弱くなる結果、従来技術のように第１材料のみからなるＳＡＭでは接触角が増加すると考えられる。一方、第２材料のように直鎖アルキル基とリン酸基からなるＳＡＭ材料は、第１材料と異なり、立体的な阻害が少なく、形成されるＳＡＭの膜密度は高い。そのため、５０℃以上の高温環境下においてもＳＡＭの分子運動は、高い膜密度により第１材料ほど大きくなく、接触角の増加はほとんど起きない。しかし、接触角を減少させる効果をもつ部位を有さないことから、第２材料のみからなるＳＡＭでは接触角を減少させる効果が少ない。そこで、本実施形態のように第１材料によるＳＡＭを形成し、その後、膜密度の小さい第１材料によるＳＡＭの空隙に、第２材料によるＳＡＭ材料を導入し、全体として膜密度が高い一つのＳＡＭを形成する。これにより、接触角を減少させる効果を有する第１材料の芳香環部位は、膜密度が高められたことにより、高温環境下においても分子運動が抑えられる。このようにして、複数の異なるＳＡＭ材料を組み合わせることにより、高温環境下においても接触角の増加を抑制できる一つのＳＡＭが出来上がったと考えられる。
【実施例】
【００４３】
次に、本実施形態の有機トランジスタにおける発明の効果を、次の各実施例１〜７および比較例１〜６を参照して、より具体的に述べることとする。
【００４４】
まず、実施例および比較例にて使用したＳＡＭ材料を表１に示した。
【００４５】
【表１】
2017199852.tif 000003
【００４６】
材料１は（４−フェニルブチル）ホスホン酸である。材料２は（５−フェニルペンチル）ホスホン酸である。材料３は（６−フェニルヘキシル）ホスホン酸である。材料４は（１０−フェニルデシル）ホスホン酸である。材料５は（１４−フェニルテトラデシル）ホスホン酸である。材料６はＡｌｄｒｉｃｈ社製のエチルホスホン酸である。材料７は東京化成工業(株)製のヘキシルホスホン酸である。材料８はＡｌｄｒｉｃｈ社製のドデシルホスホン酸である。材料９は和光純薬工業(株)製の（４−フェニルブチル）トリクロロシランである。材料１０は東京化成工業(株)製の（６−フェニルヘキシル）トリクロロシランである。材料１１は和光純薬工業(株)製のエチルトリクロロシランである。以降、上記の材料を単に「材料１」のように表記する。また、材料１〜５については合成を行ったため、次に材料１〜５の合成について説明する。
【００４７】
（材料の合成）
まず、材料１の合成について述べる。窒素雰囲気下で、東京化成工業(株)製の４-フェニルブチルブロミド１１．１６ｇ（５０ｍｍｏｌ）と和光純薬工業(株)製のトリエチルフォスファイト２４．９３ｇ（１５０ｍｍｏｌ）を混合し、１２０℃で１時間の加熱撹拌をし、さらに１６０℃で１２時間の加熱撹拌をした。次に、一旦当該混合物を室温に戻した後、反応混合物を４０ｍｍＨｇの圧力下にて、１４０℃に加熱して蒸発物を留去し、黄色オイル状の（４−フェニルブチル）ホスホン酸ジエチル８．３６ｇを得た。
【００４８】
続けて、（４−フェニルブチル）ホスホン酸ジエチル８．３６ｇに６規定の塩酸２２０ｍｌを加えて加熱還流を１４時間行った。次に、当該混合物を室温に戻して酢酸エチルで反応物を抽出し、この抽出した酢酸エチルからなる有機層に硫酸マグネシウムを入れ、有機相を脱水乾燥した。次に、固形物をろ過により除去し、有機相を減圧乾燥して有機溶媒を除去した。このようにして、材料１として白色の固形物の（４−フェニルブチル）ホスホン酸２．５８ｇを得た。
【００４９】
続いて、東京化成工業(株)製の５−フェニルペンチルブロミド１１．３６ｇを用い、材料１と同様の方法により、材料２として白色の固形物の（５−フェニルペンチル）ホスホン酸３．１２ｇを得た。
【００５０】
次に、和光純薬工業(株)製の６−フェニルヘキシルブロミド２．４２ｇ（１０ｍｍｏｌ）およびトリエチルフォスファイト８．３１ｇ（３０ｍｍｏｌ）を用い、材料１と同様の方法により、材料３として白色の固形物の（６−フェニルヘキシル）ホスホン酸１．２１ｇを得た。
【００５１】
また、和光純薬工業(株)製の１０−フェニルデシルブロミド３．９７ｇ（１０ｍｍｏｌ）を用い、材料３と同様の方法で、材料４として白色の固形物の（１０−フェニルデシル）ホスホン酸１．１５ｇを得た。
【００５２】
次に、和光純薬工業(株)製の１，１４−ジブロモテトラデカン４ｇ（１１．２４ｍｍｏｌ）をジエチルエーテル２０ｍｌに溶解させた。その後、この溶液を０℃に冷却し、１．６ｍｏｌ／Ｌのフェニルリチウムのブチルエーテル溶液３．５２ｍｌ（５．６２ｍｍｏｌ）を１０分かけて徐々に加えた。続けて、この溶液を−７６℃で１時間撹拌をした後、−４０℃まで昇温してさらに２時間撹拌を続けた。次に、４０ｍｌの水をゆっくり加えて、この溶液を０℃まで昇温し、１時間撹拌を行った後に、室温にまで昇温した。そして、分液ロートを用いて水層を酢酸エチルで抽出し、抽出した有機層に硫酸マグネシウムを入れて脱水乾燥をした。その後、固形物をろ過により除去し、有機層を減圧乾燥して有機溶媒を除去した。残った黄色のオイルを０．１ｍｍＨｇ、１７０℃の環境下で蒸留して精製し、透明のオイルとして１４−フェニルテトラデシルブロミド１．１６ｇを得た。
【００５３】
続いて、１４−フェニルテトラデシルブロミド１．０６ｇ（３ｍｍｏｌ）を用い、材料３と同様の方法で、材料５として白色の固形物の（１４−フェニルテトラデシル）ホスホン酸０．４３ｇを得た。
【００５４】
次に実施例１〜７および比較例１〜６について述べる。実施例１〜７および比較例１〜６は、表１に示した材料１〜１１のうち異なる１つまたは２つの材料を用いてＳＡＭを形成して作製させた有機トランジスタである。これらの実施例および比較例の有機トランジスタ作製については、ＳＡＭ形成を除き、同一の条件で行っている。
【００５５】
また、表２は、実施例１〜７および比較例１〜６のＳＡＭを形成した試料について、それぞれ２５℃、８５℃に設定したホットプレートに載せ、アニソールの接触角を測定した結果を示したものである。また、表２における「１回目処理」とは第１材料のＳＡＭ形成を、「２回目処理」とは第２材料のＳＡＭ形成を意味し、これらの下欄には材料１〜１１のうち使用した材料を記載している。なお、アニソールについては、有機半導体材料を溶かす溶媒の代表例として選定したものである。
【００５６】
【表２】
2017199852.tif 000004
【００５７】
次に、表３は、実施例１〜７および比較例１〜６の有機トランジスタ１０について、有機半導体膜１５の平均膜厚、平均移動度およびこれらのばらつきを測定した結果を示したものである。ここで、膜厚分布は面内２４か所を測定し、その平均値を平均膜厚として、これらの２４か所の膜厚値から「（標準偏差σ／平均膜厚）×１００」の計算式で得られた値をばらつきとして算出した。また、移動度については、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製の半導体パラメータアナライザ４２００−ＳＣＳを用いて、各基板面内８ヵ所の有機トランジスタについて測定した。これら８か所の測定により得られた移動度の平均値を平均移動度として、８か所の移動度の値から「（標準偏差σ／平均膜厚）×１００」の計算式で得られた値をばらつきとして算出した。なお、「移動度」（単位：ｃｍ２／Ｖｓ）とは、有機半導体膜１５内でのキャリア、つまり正孔や電子の移動度である。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
（実施例１）
基板１１にゲート電極１２およびゲート絶縁膜１３を形成した積層体（以下「積層体」という。）の表面をＵＶ−Ｏ３洗浄装置で３０分洗浄した後、０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなるように第１材料として材料１をＩＰＡに溶解させた溶液に１６時間浸漬した。その後、積層体を材料１のＩＰＡ溶液から取り出してＩＰＡで洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分間保持した。その後室温に戻し、０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなるように第２材料として材料６をＩＰＡに溶解させた溶液に３時間浸漬した。その後、積層体を材料６のＩＰＡ溶液から取り出してＩＰＡで洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分間保持した。このようにして、積層体上にＳＡＭ１４を形成した。続けて、東京化成工業(株)製のＣ８−ＢＴＢＴ７．２ｍｇをアニソール１８ｍｌに溶解させた有機半導体インクを調整した。この有機半導体インクを用いて、直描法で２５ｍｍ×２０ｍｍのサイズの有機半導体膜１５を成膜した。この際、前述のＳＡＭ１４を形成した基板の温度を７０℃に調整し、平均膜厚が９〜１０ｎｍになるように成膜速度を調整した。その後、有機半導体膜１５の上にソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００６０】
表２に示すように、実施例１のＳＡＭ１４のアニソールの接触角は、２５℃では５．８°、８５℃では７．３°であったことから、高温であってもアニソールの接触角を低く維持する効果が得られることが判明した。
【００６１】
次に、表３に示すように、実施例１の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．８ｎｍ、膜厚のばらつきは１４％であったため、有機半導体膜１５の膜厚ばらつきを低減する効果が得られた。また、実施例１の有機トランジスタ１０の平均移動度は８．３ｃｍ２／Ｖｓと高く、移動度のばらつきは１０％と安定した数値であった。
【００６２】
よって、リン酸基、炭素数４の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基および炭素数２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭ１４を形成して作製した有機トランジスタ１０は、安定して移動度が高いことが確認された。
【００６３】
（実施例２）
第１材料として材料２を、第２材料として材料６を使用して、実施例１と同様に、積層体上に実施例２のＳＡＭ１４を形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００６４】
表２に示すように、実施例２のＳＡＭ１４のアニソールの接触角は、２５℃では６．２°、８５℃では８．１°であり、実施例１と同様に、高温であってもアニソールの接触角を低く維持する効果が得られた。
【００６５】
次に、表３に示すように、実施例２の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．７ｎｍ、膜厚のばらつきは１８％であった。また、実施例２の有機トランジスタ１０の平均移動度は８．１ｃｍ２／Ｖｓ、移動度のばらつきは１３％であった。
【００６６】
よって、リン酸基、炭素数５の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基および炭素数２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭ１４を形成して作製した有機トランジスタ１０は、安定して移動度が高いことが確認された。
【００６７】
（実施例３）
第１材料として材料３を、第２材料として材料６を使用して、実施例１と同様に、積層体上に実施例３のＳＡＭ１４を形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００６８】
表２に示すように、実施例３のＳＡＭ１４のアニソールの接触角は、２５℃では５．１°、８５℃では６．３°であり、実施例１と同様に、高温であってもアニソールの接触角を低く維持する効果が得られた。
【００６９】
次に、表３に示すように、実施例３の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．２ｎｍ、膜厚のばらつきは１６％であった。また、実施例３の有機トランジスタ１０の平均移動度は７．２ｃｍ２／Ｖｓ、移動度のばらつきは１４％であった。
【００７０】
よって、リン酸基、炭素数６の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基および炭素数２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭ１４を形成して作製した有機トランジスタ１０は、安定して移動度が高いことが確認された。
【００７１】
（実施例４）
第１材料として材料４を、第２材料として材料７を使用して、実施例１と同様に、積層体上に実施例４のＳＡＭ１４を形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００７２】
表２に示すように、実施例４のＳＡＭ１４のアニソールの接触角は、２５℃では５．３°、８５℃では６．８°であり、実施例１と同様に、高温であってもアニソールの接触角を低く維持する効果が得られた。
【００７３】
次に、表３に示すように、実施例４の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．６ｎｍ、膜厚のばらつきは１８％であった。また、実施例４の有機トランジスタ１０の平均移動度は７．６ｃｍ２／Ｖｓ、移動度のばらつきは９％であった。
【００７４】
よって、リン酸基、炭素数１０の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基および炭素数６の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭ１４を形成して作製した有機トランジスタ１０は、安定して移動度が高いことが確認された。
【００７５】
（実施例５）
第１材料として材料５を、第２材料として材料８を使用して、実施例１と同様に、積層体上に実施例５のＳＡＭ１４を形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００７６】
表２に示すように、実施例５のＳＡＭ１４のアニソールの接触角は、２５℃では６．１°、８５℃では７．４°であり、実施例１と同様に、高温であってもアニソールの接触角を低く維持する効果が得られた。
【００７７】
次に、表３に示すように、実施例５の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．７ｎｍ、膜厚のばらつきは１５％であった。また、実施例５の有機トランジスタ１０の平均移動度は６．８ｃｍ２／Ｖｓ、移動度のばらつきは１６％であった。
【００７８】
よって、リン酸基、炭素数１４の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基および炭素数１２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭ１４を形成して作製した有機トランジスタ１０は、安定して移動度が高いことが確認された。
【００７９】
（実施例６）
積層体の表面をＵＶ−Ｏ３洗浄装置で３０分洗浄し、０．１ｍｍｏl／Ｌになるように材料９を脱水トルエンに溶解させた溶液に５時間浸漬した。基板を材料９のトルエン溶液から取り出してトルエンで洗浄後、アセトン、ＩＰＡの順番で洗浄し、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分保持した。その後室温に戻し、０．１ｍｍｏｌ／Ｌになるように材料６をＩＰＡに溶解させた溶液に３時間浸漬した。この積層体を材料６のＩＰＡ溶液から取り出してＩＰＡで洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分保持した。このようにして、積層体上に実施例６のＳＡＭ１４を形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００８０】
表２に示すように、実施例６のＳＡＭ１４のアニソールの接触角は、２５℃では４．６°、８５℃では８．２°であり、実施例１と同様に、高温であってもアニソールの接触角を低く維持する効果が得られた。
【００８１】
次に、表３に示すように、実施例６の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．４ｎｍ、膜厚のばらつきは１９％であった。また、実施例６の有機トランジスタ１０の平均移動度は６．６ｃｍ２／Ｖｓ、移動度のばらつきは１５％であった。
【００８２】
よって、シリルハロゲン基、炭素数４の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基および炭素数２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭ１４を形成して作製した有機トランジスタ１０は、安定して移動度が高いことが確認された。
【００８３】
（実施例７）
第１材料として材料１０を、第２材料として材料６を使用して、実施例１と同様に、積層体上に実施例７のＳＡＭ１４を形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００８４】
表２に示すように、実施例７のＳＡＭ１４のアニソールの接触角は、２５℃では４．３°、８５℃では８．１°であり、実施例１と同様に、高温であってもアニソールの接触角を低く維持する効果が得られた。
【００８５】
次に、表３に示すように、実施例７の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．６ｎｍ、膜厚のばらつきは１８％であった。また、実施例７の有機トランジスタ１０の平均移動度は７．３ｃｍ２／Ｖｓ、移動度のばらつきは１５％であった。
【００８６】
よって、シリルハロゲン基、炭素数６の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基および炭素数２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭ１４を形成して作製した有機トランジスタ１０は、安定して移動度が高いことが確認された。
【００８７】
（比較例１）
積層体の表面をＵＶ−Ｏ３洗浄装置で３０分洗浄した後、０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなるように第１材料として材料１をＩＰＡに溶解させた溶液に１６時間浸漬した。その後、積層体を材料１のＩＰＡ溶液から取り出してＩＰＡで洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分間保持した。このようにして、積層体上に比較例１のＳＡＭを形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００８８】
表２に示すように、比較例１のＳＡＭのアニソールの接触角は、２５℃では３．７°、８５℃では１３．１°となり、実施例１〜７と異なり、高温におけるアニソールの接触角を低く維持する効果は得られなかった。
【００８９】
次に、表３に示すように、比較例１の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．７ｎｍ、膜厚のばらつきは７９％であったため、膜厚ばらつきが大きかった。また、比較例１の有機トランジスタの平均移動度は７．９ｃｍ２／Ｖｓと高いが、移動度のばらつきは３３％と大きく、膜厚ばらつきが大きい影響により移動度の数値が安定しなかった。
【００９０】
よって、リン酸基、炭素数４の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料のみでＳＡＭを形成して作製した有機トランジスタは、移動度が安定しなかった。
【００９１】
これは、第１材料のみで構成されたＳＡＭの膜密度が十分でなく、高温時のＳＡＭの分子運動を抑えられない結果であると考えられる。
【００９２】
（比較例２）
積層体の表面をＵＶ−Ｏ３洗浄装置で３０分洗浄した後、０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなるように第１材料として材料９を脱水トルエンに溶解させた溶液に５時間浸漬した。その後、積層体を材料９のトルエン溶液から取り出してトルエン、アセトン、ＩＰＡの順番で洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分間保持した。このようにして、積層体上に比較例２のＳＡＭを形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【００９３】
表２に示すように、比較例２のＳＡＭのアニソールの接触角は、２５℃では３．３°、８５℃では１３．９°となり、実施例１〜７と異なり、高温におけるアニソールの接触角を低く維持する効果は得られなかった。
【００９４】
次に、表３に示すように、比較例２の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．５ｎｍ、膜厚のばらつきは５９％であったため、膜厚ばらつきが大きかった。また、比較例２の有機トランジスタの平均移動度は６．１ｃｍ２／Ｖｓと高いが、移動度のばらつきは４１％と大きく、膜厚ばらつきが大きい影響により移動度の数値が安定しなかった。
【００９５】
よって、シリルハロゲン基、炭素数４の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料のみでＳＡＭを形成して作製した有機トランジスタは、移動度が安定しなかった。これは、比較例１と同様の理由であると考えられる。
【００９６】
（比較例３）
積層体の表面をＵＶ−Ｏ３洗浄装置で３０分洗浄した後、０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなるように第１材料として材料１をＩＰＡに溶解させた溶液に１６時間浸漬した。その後、積層体を材料１のＩＰＡ溶液から取り出してＩＰＡで洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分間保持した。その後室温に戻し、０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなるように第２材料として材料７をＩＰＡに溶解させた溶液に３時間浸漬した。その後、積層体を材料７のＩＰＡ溶液から取り出してＩＰＡで洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分間保持した。このようにして、積層体上に比較例３のＳＡＭを形成した。その後、実施例１と同様の手順により、有機半導体膜材料を塗布しようとしたが、後述する接触角が高いＳＡＭの影響のため、有機半導体材料の溶液がうまくＳＡＭ上に成膜できなかった。
【００９７】
表２に示すように、比較例３のＳＡＭのアニソールの接触角は、２５℃では３８．４°、８５℃では４３．７°となり、実施例１〜７と異なり、実施例１〜７と異なり、低温と高温のいずれにおいてもアニソールの接触角が高かった。
【００９８】
よって、リン酸基、炭素数４の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基および炭素数６の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭを形成した場合、有機半導体膜を形成できず、有機トランジスタを作製できなかった。
【００９９】
これは、第２材料の直鎖アルキル鎖が、第１材料の直鎖アルキル鎖よりも長いことにより、接触角を低下させるフェニル基よりも露出してしまい、接触角を低下させる効果が得られなかったためと考えられる。
【０１００】
（比較例４）
積層体の表面をＵＶ−Ｏ３洗浄装置で３０分洗浄し、０．１ｍｍｏl／Ｌになるように材料１をＩＰＡに溶解させた溶液に１６時間浸漬した。基板を溶液１から取り出してＩＰＡで洗浄、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分保持した。その後室温に戻し、０．１ｍｍｏl／Ｌになるように材料１１を脱水トルエンに溶解させた溶液に５時間浸漬した。積層体を材料１１のトルエン溶液から取り出してトルエン、アセトン、ＩＰＡの順番で洗浄し、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分保持した。このようにして、積層体上に比較例４のＳＡＭを形成した。その後、実施例１と同様の手順により、有機半導体膜材料を塗布しようとしたが、後述する接触角が高いＳＡＭの影響のためか、有機半導体材料の溶液がうまくＳＡＭ上に成膜できなかった。
【０１０１】
表２に示すように、比較例４のＳＡＭのアニソールの接触角は、２５℃では９．３°、８５℃では１５．４°となり、実施例１〜７と異なり、高温におけるアニソールの接触角を低く維持する効果は得られなかった。
【０１０２】
よって、リン酸基、炭素数４の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、シリルハロゲン基および炭素数２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭを形成した場合、有機半導体膜を形成できず、有機トランジスタを作製できなかった。
【０１０３】
これは、第１材料のうち結合部位がリン酸基であるのに対して、第２材料のうち結合部位がシリルハロゲン基であり、第２材料が第１材料のＳＡＭよりもゲート絶縁膜１３との反応性が低く、第１材料のＳＡＭの空隙をうまく充填できなかったためと考えられる。つまり、第１材料のＳＡＭの空隙に第２材料がうまく充填されない結果、高温時における第１材料の分子運動を抑える作用が弱く、接触角を低下させる効果が得られなかったと推測される。
【０１０４】
（比較例５）
積層体の表面をＵＶ−Ｏ３洗浄装置で３０分洗浄し、０．１ｍｍｏl／Ｌになるように材料１０を脱水トルエンに溶解させた溶液に１６時間浸漬した。積層体を材料１０のトルエン溶液から取り出してトルエン、アセトン、ＩＰＡの順番で洗浄した後、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分保持した。その後室温に戻し、０．１ｍｍｏl／Ｌになるように材料１１を脱水トルエンに溶解させた溶液に５時間浸漬した。積層体を材料１１のトルエン溶液から取り出してトルエン、アセトン、ＩＰＡの順番で洗浄し、１２０℃に昇温したホットプレート上に置き、１０分保持した。このようにして、積層体上に比較例５のＳＡＭを形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【０１０５】
表２に示すように、比較例５のＳＡＭのアニソールの接触角は、２５℃では６．５°、８５℃では１３．３°となり、実施例１〜７と異なり、高温におけるアニソールの接触角を低く維持する効果は得られなかった。
【０１０６】
次に、表３に示すように、比較例５の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．８ｎｍ、膜厚のばらつきは５７％であったため、膜厚ばらつきが大きかった。また、比較例５の有機トランジスタの平均移動度は６．８ｃｍ２／Ｖｓと高いが、移動度のばらつきは３８％と大きく、膜厚ばらつきが大きい影響により移動度の数値が安定しなかった。
【０１０７】
よって、シリルハロゲン基、炭素数６の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、シリルハロゲン基、炭素数２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭを形成して作製した有機トランジスタは、移動度が安定しなかった。
【０１０８】
これは、第１材料および第２材料のいずれも結合部位がシリルハロゲン基であることで、ゲート絶縁膜１３との反応性が足りず、十分な膜密度のＳＡＭとならなかった結果、高温時における第１材料の分子運動を抑える作用が弱かったためと考えられる。
【０１０９】
（比較例６）
実施例１と同様の方法で、第１材料として材料４を、第２材料として材料６を用いて、積層体上に比較例６のＳＡＭを形成した。その後、実施例１と同様に、有機半導体膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した。
【０１１０】
表２に示すように、比較例６のＳＡＭのアニソールの接触角は、２５℃では５．４°、８５℃では１１．８°となり、実施例１〜７と異なり、高温におけるアニソールの接触角を低く維持する効果は得られなかった。
【０１１１】
次に、表３に示すように、比較例６の有機半導体膜１５の平均膜厚は９．３ｎｍ、膜厚のばらつきは３８％であったため、膜厚ばらつきが大きかった。また、比較例６の有機トランジスタの平均移動度は７．２ｃｍ２／Ｖｓと高いが、移動度のばらつきは２６％と大きく、膜厚ばらつきが大きい影響により移動度の数値が安定しなかった。
【０１１２】
よって、リン酸基、炭素数１０の直鎖アルキル鎖およびフェニル基からなる第１材料と、リン酸基、炭素数２の直鎖アルキル鎖からなる第２材料からＳＡＭを形成して作製した有機トランジスタは、移動度が安定しなかった。
【０１１３】
これは、第２材料の直鎖アルキル鎖が第１材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも少なすぎる結果、膜密度の高い１つのＳＡＭを形成できたとしても、高温時における第１材料の分子運動を抑える作用が小さいためと考えらえる。つまり、第１材料の分子運動を抑制するためには、第２材料の直鎖アルキル鎖の炭素数が第１材料の直鎖アルキル鎖の炭素数よりも２、３または４少ない程度には必要であると考えられる。そのため、第２材料の直鎖アルキル鎖が第１材料の直鎖アルキル鎖よりも８少ない比較例６では、有機トランジスタの移動度が安定しなかったと推測される。
【０１１４】
なお、ＳＡＭの形成において、第１材料にシロキシアルキル基を有する誘導体を用いた場合であっても、基板と結合する部位であるハロゲン基が単にオキシアルキル基に置き換わったに過ぎない。そのため、このようなＳＡＭ材料を用いた場合であっても、ゲート絶縁膜１３とＳＡＭ材料のシロキシアルキル基と反応し、ＳＡＭを形成する際にシロキシアルキル基のオキシアルキル基が離脱し、シロキシアルキル基のＳｉ原子がゲート絶縁膜１３と結合した状態となる。この反応機構は、シリルハロゲン基を有するＳＡＭ材料も同様である。そのため、シロキシアルキル基を有する材料で形成したＳＡＭと、シリルハロゲン基を有するＳＡＭ材料で形成したＳＡＭとは、最終的に同じ形態となる。よって、シリルハロゲン基を有するＳＡＭ材料を第１材料のＳＡＭとして用いた場合であっても、前述の実施例と同様の結果が得られると考えられる。
【０１１５】
これにより、第１材料と第２材料を用い、第１材料の直鎖アルキル鎖の炭素数と第２材料の直鎖アルキル鎖の炭素数の調整や結合部位の適宜選択を行うことにより、高温においてもアニソールの接触角の増加を抑えるＳＡＭが得られることが確認された。その結果、有機半導体膜１５の高温塗布時の接触角増加を抑制でき、成膜が安定することにより、有機半導体膜の膜厚ばらつきを抑えることができる。これにより、安定して高い移動度の有機トランジスタ１０が得られることが確認された。
【０１１６】
（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した有機トランジスタは、本発明の有機トランジスタの一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。すなわち、ＳＡＭ１４に接して有機半導体膜１５が積層された積層構成を有する有機トランジスタであれば、もちろん、他の構造でもよい。例えば基板１１の上にＳＡＭ１４、有機半導体膜１５、ソース電極１６、ドレイン電極１７、ゲート絶縁膜１３、ゲート電極１２が順に形成されたトップゲートトップコンタクト構造の有機トランジスタであっても、同様の結果が得られると考えられる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  有機トランジスタ
１１  基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁膜
１４  自己組織化単分子膜
１５  有機半導体膜
１６  ソース電極
１７  ドレイン電極
【図１】
2017199852.tif 000006