(57)【要約】【課題】  塗工性に優れた有機半導体層形成用溶液、それを用いた有機半導体層および低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】  下記一般式（１）【化１】2017098489.tif 000005（ここで、置換基Ｒ１およびＲ２は、同一でも異なっていてもよく、炭素数３〜１０のアルキル基を示し、Ｔ１〜Ｔ４は、各々同一でも異なっていてもよく、酸素原子または硫黄原子を示す。）で示されるヘテロアセン誘導体、１０００Ｈｚにおいて誘電率３．０以上のポリマーバインダー、および有機溶媒を含む有機半導体層形成用溶液。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）
【化１】
2017098489.tif 000004
（ここで、置換基Ｒ１およびＲ２は、同一でも異なっていてもよく、炭素数３〜１０のアルキル基を示し、Ｔ１〜Ｔ４は、各々同一でも異なっていてもよく、酸素原子または硫黄原子を示す。）
で示されるヘテロアセン誘導体、１０００Ｈｚにおいて誘電率３．０以上のポリマーバインダー、および有機溶媒を含む有機半導体層形成用溶液。
【請求項２】
ポリマーバインダーの誘電率が３．０〜４．０であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体形成用溶液。
【請求項３】
ポリマーバインダーが、ポリカーボネート、ポリ（スチレン−ｃｏ―メチルメタクリレート）、ポリ（アクリルニトリル−ｃｏ−ブタジエン−ｃｏ−スチレン）、ポリ（アクリロニトリル−ｃｏ−スチレン−ｃｏ−メチルメタクリレート）、ポリ（スチレン−ｃｏ−アクリロニトリル）、ポリビニルフェノールからなる群より選択されることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体形成用溶液。
【請求項４】
Ｔ１〜Ｔ４が硫黄原子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の有機半導体層形成用溶液。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の有機半導体層形成用溶液を用いて形成されることを特徴とする有機半導体層。
【請求項６】
一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーが連続的な相分離構造を有することを特徴とする請求項５に記載の有機半導体層。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の有機半導体層を用いて得られる有機薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタに関するものであり、特に印刷法に適用可能な塗工性に優れた低分子有機半導体材料を含む有機半導体層形成用溶液、これを用いて形成した有機半導体層、及び低電圧駆動が可能な有機薄膜トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜トランジスタに代表される有機半導体デバイスは、省エネルギー、低コストおよびフレキシブルといった無機半導体デバイスにはない特徴を有することから近年注目されている。この有機半導体デバイスは、有機半導体層、基板、絶縁層、電極等の数種類の材料から構成され、中でも電荷のキャリア移動を担う有機半導体層は該デバイスの中心的な役割を有している。そして、有機半導体デバイス性能は、この有機半導体層を構成する有機材料のキャリア移動度により左右されることから、高キャリア移動度を与える有機材料の出現が所望されている。
【０００３】
有機半導体層を作製する方法としては、高温真空下、有機材料を気化させて実施する真空蒸着法、有機材料を適当な溶媒に溶解させその溶液を塗布する塗布法等の方法が一般的に知られている。塗布は高温高真空条件を用いることなく印刷技術を用いても実施することができるため、経済的に好ましいプロセスと考えられており、塗工性が高く、キャリア移動度に優れ、低電圧駆動可能な塗布型有機半導体層が望まれている。
【０００４】
塗布型有機半導体層として、ジチエノベンゾジチオフェン骨格を有する有機半導体材料を用いた有機半導体層が提案されており、ウェットプロセスで作製した有機薄膜トランジスタについて開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、塗布型有機半導体層に高いキャリア輸送性を付与するため、ジドデシルベンゾチエノベンゾチオフェンやビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセンといった低分子化合物とキャリア輸送性とを有する高分子化合物を組み合わせた有機半導体組成物が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された塗布型有機半導体層は、高移動度であるが、ソース-ドレイン電圧が−５０Ｖ、ゲート電圧が最大−６０Ｖと印加する電圧が大きいため低い電圧での駆動が求められている。特許文献２に記載された有機半導体組成物においてもソース-ドレイン電圧、及びゲート電圧とも最大−６０Ｖと高電圧が必要という課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２９０１９号公報
【特許文献２】特開２００９−２６７３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、塗工性に優れ、低電圧で駆動する塗工型有機半導体層に適した有機半導体層形成用溶液、それを用いた有機半導体層および低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討の結果、特定の有機半導体層形成用溶液が連続的な相分離構造を有する有機半導体層を形成することで、得られる塗工型有機半導体層が低電圧で駆動することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、下記一般式（１）
【００１０】
【化１】
2017098489.tif 000002
（ここで、置換基Ｒ１およびＲ２は、同一でも異なっていてもよく、炭素数３〜１０のアルキル基を示し、Ｔ１〜Ｔ４は、各々同一でも異なっていてもよく、酸素原子または硫黄原子を示す。）
で示されるヘテロアセン誘導体、１０００Ｈｚにおいて誘電率３．０以上のポリマーバインダー、および有機溶媒を含む有機半導体層形成用溶液、それを用いて形成した有機半導体層および高い半導体・電気物性、を有する低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタに関するものである。
【００１１】
以下に、本発明をより詳細に説明する。
【００１２】
本発明の有機半導体層形成用溶液は、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体、１０００Ｈｚにおける誘電率３．０以上のポリマーバインダー、および有機溶媒を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の有機半導体層形成用溶液を構成するヘテロアセン誘導体は、一般式（１）で示される縮合環骨格を有する構造であることを特徴とする。
【００１４】
一般式（１）中、Ｒ１およびＲ２は、同一でも異なっていてもよく、炭素数３〜１０のアルキル基を示し、高溶解性のため炭素数４〜８のアルキル基であることが好ましい。Ｒ１およびＲ２が、炭素数３以上であることで、ヘテロアセン誘導体の有機溶媒に対する溶解性を向上させ安定的な有機半導体層形成用溶液とすることができ、かつ、炭素数１０以下であることで、得られる有機薄膜トランジスタの半導体・電気特性を優れたものとすることができる。
【００１５】
Ｒ１およびＲ２の具体例としては、例えば、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、２−エチルヘキシル基、ｎ−ノニル基、ｎ−デシル基などを挙げることができ、高溶解性のため、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基であることが好ましい。
【００１６】
一般式（１）中、Ｔ１〜Ｔ４は各々同一でも異なっていてもよく、酸素原子又は硫黄原子を示す。Ｔ１〜Ｔ４は、高移動度のため、すべて硫黄原子が好ましく、その場合一般式（１）は、ジチエノベンゾジチオフェン骨格を有する構造を示す。
【００１７】
一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体の具体例として、特に限定はなく、以下の化合物を挙げることができる。
【００１８】
【化２】
2017098489.tif 000003
なお、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体としては、高溶解性及び高移動度のため、２，７−ジ（ｎ−ブチル）ジチエノベンゾジチオフェン、２，７−ジ（ｎ−ペンチル）ジチエノベンゾジチオフェン、２，７−ジ（ｎ−ヘキシル）ジチエノベンゾジチオフェン、２，７−ジ（ｎ−ヘプチル）ジチエノベンゾジチオフェン、２，７−ジ（ｎ−オクチル）ジチエノベンゾジチオフェンが好ましい。
【００１９】
本発明の有機半導体層形成用溶液はポリマーバインダーを含むことで、該溶液を用いて形成された有機半導体層および有機トランジスタは低電圧駆動が可能となる。
【００２０】
ここで一般に、有機半導体層の誘電率が高いほど、有機トランジスタを低電圧駆動とすることができることが知られている。一方、ポリマーの絶縁体を用いる場合、ポリマーの誘電率が高いとキャリア移動度の低下やヒステリシスの発生等の問題が生じるものである。本発明は、本発明に係る有機半導体材料を用いる場合、ポリマーバインダーの誘電率が特定の範囲であるとき、キャリア移動度の低下等の問題が生じることなく有機トランジスタを低電圧駆動することができることを見出したものであり、高い半導体・電気物性を実現したことに特徴があるものである。なお、誘電率は周波数に依存するため、本発明では１０００Ｈｚにおける誘電率として範囲を特定したものである（周波数の値が固定されている場合、誘電率は物質固有の値となる。）。
【００２１】
ポリマーバインダーは電極から有機半導体層へのキャリア移動と半導体層中のグレイン間のキャリア移動を促進するため、１０００Ｈｚにおける誘電率が３．０以上であり、３．０〜４．０であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明で用いるポリマーバインダーは、有機半導体層形成用溶液とする際により優れた塗工性を発現することから、ポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）が５，０００〜２，０００，０００の範囲にあることが好ましく、１０，０００〜１，５００，０００であることが更に好ましい。
【００２３】
本発明に用いられるポリマーバインダーとして、例えば、ポリカーボネート、ポリ（スチレン−ｃｏ−メチルメタクリレート）、ポリ（アクリルニトリル−ｃｏ−ブタジエン−ｃｏ−スチレン）、ポリ（アクリロニトリル−ｃｏ−スチレン−ｃｏ−メチルメタクリレート）、ポリ（スチレン−ｃｏ−アクリロニトリル）、ポリイミド、ナイロン６、ナイロン６６、セルロース、セルロースアセテート、ポリエチレン−ｃｏ−アセテート−ｃｏ−ブチレート、ポリエーテルスルフォン、ポリテトラフルオロメチルシロキサン、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。
【００２４】
なお、本発明で用いるポリマーバインダーは、１種類のポリマーバインダーを単独で使用、または２種類以上のポリマーバインダーの混合物として使用することが可能である。更に、異なる分子量のポリマーバインダーを混合して使用することも可能である。そして、上記で挙げたポリマーバインダーの２種類以上の共重合体であってもかまわない。
【００２５】
本発明の有機半導体層形成用溶液の構成成分として用いる有機溶媒としては、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体、およびポリマーバインダーを溶解することが可能な有機溶媒であれば如何なる有機溶媒を使用してもよく、例えば、炭化水素、とくに、芳香族炭化水素、ケトン溶媒、アルコール、エーテル、エステル、塩素系溶媒等が挙げられる。このうち、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーの連続的な相分離構造を形成するのにより好適なものとなることから、常圧での沸点が１４０℃以上である有機溶媒が好ましい。例えば、テトラリン、メシチレン、ｏ−キシレン、イソプロピルベンゼン、ペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、１，２，４−トリメチルベンゼン、アニソール、２−メチルアニソール、３−メチルアニソール、２，３−ジメチルアニソール、３，４−ジメチルアニソール、２，６−ジメチルアニソール、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、１，２−メチレンジオキシベンゼン、１，２−エチレンジオキシベンゼン、酢酸フェニル、１，２−ジクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、１，４−ジクロロベンゼン、シクロヘキサノン、デカン、ドデカン、デカリン、シクロヘキサノールアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、１,４−ブタンジオールジアセテート、１,３−ブチレングリコールジアセテート、１,３−ブチレングリコールジアセテート、１,６−ヘキサンジオールジアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、３−メトキシブチルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリアセチレンなどを挙げられることができ、その中でも適度な乾燥速度を持つことから、好ましくはテトラリン、メシチレン、ｏ−キシレン、１，２，４−トリメチルベンゼン、アニソール、２−メチルアニソール、３−メチルアニソール、２，３−ジメチルアニソール、３，４−ジメチルアニソール、２，６−ジメチルアニソール、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、１，２−メチレンジオキシベンゼン、１，２−エチレンジオキシベンゼン、酢酸フェニル、１，２−ジクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、１，４−ジクロロベンゼン、シクロヘキサノンであり、さらに好ましくは、テトラリン、メシチレン、アニソール、２−メチルアニソール、３−メチルアニソール、２，３−ジメチルアニソール、３，４−ジメチルアニソール、２，６−ジメチルアニソールである。
【００２６】
なお、本発明で用いる有機溶媒は、１種類の有機溶媒を単独で使用、または沸点、極性、溶解度パラメーターなど性質の異なる有機溶媒を２種類以上混合して使用することが可能である。
【００２７】
本発明の有機半導体層形成用溶液は、上記一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体、ポリマーバインダー、および有機溶媒を混合、溶解することで調製する。
【００２８】
有機半導体層形成用溶液を調製する方法については特に制限はなく、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーを有機溶媒に溶解することが可能な方法であれば、如何なる方法を用いてもよい。例えば、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーの混合物を同時に有機溶媒に溶解して有機半導体層形成用溶液を調製する方法、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体の有機溶媒溶液にポリマーバインダーを溶解して有機半導体層形成用溶液を調製する方法、ポリマーバインダーの有機溶媒溶液に一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体を溶解する方法などを挙げることができる。
【００２９】
一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーを有機溶媒に混合溶解する際の温度としては、溶解を促進させる目的のため、０〜１００℃の温度範囲で行うことが好ましく、１０〜８０℃の温度範囲で行うことが更に好ましい。
【００３０】
また、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーを有機溶媒に溶解混合する時間は、均一溶液を得るため、１分〜２日間で溶解することが好ましい。
【００３１】
一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーの混合組成比は、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーとの合計１００質量部に対して、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体の含有割合が、５〜７０質量部の範囲であることが好ましく、１０〜６０質量部の範囲であることが更に好ましい。
【００３２】
本発明の有機半導体層形成用溶液における一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体の濃度が０．０１〜２０．０重量％の範囲であると、取り扱いがより容易になり、有機半導体層を形成する際の効率により優れるものとなる。また、有機半導体層形成用溶液の粘度が０．３〜１００ｍＰａ・ｓの範囲であると、より好適な塗工性を発現するものとなる。
【００３３】
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて有機半導体層を形成する際の塗布方法としては、有機半導体層を形成可能な方法であれば特に制限はなく、例えば、スピンコート、ドロップキャスト、ディップコート、キャストコート等の簡易塗工法；ディスペンサー、インクジェット、スリットコート、ブレードコート、フレキソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等の印刷法を挙げることができ、中でも容易に効率よく有機半導体層とすることが可能となることから、スピンコート、インクジェットであることがさらに好ましい。また、その際の有機半導体層の膜厚については特に制限はなく、膜厚の制御のし易さのため、好ましくは１ｎｍ〜１μｍであり、さらに好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００３４】
本発明の有機半導体層形成用溶液を塗布後、有機溶媒を乾燥除去することにより有機半導体層を形成することが可能である。
【００３５】
塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去する際、乾燥する条件に特に制限はなく、例えば、常圧下、又は減圧下で有機溶媒の乾燥除去を行うことが可能である。
【００３６】
塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去する温度に特に制限はないが、効率よく塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去することができ、有機半導体層を形成することが可能であるため、１０〜１５０℃の温度範囲で行うことが好ましい。
【００３７】
塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去する際、除去する有機溶媒の気化速度を調節することで、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体の結晶成長を制御することが可能である。
【００３８】
また、得られる有機半導体層は、有機半導体層を形成後、アニール処理を行ってもよく、溶媒乾燥促進のため４０〜１５０℃で行うのが好ましい。
【００３９】
本発明で得られる有機半導体層は、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体とポリマーバインダーが連続的な相分離構造を有することを特徴とする。
【００４０】
本発明で示す有機半導体膜の連続的な相分離構造とは、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体から形成される層が欠陥のない界面により分離されていることを示す。なお、本発明では、有機半導体層形成用溶液が塗工性に優れることにより欠陥のない界面が形成されるものである。
【００４１】
該層は一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体およびポリマーバインダーの成分を有機半導体層の縦方向に分析することで確認することが可能である。
【００４２】
有機半導体層の縦方向に分析する方法として、例えば、ＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光分析装置）を用いた深さ方向の分析（アルゴンイオン銃を用いたエッチングにより深さ方向の分析を行う）が挙げられ、当該方法により、有機半導体層の有機半導体とポリマーバインダーとの成分比を解析することが可能である。
【００４３】
本発明で得られる有機半導体層の構成としては本発明にかかる有機半導体層が得られる限り特に制限はなく、例えば、以下の（ａ）〜（ｄ）が挙げられる。（ａ）上層に一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体からなる層が形成され、下層にポリマーバインダーからなる層が形成される層の構成。（ｂ）上層にポリマーバインダーからなる層が形成され、下層に一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体からなる層が形成された層の構成。（ｃ）上層に一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体層からなる層が形成され、中間層にポリマーバインダーからなる層を有し、下層に一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体からなる層が形成される層の構成。（ｄ）上層にポリマーバインダーからなる層が形成され、中間層に一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体からなる層を有し、下層にポリマーバインダーからなる層が形成される層の構成。
【００４４】
本発明の有機半導体層形成用溶液より形成される有機半導体層は、有機半導体デバイス、特に有機薄膜トランジスタの有機半導体層として使用することが可能である。
【００４５】
有機薄膜トランジスタは、基板上に、ソース電極およびドレイン電極を付設した有機半導体層とゲート電極とを絶縁層を介し積層することにより得ることができ、該有機半導体層に本発明の有機半導体層形成用溶液により形成した有機半導体層を用いることにより、優れた半導体・電気特性を発現する有機薄膜トランジスタとすることが可能である。
【００４６】
図１に一般的な有機薄膜トランジスタの断面形状による構造を示す。ここで、（Ａ）は、ボトムゲート−トップコンタクト型、（Ｂ）は、ボトムゲート−ボトムコンタクト型、（Ｃ）は、トップゲート−トップコンタクト型、（Ｄ）は、トップゲート−ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタであり、１は有機半導体層、２は基板、３はゲート電極、４はゲート絶縁層、５はソース電極、６はドレイン電極を示し、本発明の有機半導体層形成用溶液より形成される有機半導体層は、いずれの有機薄膜トランジスタにも適用することが可能である。
【００４７】
基板の具体例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、フッ素化環状ポリオレフィン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリ（ジイソプロピルフマレート）、ポリ（ジエチルフマレート）、ポリ（ジイソプロピルマレエート）、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、セルローストリアセテート等のプラスチック基板；ガラス、石英、酸化アルミニウム、シリコン、ハイドープシリコン、酸化シリコン、二酸化タンタル、五酸化タンタル、インジウム錫酸化物等の無機材料基板；金、銅、クロム、チタン、アルミニウム等の金属基板等を挙げることができる。なお、ハイドープシリコンを基板に用いた場合、その基板はゲート電極を兼ねることができる。
【００４８】
ゲート電極の具体例としては、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、ハイドープシリコン、スズ酸化物、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物、酸化モリブデン、クロム、チタン、タンタル、グラフェン、カーボンナノチューブ等の無機材料；ドープされた導電性高分子（例えば、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）等の有機材料等を挙げることができる。
【００４９】
ゲート絶縁層の具体例としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、二酸化タンタル、五酸化タンタル、インジウム錫酸化物、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマス等の無機材料；ポリ（ジイソプロピルフマレート）系樹脂、架橋ポリ（ジエチルフマレート）系樹脂、架橋ポリエチレンテレフタレート系樹脂、架橋ポリエチレンナフタレート系樹脂、架橋ポリエーテルスルホン系樹脂、架橋環状ポリオレフィン系樹脂、架橋ポリスチレン系樹脂、架橋ポリ−α−メチルスチレン系樹脂、架橋ポリエチレン系樹脂、架橋ポリプロピレン系樹脂、架橋ポリ（エチレン−プロピレン）共重合体系樹脂、架橋ポリ（エチレン−ノルボルネン）共重合体系樹脂、ＢＣＢ樹脂（塗工前の物質：ビスビニルシロキサンベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）））等の有機塗工型材料；蒸着型の無機系酸化物を用いた無機蒸着型材料；ポリ（パラキシリレン）（蒸着前の物質：ジパラキシリレン）、ポリ（クロロパラキシリレン）（蒸着前の物質：（ジクロロジパラキシリレン））、ポリ（ジクロロパラキシリレン）（蒸着前の物質：（テトラクロロジパラキシリレン）等の有機蒸着型材料等を挙げることができる。また、これらのゲート絶縁層の表面は、例えば、オクタデシルトリクロロシラン、デシルトリクロロシラン、デシルトリメトキシシラン、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、β−フェネチルトリクロロシラン、β−フェネチルトリメトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のシラン類；ヘキサメチルジシラザン等のシリルアミン類で修飾処理したものであっても使用することができる。
【００５０】
一般的にゲート絶縁層の表面処理を行うことにより、有機半導体層を構成する材料の結晶粒径の増大および分子配向の向上が起こるため、キャリア移動度および電流オン・オフ比の向上、並びに閾値電圧の低下という好ましい結果が得られる。
【００５１】
ソース電極およびドレイン電極の材料としては、ゲート電極と同様の材料を用いることができ、ゲート電極の材料と同じであっても異なっていてもよく、異種材料を積層してもよい。また、キャリアの注入効率を上げるために、これらの電極材料に表面処理を実施することもできる。例えば、ベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオールを挙げることができる。
【００５２】
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて得られる有機薄膜トランジスタは、省電力のために印加するドレイン電圧とゲート電圧は−２０Ｖ以下であることが好ましい。
【００５３】
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて得られる有機薄膜トランジスタは、速い動作性のため、キャリア移動度が、１．００ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上であることが好ましい。
【００５４】
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて得られる有機薄膜トランジスタは、高いスイッチ特性のため、電流オン・オフ比が、１．０×１０６以上であることが好ましい。
【００５５】
本発明の有機半導体層形成用溶液およびそれより形成される有機半導体層は、電子ペーパー、有機ＥＬディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）、メモリー、センサー用等の有機薄膜トランジスタ用途；有機ＥＬディスプレイ材料；有機半導体レーザー材料；有機薄膜太陽電池材料；フォトニック結晶材料等の電子材料に利用することができ、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体が結晶性の薄膜となるため、有機薄膜トランジスタの半導体層用途として用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００５６】
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いることで、優れた半導体・電気特性を発現する低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタを提供することが可能となる。
【実施例】
【００５７】
以下実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００５８】
実施例中、ポリマーバインダーの誘電率は１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍの大きさのサンプルを作製しＬＣＲメーター（アジレント・テクノロジー社製、ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ＬＣＲ  ｍｅｔｅｒ  ＨＰ４２８４Ａ）で周波数１０００Ｈｚの条件で平行板コンデンサ法を用いて測定を行った。連続的な相分離構造の有無は、アルゴンイオン銃によるエッチングとＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光法）（アルバック・ファイ社製ＰＨＩ５０００  ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅＩＩ）により有機半導体層の深さ方向の組成を求める分析により判断した。半導体・電気物性については、半導体パラメータアナライザー（ケースレー社製４２００ＳＣＳ）を用い、実施例に記載のドレイン電圧（Ｖｄ）、ゲート電圧（Ｖｇ）にて測定を行った。
【００５９】
実施例１
（ゲート電極の形成）
ガラス基板上にアルミニウムを真空蒸着することで電極を形成した。
（ゲート絶縁膜の形成）
グローブボックス内でビスビニルシロキサンベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）（商品名：サイクロテン３０２２−３５）（ダウ・ケミカル社製）３．０ｇとメシチレン３．０ｇとを混合して得られた溶液の内０．５ｍｌ用いてスピンコーター（ミカサ株式会社製、ＭＳ−Ａ１００Ｍ）で、ゲート電極付ガラス基板上にスピンコート製膜し（５００ｒｐｍ／５秒、及び２０００ｒｐｍ／６０秒）、さらに８０℃×３分、１５０℃×３分、２１０℃×４０分、及び２５０℃×６０分の熱処理により得られた膜厚５００ｎｍのＢＣＢ樹脂をゲート絶縁膜とした。
（有機半導体層の形成）
空気下１０ｍｌサンプル管に、１，２−ジクロロベンゼン３．０ｇ、及び２，７−ジ（ｎ−ヘキシル）ジチエノベンゾジチオフェン０．６ｍｇ、及び１０００Ｈｚで誘電率３．１のポリカーボネート（帝人社製、商品名パンライト）０．３ｍｇを加え、８０℃に加熱して溶解させることで調製した有機半導体層形成用溶液を、上述で作製した絶縁膜上に室温でドロップキャストし、乾燥させることで有機半導体層を形成させた。
【００６０】
該有機半導体層のＥＳＣＡ測定により、２，７−ジ（ｎ−ヘキシル）ジチエノベンゾジチオフェンとポリカーボネートの連続的な相分離構造を有することを確認した。
（有機薄膜トランジスタの作製）
上述の方法で作製した有機半導体層に、チャネル長２０μｍ、チャネル幅１０００μｍのシャドウマスクを置き、金を真空蒸着することで電極を形成し、ボトムゲート−トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタを作製した。
（半導体・電気物性の測定）
作製した有機薄膜トランジスタの電気物性をドレイン電圧（Ｖｄ＝−２０Ｖ）で、ゲート電圧（Ｖｇ）を＋５〜−２０Ｖまで０．５Ｖ刻みで走査し、伝達特性の評価を行った。キャリア移動度は１．３０ｃｍ２／Ｖ・ｓ（ｐ型）、オン・オフ比 ２．０×１０７であった。
【００６１】
実施例２
（有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製）
１，２−ジクロロベンゼンの代わりにテトラリン、ポリカーボネートの代わりに１０００Ｈｚで誘電率３．２のポリ（スチレン−ｃｏ−メチルメタクリレート）（シグマ−アルドリッチ社製）を用いた以外は実施例１と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
【００６２】
該有機半導体層のＥＳＣＡ測定により、２，７−ジ（ｎ−ヘキシル）ジチエノベンゾジチオフェンとポリ（スチレン−ｃｏ−メチルメタクリレート）の連続的な相分離構造を有することを確認した。
（半導体・電気物性の測定）
実施例１と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は１．２５ｃｍ２／Ｖ・ｓ（ｐ型）、オン・オフ比１．６×１０７であった。
【００６３】
実施例３
（有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製）
ポリカーボネートの代わりに、１０００Ｈｚで誘電率３．５のポリ（アクリルニトリル−ｃｏ−ブタジエン−ｃｏ−スチレン）（シグマ−アルドリッチ社製）を用いた以外は実施例１と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
（半導体・電気物性の測定）
実施例１と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は１．１２ ｃｍ２／Ｖ・ｓ（ｐ型）、オン・オフ比１．０×１０７であった。
【００６４】
比較例１
（有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製）
１，２−ジクロロベンゼンの代わりにトルエン、ポリカーボネートの代わりに１０００Ｈｚで誘電率２．５のポリスチレン（シグマ−アルドリッチ社製）を用いた以外は実施例１と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
【００６５】
該有機半導体層のＥＳＣＡ測定により、２，７−ジ（ｎ−ヘキシル）ジチエノベンゾジチオフェンとポリスチレンの連続的な相分離構造を有していた。
（半導体・電気物性の測定）
実施例１と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は０．６１ｃｍ２／Ｖ・ｓ（ｐ型）、オン・オフ比６．２×１０６であった。
【００６６】
移動度１．０ｃｍ２／Ｖｓ以上、オン・オフ比１０７以上となるためには、Ｖｄ＝−４０Ｖ、Ｖｇ=＋１０〜−４０Ｖ電圧を印加する必要があった。
【００６７】
比較例２
（有機半導体層の形成と有機薄膜トランジスタの作製）
ポリカーボネートの代わりに、１０００Ｈｚで誘電率２．７のポリ（４−ビニルビフェニル）（シグマ−アルドリッチ社製）を用いた以外は実施例１と同様の方法で有機半導体層および有機薄膜トランジスタを作製した。
【００６８】
該有機半導体層のＥＳＣＡ測定により、２，７−ジ（ｎ−ヘキシル）ジチエノベンゾジチオフェンとポリ（４−ビニルビフェニル）の不連続的な相分離構造を有していた。
（半導体・電気物性の測定）
実施例１と同様の方法で有機薄膜トランジスタの電気物性測定を行った。キャリア移動度は０．０．７０ｃｍ２／Ｖ・ｓ（ｐ型）、オン・オフ比７．５×１０６であった。
【００６９】
移動度１．０ｃｍ２／Ｖｓ以上、オン・オフ比１０７以上となるためには、Ｖｄ＝−３０Ｖ、Ｖｇ=＋１０〜−３０Ｖ電圧を印加する必要があった。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いることで、優れた半導体・電気物性を有する低電圧駆動可能な有機薄膜トランジスタを作製することができるため、半導体デバイス材料としての適用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】；有機薄膜トランジスタの断面形状による構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
（Ａ）：ボトムゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ
（Ｂ）：ボトムゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
（Ｃ）：トップゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ
（Ｄ）：トップゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
１：有機半導体層
２：基板
３：ゲート電極
４：ゲート絶縁層
５：ソース電極
６：ドレイン電極
【図１】
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