(57)【要約】【課題】  有機半導体材料に所望の電流を流すことが可能な有機半導体デバイスを提供すること。【解決手段】  有機半導体デバイスは、基板１、基板１上に形成されたＣｕ薄膜２、Ｃｕ薄膜２に接続されアノード電極として機能するコンタクト層３、コンタクト層３上に被着形成された正孔注入層４、正孔注入層４上に被着形成された有機半導体材料５、有機半導体材料５に接続されたカソード電極６とを有し、コンタクト層３の仕事関数と有機半導体材料５のホモレベルとの差が０．５ｅＶ未満となるように形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成されたコンタクト層と、前記コンタクト層に被着形成された有機半導体材料と、前記有機半導体材料に接続された電極とを有し、
前記コンタクト層の仕事関数と前記有機半導体材料のホモレベルとの差が０．５ｅＶ未満であることを特徴とする有機半導体デバイス。
【請求項２】
前記コンタクト層の仕事関数が５．５ｅＶ以下の材料であることを特徴とする請求項１記載の有機半導体デバイス。
【請求項３】
前記コンタクト層はニッケル又は銀であることを特徴とする請求項２記載の有機半導体デバイス。
【請求項４】
前記コンタクト層の厚さが０．５ナノメートル以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の有機半導体デバイス。
【請求項５】
前記基板とコンタクト層間には銅薄膜が配設され、前記コンタクト層は湿式の塗布法によって前記銅薄膜上に形成されて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の有機半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅箔基板等の基板上に有機半導体材料を有すると共に前記有機半導体材料に電流を供給するための電極を有する有機半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＬ（Electro-Luminescence）素子や電子ペーパーなどの素子は、駆動の段階で所望の電流を流す必要がある。よく知られているようにＥＬ素子は対向する電極から注入された正孔および電子が発光層内で結合し、そのエネルギーで発光層中の発光物質を励起し、あるいは、直接発光物質を励起し、その発光物質に応じた色の発光を行うものであり、自発光の面状表示素子として注目されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
その中でも、有機物質を発光材料として用いた有機薄膜ＥＬディスプレイは、印加電圧が１０Ｖ弱であっても高輝度な発光が実現するなど発光効率が高く、単純な素子構造で発光が可能で、特定のパターンを発光表示させる広告その他低価格の簡易表示ディスプレイへの応用が期待されている。
また、電子ペーパーはＥＬ型のものもあるが、ｅ−インクに代表される電気泳動法のものならびに銀鏡反応を利用した方式などが開発されつつある。いずれにしても所望の電流をコントロールして流すことが必要である。
【０００４】
基板上に有機半導体材料や電極を有する有機半導体デバイスにおいて、基板兼電極層として銅箔基板がコストの点で使用されるが、銅の界面は酸化されたり、仕事関数がマッチングしないなどの理由によりそのままでは所望の電流を流すことは出来ない上、電流をコントロールすることが困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８１３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、有機半導体材料に所望の電流を流すことが可能な有機半導体デバイスを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、基板と、前記基板上に形成されたコンタクト層と、前記コンタクト層に被着形成された有機半導体材料と、前記有機半導体材料に接続された電極とを有し、前記コンタクト層の仕事関数と前記有機半導体材料のホモレベルとの差が０．５ｅＶ未満であることを特徴とする有機半導体デバイスが提供される。
【０００８】
ここで、前記コンタクト層の仕事関数が５．５ｅＶ以下の材料であることが好ましい。
また、前記コンタクト層はニッケル又は銀であることが好ましい。
また、前記コンタクト層の厚さが０．５ナノメートル以上であることが好ましい。
また、前記基板とコンタクト層間には銅薄膜が配設され、前記コンタクト層は湿式の塗布法によって前記銅薄膜上に形成されて成るように構成してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有機半導体デバイスによれば、有機半導体材料に所望の電流を流すことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る有機半導体デバイス及び有機半導体デバイスの製造方法について説明する。
尚、昨今、フレキシブルかつ軽量な電子デバイスが市場の要求により種々開発されつつあるが、現実問題として商品化されたものはいずれもシリコン基板をベースとするものであり、本実施の形態に係る有機半導体デバイスは、基板と有機半導体材料間に配設するコンタクト層を種々検討した結果、有機半導体材料との界面の仕事関数の値が特定の関係にあれば、十分な電流を流すことができるという知見に基づいて成されたものである。
また、絶縁材料に銅箔を被着形成した銅基板等を使いこなすために種々検討した結果、特定の素材との組み合わせからなるコンタクト層を設けることで任意に所望の電流をコントロールできるという知見に基づいて成されたものである。
【００１１】
即ち本実施の形態は以下の構成を含むものである。
（１）銅基板表面に、有機半導体材料を被着するコンタクト層を設けること
（２）前記コンタクト層として、ニッケルあるいは銀などの特定の材料を使用することである。
コンタクト層の形成方法としては、特に限定しないが、印刷方法が大量に安価に製造する上で優れている。
【００１２】
即ち、本実施の形態に係る有機半導体デバイスは、基板と、前記基板上に形成されたコンタクト層と、前記コンタクト層に被着形成された有機半導体材料と、前記有機半導体材料に接続された電極とを有し、前記コンタクト層の仕事関数と前記有機半導体材料のホモレベルとの差が０．５ｅＶ未満であることを特徴とするものである。
尚、ホモレベルは、有機物ではホモ（HOMO:Highest occupied moleculer orbital（最高被占軌道））を意味し、また、金属では仕事関数がホモレベルに相当する。
【００１３】
このように本実施の形態に係る有機半導体デバイスは、基板、コンタクト層、有機半導体材料、電極とを直接的又は間接的に順次積層した構成とすると共に、前記コンタクト層の仕事関数と前記有機半導体材料のホモレベルとの差が０．５ｅＶ未満であるように構成している。本実施の形態のようなコンタクト層を用いれば、所望の電流を流すことが可能であり、安価な銅基板とりわけフレキシブルな銅箔を表面に持つフレキシブル基板フィルムが使用可能となる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る有機半導体デバイス及びその製造方法について詳細に説明する。
本実施の形態では、安価な銅基板とりわけフレキシブルな銅基版フィルムに設けるコンタクト層は、その仕事関数が、該コンタクト層に被着形成する有機半導体材料のホモレベルとの差が０．５ｅＶ未満になるような材料をさし、コンタクト層には金属やその酸化物に代表される無機材料および有機材料が使用できる。また、所望の電流を流せるように、コンタクト層の厚さが０．５ナノメートル以上であることが好ましい。また、種々のホモレベルの有機半導体材料を使用できるように、前記コンタクト層は仕事関数が５．５ｅＶ以下の材料を用いるようにしてもよい。
【００１５】
無機材料としては、酸化スズ、酸化インジウム、ＩＴＯが、また、金属としては、ニッケル、銀が挙げられる。有機物としては、フタロシアニン化合物が挙げられる。特に、ニッケルが好ましい。
これらのコンタクト層を作成する方法はナノ粒子であれば、印刷、あるいはインクジェットなどの印刷方式でコンタクト層を形成することが可能である。金属などでは、蒸着あるいはスパッターを使用することも可能である。
【００１６】
本実施の形態に使用する銅基板の支持体としては特に制限はなく、公知のものが使用可能である。具体例としては、アルミ板、鋼板、ステンレス板、銅板等の金属板やポリイミド、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂等のプラスチックフィルムや紙、プラスチックフィルムラミネート紙等が挙げられる。これらの支持体の厚さは特に制限はないが、通常１０〜１０００ミクロン程度である。又、これらの支持体には下地層との密着性の改良等のために酸化処理、クロメート処理、サンドブラスト処理、コロナ放電処理等の表面処理を施してもよい。
【００１７】
このコンタクト層は適度な平滑性を持つことが必要である。
コンタクト層を形成する材料として無機材料としては、酸化スズ、酸化インジウム、ＩＴＯが、また、金属としては、ニッケル、銀が挙げられる。有機物としては、フタロシアニン化合物が挙げられる。特に、ニッケルが好ましい。
【００１８】
上記材料の形状は製法により異なるが蒸着であれば、塊、ワイヤーなどである。
一方、各種の印刷やインクジェット等による被着形成であれば、コンタクト層を形成する材料は、ナノ粒子として平均粒子径が５００ｎｍ以下、より好ましくは３００ｎｍ以下である。
これより大きな粒子では、表面の平滑性が得られず、デバイスとしたときの特性が悪化する等が挙げられる。平均粒子径がこの範囲である場合に、平滑な表面となり、有機半導体層の厚さのムラも実質的になく有用なデバイスを形成することが出来る。
蒸着と異なり、塗布プロセスには真空設備が不要であり、安価な製造に向いていて好適である。
【００１９】
コンタクト層上に設ける有機半導体材料としては、共役系の有機半導体高分子が用いられる。特に、チオフェンの誘導体ポリマーが好ましい。ポリチオフェン誘導体としては、特に、立体規則性のポリアルキルチオフェンなどがランダム結合品に比べ、電荷の移動度が大きく好ましい。
【００２０】
以上述べたように本実施の形態に係る有機半導体デバイスは、前述したようなコンタクト層を有しているため、有機半導体材料に所望の電流を流すことが可能になる。また、安価な銅基板や、とりわけフレキシブルな銅箔を表面に持つフレキシブル基板フィルムを有機半導体デバイスに使用することができる。
従来からフレキシブル基板として銅張り積層フィルムが使用されているが、一般に金属と有機物では界面の接触抵抗が大きく十分な導電性ならびに整流性を兼ね備えることは困難であるが、本実施の形態によれば、界面の抵抗として仕事関数に注目し、この整合性をとることで所望の特性を与えることが可能になる。
【００２１】
また、有機半導体デバイスの製造方法において、コンタクト層を基板上に被着形成する場合、コンタクト層の形成手法としてナノ粒子の噴霧、蒸着もしくはインクジェットなどの印刷法を用いることによってコンタクト層と有機半導体材料との間の整合性を良好にとることが可能になり、前記特性を有する有機半導体デバイスを製造することが可能になる等の効果を奏する。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例にて更に本発明を詳細に説明する。
本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例に係る有機半導体デバイスの側面図である。
図１において、（イ）１．３ｍｍ厚の平坦なガラス基板１の上面にＣｕを５×１０−６Ｔｏｒｒの減圧下、抵抗加熱下において真空蒸着させて１００ｎｍ厚のＣｕ薄膜２を成膜し銅基板を形成した。
【００２３】
Ｃｕ薄膜２の上面にコンタクト層３として、Ｎｉ、Ａｇのいずれかの金属を５×１０−６Ｔｏｒｒの減圧下、抵抗加熱下において真空蒸着させて１．３〜１０ｎｍ厚の金属薄膜を成膜し、コンタクト層３をアノード電極とした。
（ロ）前記アノード電極付きのガラス基板１上に正孔注入層材料であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコート法によって塗布し、１５０℃において３０分焼成させることで正孔注入層４を形成した。
【００２４】
（ハ）前記正孔注入層４の上面に、ｐ型有機半導体材料である立体規則性ポリー３−ヘキシルチオフェン（ＰＡＴ−６）のクロロホルム溶液をスピンコート法によって塗布し、８０℃において３０分焼成させることで２００〜３００ｎｍ厚の有機半導体層５を成膜した。
（ニ）そして、前記有機半導体層５の上面に、５ｍｍ角のマスクを通してＡｌを５×１０−６Ｔｏｒｒ、抵抗加熱下において真空蒸着させて１００ｎｍ厚のカソード電極６を成膜した。
【００２５】
図２は、このようにして得られた有機ショットキー型ダイオードのカソード電極６／アノード電極３間のＩ−Ｖ特性である。図２に示すように、良好なダイオード特性が確認できた。
【００２６】
（比較例１）
比較として、アノード電極の成膜時にコンタクト層を用いず、Ｃｕ薄膜を直接アノード電極として用いた。それ以外は実施例１と同様にして有機ショットキー型ダイオードとした。
このようにして得られた有機ショットキー型ダイオードのダイオード特性をまとめて表１に示す。尚、整流比は、印加電圧が−２Ｖと＋２Ｖのときの電流の比を指数で示したものである。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例に係る有機半導体デバイスの側面図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である、尚、図３では、図１と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
本第２の実施例では、カソード電極６とアノード電極３の成膜時に０．２ｍｍ幅の微細マスクを用い、それぞれが直角に交わった形状の電極を形成した以外は、実施例１と同様にして有機ショットキー型ダイオードとした。図３には、このようにして得られた有機ショットキー型ダイオードを示している。
【００２９】
図４は、このようにして得られた有機ショットキー型ダイオードのカソード電極６／アノード電極３間のＩ−Ｖ特性である。図４に示すように、良好なダイオード特性が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
ショットキー型ダイオード、ＥＬ素子等、有機半導体材料を使用した各種の有機半導体デバイスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１における有機ショットキー型ダイオードの模式的な構造の例を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例１における有機ショットキー型ダイオードの電圧−電流特性を示す特性図である。
【図３】本発明の実施例２における有機ショットキー型ダイオードの模式的な構造の例を示す平面図及び側面図である。
【図４】本発明の実施例２における有機ショットキー型ダイオードの電圧−電流特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・ガラス基板
２・・・Ｃｕ薄膜
３・・・コンタクト層
４・・・ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ
５・・・ＰＡＴ−６
６・・・Ａｌカソード電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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