(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式１で表されることを特徴とするチアゾール有機半導体化合物。
【化１】
0004994347.tif 000008
（上記化学式１において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、水素、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキル基及びアルコキシ基が置換された炭素数６ないし３０のアリル基からなる群より選択される。
上記化学式１において、Ｘ及びＹは、
【化３】
0004994347.tif 000009
のうちからお互いに同一であったり独立的に選択された置換体または置換体グループであり、上記式で、Ｚ１は、お互いに独立的に一置換または多置換された置換基であって、水素、ヒドロキシ基、置換または非置換されたメチル基、カルボニル基、アミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキルアミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアリルアミノ基、置換または非置換されたヘテロアリルアミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換された炭素数３〜３０のシクロアルキル基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルコキシ基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリル基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリルアルキル基、置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロアリル基、及び置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロ環基からなる群より選択される。
Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、及びＲ８は、水素、炭素数１ないし２５のエチレンオキシド基、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のフッ素化されたアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキレンオキシド基、炭素数１ないし２５のポリジメチルシロキサン基、炭素数１ないし２５のアルキレンスルフィド基、及び炭素数１ないし２５のエチレンスルフィド基からなる群より選択される。）
【請求項２】
i)シリコン基板を準備する段階；
ii)上記シリコン基板上にシリコン酸化物を使用して絶縁層を形成する段階；
iii)上記絶縁層上に化学式１で表される化合物を使用して有機半導体層を形成する段階；及び、
iv)上記有機半導体層上にソース電極とドレイン電極を形成する段階
を含む有機薄膜トランジスタを製造する方法。
【化１】
0004994347.tif 000010
（上記化学式１において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、水素、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキル基及びアルコキシ基が置換された炭素数６ないし３０のアリル基からなる群より選択される。
上記化学式１において、Ｘ及びＹは、
【化３】
0004994347.tif 000011
のうちからお互いに同一であったり独立的に選択された置換体または置換体グループであり、上記式で、Ｚ１は、お互いに独立的に一置換または多置換された置換基であって、水素、ヒドロキシ基、置換または非置換されたメチル基、カルボニル基、アミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキルアミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアリルアミノ基、置換または非置換されたヘテロアリルアミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換された炭素数３〜３０のシクロアルキル基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルコキシ基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリル基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリルアルキル基、置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロアリル基、及び置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロ環基からなる群より選択される。
Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、及びＲ８は、水素、炭素数１ないし２５のエチレンオキシド基、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のフッ素化されたアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキレンオキシド基、炭素数１ないし２５のポリジメチルシロキサン基、炭素数１ないし２５のアルキレンスルフィド基、及び炭素数１ないし２５のエチレンスルフィド基からなる群より選択される。）
【請求項３】
上記有機半導体層を形成する段階は、上記化学式１で表される化合物を、高真空下の状態で蒸着して上記有機半導体層を形成することを特徴とする請求項２記載の有機薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項４】
上記有機半導体層を形成する段階は、上記化学式１で表される化合物を、溶液に溶かした後、コーティングして有機半導体層を形成することを特徴とする請求項２記載の有機薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項５】
シリコン基板層；
上記シリコン基板層の上部のシリコン酸化物を使用した絶縁層；
上記絶縁層の上部の化学式１で表される化合物を使用する有機半導体層；及び、
上記有機半導体層の上部の電極層
を含む有機薄膜トランジスタ。
【化１】
0004994347.tif 000012
（上記化学式１において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、水素、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキル基及びアルコキシ基が置換された炭素数６ないし３０のアリル基からなる群より選択される。
上記化学式１において、Ｘ及びＹは、
【化３】
0004994347.tif 000013
のうちからお互いに同一であったり独立的に選択された置換体または置換体グループであり、上記式で、Ｚ１は、お互いに独立的に一置換または多置換された置換基であって、水素、ヒドロキシ基、置換または非置換されたメチル基、カルボニル基、アミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキルアミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアリルアミノ基、置換または非置換されたヘテロアリルアミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換された炭素数３〜３０のシクロアルキル基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルコキシ基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリル基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリルアルキル基、置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロアリル基、及び置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロ環基からなる群より選択される。
Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、及びＲ８は、水素、炭素数１ないし２５のエチレンオキシド基、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のフッ素化されたアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキレンオキシド基、炭素数１ないし２５のポリジメチルシロキサン基、炭素数１ないし２５のアルキレンスルフィド基、及び炭素数１ないし２５のエチレンスルフィド基からなる群より選択される。）
【請求項６】
有機半導体層は、上記化学式１で表される化合物を、高真空下の状態で蒸着して形成されたことを特徴とする請求項５記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
有機半導体層は、上記化学式１で表される化合物を、溶液に溶かした後、コーティングして形成されたことを特徴とする請求項５記載の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、有機半導体化合物及びこれを用いた有機薄膜トランジスタに関し、具体的には、チアゾールを含む有機半導体化合物及びこれを用いて溶液工程が可能であり、点滅比が改善された有機薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜トランジスタは、多数の長所で最近に研究及び開発が盛んに行われている電子素子である。特に、有機薄膜トランジスタは、製作工程が簡単、且つ安価で、衝撃により破れることもなく、曲げたりたたむことができる可撓性電子回路基板に容易に適用されることができる。
【０００３】
また、非晶質シリコン及びポリシリコンを用いる既存の薄膜トランジスタに比べて有機薄膜トランジスタは、製造工程が簡単で、低費用で生産でき、他の電子部品を搭載した基板と互換性に優れるという点等によって、最近、盛んに研究が行われている。
【０００４】
然しながら、有機薄膜トランジスタも優れた性能のトランジスタ素子になるためには、点滅比(on/off ratio)と電荷移動度が大きいべきであるという課題を抱えている。
また、上記有機薄膜トランジスタを構成する有機半導体は、分子量に応じて低分子と高分子に分けられる。
【０００５】
一般的に低分子は、精製が容易で不純物をほとんど完壁に除去できるため、電気的特性に優れるが、スピンコーティング及びプリンティングのような溶液工程が不可能で、高価の真空装備を介した真空蒸着方法で薄膜を製造しなければならないため、費用が多くかかるという短所を有している。
【０００６】
これに対し、高分子の場合、高純度の精製が難しいため、不純物の除去が難しいという短所があるが、耐熱性に優れ、スピンコーティング及びプリンティングのような溶液工程が可能で、且つ製造工程費用が安価で、且つ大量生産が有利であるという長所がある。
【０００７】
従って、このような低分子と高分子の長所を同時に有する有機半導体化合物の開発が要請される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような問題点を解決するための本発明の第１目的は、点滅比が改善され、熱的安定性に優れ、且つ、溶液工程が可能な有機薄膜トランジスタに使用されることができる有機半導体化合物を提供することである。
【０００９】
また、本発明の第２目的は、上記第１目的の達成により提供される有機半導体化合物を用いる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の第３目的は、上記第１の目的の達成により提供される有機半導体化合物を用いる有機薄膜トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した第１目的を達成するために、本発明は、下記の化学式１で表現されることを特徴とするチアゾール有機半導体化合物を提供する。
【００１２】
【化１】
0004994347.tif 000002
【００１３】
上記化学式１において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、水素、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキル基及びアルコキシ基が置換された炭素数６ないし３０のアリル基からなる群より選択される。
【００１４】
上記化学式１において、Ｘ及びＹは、
【００１５】
【化３】
0004994347.tif 000003
のうちからお互いに同一であったり独立的に選択された置換体または置換体グループであり、上記式で、Ｚ１は、お互いに独立的に一置換または多置換された置換基であって、水素、ヒドロキシ基、置換または非置換されたメチル基、カルボニル基、アミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキルアミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアリルアミノ基、置換または非置換されたヘテロアリルアミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換された炭素数３〜３０のシクロアルキル基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルコキシ基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリル基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリルアルキル基、置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロアリル基、及び置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロ環基からなる群より選択される。
【００１６】
Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、及びＲ８は、水素、炭素数１ないし２５のエチレンオキシド基、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のフッ素化されたアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキレンオキシド基、炭素数１ないし２５のポリジメチルシロキサン基、炭素数１ないし２５のアルキレンスルフィド基、及び炭素数１ないし２５のエチレンスルフィド基からなる群より選択される。
【００１７】
上述した第２目的を達成するために、本発明は、i)シリコン基板を準備する段階、ii)上記シリコン基板上にシリコン酸化物を使用して絶縁層を形成する段階、iii)上記絶縁層上に化学式１を使用して有機半導体層を形成する段階、及びiv)上記有機半導体層上にソース電極とドレイン電極を形成する段階、を含む有機薄膜トランジスタを製造する方法を提供する。
【００１８】
ここで、有機半導体層を形成する段階は、上記化学式１で表現される物質を、高真空下の状態で蒸着して有機半導体層を形成することを特徴とする。
【００１９】
ここで、有機半導体層を形成する段階は、上記化学式１で表現される物質を、溶液に溶かした後、コーティングして有機半導体層を形成することを特徴とする。
【００２０】
上述した第３目的を達成するために、本発明は、シリコン基板層、上記シリコン基板層の上部のシリコン酸化物を使用した絶縁層、上記絶縁層の上部の化学式１を使用する有機半導体層、及び上記有機半導体層の上部の電極層、を含む有機薄膜トランジスタの素子を提供する。
【００２１】
ここで、上記有機半導体層は、上記化学式１で表現される物質を、高真空下の状態で蒸着して形成されたことを特徴とする。
【００２２】
ここで、有機半導体層は、上記化学式１で表現される物質を、溶液に溶かした後、コーティングして形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の新規なチアゾール有機半導体化合物は、有機薄膜トランジスタに使用する場合、点滅比が改善され、熱的安定性に優れ、且つ溶液工程が可能な有機薄膜トランジスタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができ、特定実施例を図面に例示して詳細な説明に詳細に説明する。
【００２５】
然しながら、これは本発明を特定の実施形態に対して限定することではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を含むことと理解されるべきである。
【００２６】
また、第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明する際に使用されることができるが、上記構成要素は、上記用語により限定されてはならない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にだけ使用される。
【００２７】
以下、添付図面を参照し、本発明の望ましい実施例をより詳細に説明する。以下、図面上の同じ構成要素に対しては同じ参照符号を使用し、同じ構成要素に対する重複説明は省略する。以下の実施例は、単に例示のための目的を有するものであって、本発明の権利範囲を限定するのでないことを留意すべきである。
【００２８】
本発明に係るチアゾール有機半導体化合物は、化学式１で表現される特徴がある。
【００２９】
【化１】
0004994347.tif 000004
【００３０】
上記化学式１において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、お互いに同一であったり異に選択されることができ、水素、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、または炭素数１ないし２５のアルキル基及びアルコキシ基が置換された炭素数６ないし３０のアリル基からなる群より選択されることができる。
【００３１】
上記化学式１において、Ｘ及びＹは、
【００３２】
【化３】
0004994347.tif 000005
のうちからお互いに同一であったり独立的に選択された置換体または置換体グループであり、上記式で、Ｚ１は、お互いに独立的に一置換または多置換された置換基であって、水素、ヒドロキシ基、置換または非置換されたメチル基、カルボニル基、アミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキルアミノ基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアリルアミノ基、置換または非置換されたヘテロアリルアミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換された炭素数３〜３０のシクロアルキル基、置換または非置換された炭素数１〜３０のアルコキシ基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリル基、置換または非置換された炭素数６〜３０のアリルアルキル基、置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロアリル基、及び置換または非置換された炭素数２〜３０のヘテロ環基からなる群より選択される。
【００３３】
Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、及びＲ８は、相互に関係なく、水素、炭素数１ないし２５のエチレンオキシド基、炭素数１ないし２５のアルキル基、炭素数１ないし２５のフッ素化されたアルキル基、炭素数１ないし２５のアルコキシ基、炭素数１ないし２５のアルキレンオキシド基、炭素数１ないし２５のポリジメチルシロキサン基、炭素数１ないし２５のアルキレンスルフィド基、及び炭素数１ないし２５のエチレンスルフィド基からなる群より選択される。
【００３４】
[製造例１]化学式２の合成
【００３５】
【化２】
0004994347.tif 000006
【００３６】
【化４】
0004994347.tif 000007
【００３７】
上記反応式１の用いて化学式２が合成された。化学式２は、化学式１の一実施例である。物質(１)はＡｌｄｒｉｃｈ会社で販売する物質である。
【００３８】
ナトリュームにより乾燥されたＴＨＦ２００ｍｌを０℃に下げ、１５.１８ｍｌ(１３８ｍｍｏｌ)ＴｉＣｌ４をよくかき回しながら徐々に入れ、１５分後に１８ｇ(２７６ｍｍｏｌ)Ｚｉｎｃを入れ、１時間加熱撹はんした。その後、再び０℃に下げ、１３ｇ(１１５.９２ｍｍｏｌ)の化合物(１)を乾燥されたＴＨＦ５０ｍｌに溶かして入れ、３時間加熱撹はんした。撹はん後、徐々に常温に下げ、氷水５０ｍｌを入れて反応を終了させた後、沈んだ物質をフィルタし、これを再びサイクローンヘキサンを用いて再結晶して化合物(２)を得た。(歩留まり：６５％)
【００３９】
０℃でＤＭＦ１４ｍｌとＰＯＣｌ３ １.５ｍｌ(１６.５ｍｍｏｌ)を混ぜてよく撹はんし、これを０℃でＤＭＦ４０ｍｌに溶かした２.７４ｇ(１４.２５ｍｍｏｌ)化合物(２)にゆっくり入れながら撹はんした。添加後、常温に徐々に上げて、再び５０℃に３時間撹はん後、１ＭＮａＯＨ水溶液１００ｍｌに注いで中和し、ベンジンを用いて抽出してシリカコラム装置を用いて精製された化合物(３)を得た。(歩留まり：７０.０８％)
【００４０】
化合物(３)２.２０ｇ(１０ｍｍｏｌ)とｄｉｔｈｉｏｏｘａｍｉｄｅ ０.５４１ｇ(４.５ｍｍｏｌ)を１,２-ｄｉｃｈｏｌｒｏｂｅｚｅｎｅ ２０ｍｌに溶かし、これを２４時間以上撹はん加熱した後、常温に下げてエタノール１００ｍｌに入れて沈殿させ、これをフィルタした。フィルタされた物質をエタノールで多数回洗浄し、シリカコラム装置を介し化学式２の化合物を得た。(歩留まり：２２％)
【００４１】
上記化学式２の化合物の構造は、図１の１Ｈ-ＮＭＲと質量分析を介し確認した。図２の合成された化学式２の化合物の熱重量分析結果を考察すると、合成された化学式２の化合物の５％重量減少は３０２℃に測定された。これによって合成された化学式２の熱的安定性に優れることが分かる。図３の時差熱量分析結果を考察すると、合成された化学式２の化合物は、１５５℃と２４０℃で各々相転移点を有すると測定された。この時差熱量分析である図３において、２つの相転移温度を観察することによって、化合物２が液晶性を有するということを間接的に分かる。図４の化学式２で表示される有機半導体のｘ-ｒａｙ結晶分析グレフを考察すると、５つのピークを有し、化学式２で表示される有機半導体は結晶性を有するということが分かる。
【００４２】
本発明に係る化学式１を有機半導体層に使用して有機薄膜トランジスタの素子を製造する方法は、シリコン基板を形成する段階、シリコンジオキシドを使用して絶縁層を形成する段階、化学式１を使用して有機半導体層を形成する段階、及びソース電極とドレイン電極を形成する段階を含むことを特徴とする。
【００４３】
[製造例２]有機薄膜トランジスタの製造
具体的には化学式１の一実施例である化学式２を有機半導体層に使用して有機薄膜トランジスタの素子を製造する方法に関する製造例である。
【００４４】
まず、シリコン基板(１１０)を準備する。上記シリコン基板(１１０)はｎ型であるのが望ましい。また、備えられたｎ型シリコン基板は、以後に形成される有機薄膜トランジスタのゲート電極として作用する。
【００４５】
次いで、上記基板の上部に３００ｎｍの厚さで熱成長させたシリコン酸化物を使用して絶縁層(１２０)を形成する。また、上記絶縁層(１２０)は熱成長の他にも多様な方法を使用して形成できる。即ち、化学的気相蒸着、物理的気相蒸着または原子層蒸着法を使用して形成することもできる。
【００４６】
続いて、化学式２の化合物を真空蒸着したり、クロロベンゼンなどの溶液に溶かした後、スピンコーティングして５０ｎｍの厚さの有機半導体(１３０)層を形成する。
【００４７】
最後に、金３０ｎｍを既形成された有機半導体層(１３０)上に真空蒸着することによって、ソースとドレイン電極(１４０)を形成する。
【００４８】
上述した過程を介し製造された有機薄膜トランジスタを半導体特性分析装備を介し図５に示された電気的特性を測定した。図５を参照すると、本製造例の有機薄膜トランジスタは点滅比(on/off ratio)が１０６以上の優秀な特性を表すことが分かる。
【００４９】
図６は化学式１で表す化合物を有機半導体層に使用する有機薄膜トランジスタの素子の断面図である。
【００５０】
図６を参考すると、本実施例の有機薄膜トランジスタは、シリコン基板(１１０)、絶縁層(１２０)、有機半導体層(１３０)及び電極層(１４０)で構成される。
【００５１】
ゲート電極の役割を遂行するシリコン基板(１１０)上には絶縁層(１２０)が形成される。上記絶縁層(１２０)は、シリコン酸化物で形成され、上記絶縁層(１２０)の上部には有機半導体層(１３０)が備えられる。上記有機半導体層(１３０)は、上記化学式２で表現される有機化合物を使用して形成される。また、上記有機半導体層(１３０)の上部側面には金属物からなる電極層(１４０)が形成される。形成された電極層はソース電極及びドレイン電極として作用する。望ましくは、上記電極層は金を含む。然しながら、その他にも有機半導体層の上部に適切な方法を使用して形成できる導電体ならば、多様な物質が電極層として使用されることができることは当業者に自明な事項である。
【００５２】
上記の基板層(１１０)はｎ-型シリコンを使用して、上記基板層(１１０)にはゲート電極の機能が含まれている。上記絶縁層(１２０)は、上記基板層(１１０)の上部に３００ｎｍの厚さで熱成長させたシリコン酸化物で構成されている。上記有機半導体層は(１３０)は化学式１を使用して、一実施例として化学式２の化合物を真空蒸着したり、クロロベンゼンなどの溶液に溶かした後、スピンコーティングして５０ｎｍの厚さの有機半導体層を形成する。上記電極形成層(１４０)は金３０ｎｍを有機半導体層上に真空蒸着してソースとドレイン電極を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】化学式２で表示される有機半導体化合物の１Ｈ-ＮＭＲグレフである。
【図２】化学式２で表示される有機半導体化合物の熱重量分析曲線を示すグラフである。
【図３】化学式２で表示される有機半導体化合物の時差熱量分析曲線を示すグレフである。
【図４】化学式２で表示される有機半導体のｘ-ｒａｙ結晶分析グレフである
【図５】化学式２を有機半導体層として用いた有機薄膜トランジスタ素子の電気的特性を示したグレフである。
【図６】化学式１を有機半導体層に使用する有機薄膜トランジスタの素子の図面である。
【符号の説明】
【００５４】
１１０  基板層
１２０  絶縁層
１３０  有機半導体層
１４０  電極層
【図１】
0004994347.tif 000014
【図２】
0004994347.tif 000015
【図３】
0004994347.tif 000016
【図４】
0004994347.tif 000017
【図５】
0004994347.tif 000018
【図６】
0004994347.tif 000019