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WO2006038459A1 - 有機薄膜トランジスタ材料、有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子 - Google Patents

有機薄膜トランジスタ材料、有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子 Download PDF

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WO2006038459A1
WO2006038459A1 PCT/JP2005/017340 JP2005017340W WO2006038459A1 WO 2006038459 A1 WO2006038459 A1 WO 2006038459A1 JP 2005017340 W JP2005017340 W JP 2005017340W WO 2006038459 A1 WO2006038459 A1 WO 2006038459A1
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organic
organic thin
thin film
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Tatsuo Tanaka
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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    • H10K85/636—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising heteroaromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom

Definitions

  • Organic thin film transistor material organic thin film transistor, field effect transistor, and switching element
  • the present invention relates to an organic thin film transistor material, an organic thin film transistor, a field effect transistor, and a switching element.
  • a display medium is formed using an element using liquid crystal, organic EL, electrophoresis, or the like.
  • TFT elements active drive elements
  • image drive elements the technology that uses active drive elements (TFT elements) as image drive elements has become the mainstream in order to ensure uniformity of screen brightness and screen rewrite speed.
  • TFT elements active drive elements
  • these TFT elements are formed on a glass substrate, and liquid crystal, organic EL elements, etc. are sealed.
  • TFT elements are manufactured by forming multiple layers and forming source, drain, and gate electrodes sequentially on the substrate. The manufacture of such TFT elements usually requires sputtering and other vacuum manufacturing processes.
  • the substrate material since the formation of a TFT element using such a conventional Si material involves a high temperature process, the substrate material must be a material that can withstand the process temperature.
  • Non-Patent Document 1 organic laser oscillation devices
  • organic thin film transistors reported in many papers!
  • the solution can be obtained by relatively low !, vacuum at temperature! /, Simplification of the manufacturing process by low-pressure deposition, and appropriate improvement of the molecular structure. It is thought that there is a possibility of obtaining a semiconductor that can be used, and manufacturing by a printing method including an ink jet method by inking an organic semiconductor solution is also conceivable. Manufacturing using these low-temperature processes has been considered impossible for conventional Si-based semiconductor materials, but there are possibilities for devices using organic semiconductors, so the aforementioned restrictions on substrate heat resistance are relaxed.
  • a TFT element may be formed on a transparent resin substrate.
  • a TFT element is formed on a transparent resin substrate and the display material can be driven by the TFT element, the display will be lighter and more flexible than conventional ones, and will not crack even if dropped. Will be difficult to crack))
  • the acenes such as pentacene and tetracene have been studied so far (see, for example, Patent Document 1).
  • Low molecular weight compounds such as phthalocyanines including lead phthalocyanine, perylene and its tetracarboxylic acid derivatives (see, for example, Patent Document 2), and aromatic oligomers typified by thiophene hexamers called oc chenille or sexithiophene.
  • Patent Document 3 a compound in which a 5-membered heteroaromatic ring is symmetrically condensed to naphthalene or anthracene (for example, see Patent Document 4), a modified oligo and a polydithienopyridine (for example, see Patent Document 5).
  • Non-Patent Documents 1 to 3 such as conjugated polymers such as polythiophene, polychelene vinylene, and poly-p-phenolene vinylene.
  • conjugated polymers such as polythiophene, polychelene vinylene, and poly-p-phenolene vinylene.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 5-55568
  • Patent Document 2 JP-A-5-190877
  • Patent Document 3 JP-A-8-264805
  • Patent Document 4 JP-A-11-195790
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-155289
  • Patent Document 6 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-261655
  • Patent Document 7 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-264327
  • Patent Document 8 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-268083
  • Patent Document 9 Pamphlet of International Publication No. 03Z016599
  • Patent Document 10 US Patent Application Publication No. 2003Z0105365
  • Non-Patent Document 1 Science 289 ⁇ , 599 pages (2000)
  • Non-Patent Document 2 “Nature” 403ature, 521 pages (2000)
  • Non-Patent Document 3 "Advanced Material", 2002, No. 2, page 99
  • An object of the present invention is to provide an organic thin film transistor material that has good characteristics as a transistor and further suppresses deterioration with time, and an organic thin film transistor, a field effect transistor, and a switching element using the organic thin film transistor material.
  • One aspect for achieving the above object of the present invention is an organic thin film transistor material characterized by containing a compound represented by the following general formula (1).
  • Al and A2 represent a conjugated structure containing an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocycle
  • L represents a divalent linking group or a single bond, provided that Al and A2 sandwich L.
  • Line Symmetrical relationship, each with no repeated partial structure.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an organic TFT according to the present invention.
  • FIG. 2 is an example of a schematic equivalent circuit diagram of the organic TFT of the present invention.
  • An organic thin film transistor material comprising a compound represented by the following general formula (1).
  • Al and A2 represent a conjugated structure containing an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocycle
  • L represents a divalent linking group or a single bond, provided that Al and A2 sandwich L.
  • Line Symmetrical relationship, each with no repeated partial structure.
  • the divalent linking group represented by L is a substituted or unsubstituted carbon chain, O, 1 S—, N (R) — (where R is hydrogen or an alkyl group), an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocycle.
  • An organic thin film transistor wherein the organic thin film transistor material according to any one of (1) to (4) is used for a channel layer.
  • It is composed of an organic charge transporting material and a gate electrode that is in direct or indirect contact with the organic charge transporting material, and by applying a charge between the gate electrode and the organic charge transporting material,
  • a field effect transistor characterized by.
  • an organic TFT material useful for thin film transistor applications can be obtained by using the structure defined in any one of the forces (1) to (4).
  • the organic TFT of the present invention manufactured using the organic TFT material and the field effect transistor of the present invention have a ratio of the maximum current value to the minimum current value when the gate voltage with high carrier mobility is changed, In other words, it showed excellent transistor characteristics such as good ONZOFF characteristics and high durability.
  • a switching element manufactured using the organic TFT or the field effect transistor exhibits good switching characteristics.
  • the compound represented by the general formula (1) according to the present invention is (line) symmetric with respect to L, and by using this, an ideally arranged semiconductor layer can be obtained and the transistor characteristics can be improved. Can be expected.
  • the solvent solubility tends to deteriorate depending on the structure, which becomes a negative factor when the semiconductor layer is formed by coating.
  • the organic thin film transistor material of the present invention will be described.
  • examples of the aromatic heterocycle in Al and A2 include, for example, pyridine, pyrimidine, furan, pyrrole, imidazole, benzimidazole, pyrazole, pyrazine, triazole (for example, 1, 2, 4 triazole, 1, 2, 3 triazole, etc.), oxazole, benzoxazole, thiazole, isoxazole, isothiazole, thiof , Quinoline, benzofuran, dibenzofuran, benzothiene phen, dibenzothiphen phen, indole, carbazole, carbolyl, diaza force rubazole (in which one of the carbon atoms constituting the carboline ring is replaced by a nitrogen atom), quinoxaline, Pyridazine, triazinin, quinazoline, phthalazine and the like can be mentioned.
  • the aromatic heterocyclic ring may be unsubstituted or may have a substituent.
  • substituents include an alkyl group (for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group).
  • aryl group for example, phenyl group, naphthyl group, etc.
  • aromatic heterocyclic group for example, furyl group, chenyl group, pyridyl group, pyridazyl group, pyrimidinyl group, Pyrazol group, triazinyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, quinazolyl group, phthalazinyl group, etc.
  • heterocyclic group for example, pyrrolidyl group, imidazolidyl group, morpholyl group, oxazolidyl group, etc.
  • alkoxyl group for example, a methoxy group, an ethoxy group, a propyloxy group, a pentyloxy group, a hexyloxy group, an octyloxy group, a dodecyloxy group
  • examples of the aromatic hydrocarbon ring represented by Al and A2 include benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, pentaphen, pentacene, and the like. It may be substituted with a substituent.
  • Al and A2 have the above-mentioned aromatic hydrocarbon ring and aromatic heterocyclic ring in a common structure, and the aromatic hydrocarbon ring and aromatic heterocyclic ring are 5-membered rings. Or a 6-membered ring may form a conjugated structure, and a 5-membered ring and a 6-membered ring may form a conjugated structure.
  • Al and A2 are in a (line) symmetrical relationship with L interposed therebetween, and each has a repeated partial structure.
  • “having a repeated partial structure,” means that, for example, both of Al and A2,-(B)-(B represents a repeating unit structure, and n represents an integer of 2 or more. It means that there is no part that can be expressed like).
  • the switching element is sometimes referred to as an organic TFT element depending on its usage, and is sometimes referred to as a field effect transistor element.
  • the organic TFT material of the present invention can be used for a channel layer of an organic TFT or a field effect transistor, thereby providing a switching element (also referred to as a transistor device) that is driven satisfactorily.
  • An organic TFT organic thin film transistor
  • a bottom gate type having a gate electrode on a body and having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel through a gate insulating layer.
  • An organic thin film comprising the compound represented by the general formula (1) according to the present invention.
  • the film transistor material in the channel (also called channel layer) of the switching element using organic TFT or field effect transistor it can be installed on the substrate by vacuum evaporation. It is preferable to install the solution prepared by adding additives as necessary on the substrate by cast coating, spin coating, printing, ink jet method, abrasion method or the like.
  • the solvent for dissolving the organic TFT material of the present invention is not particularly limited as long as it can prepare a solution having an appropriate concentration by dissolving the organic TFT material.
  • Chain ether solvents such as diethyl ether and diisopropyl ether, cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, keton solvents such as acetone methylethyl ketone, halogens such as chloroform and 1,2-dichloroethane.
  • aromatic solvents such as alkyl halide solvents, toluene, o-dichlorobenzene, nitrobenzene, m-taresol, N-methylpyrrolidone, and carbon dioxide disulfide.
  • the material for forming the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material.
  • conductive polymer whose conductivity has been improved by doping or the like, for example, conductive polyarine, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, etc. is also suitably used. It is done. Among them, those having low electric resistance at the contact surface with the semiconductor layer are preferable.
  • a method for forming an electrode a method of forming a conductive thin film formed by using a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material by using a known photolithography method or a lift-off method, aluminum, copper, etc.
  • a method of etching on a metal foil using a resist by thermal transfer, ink jet or the like Alternatively, the conductive polymer solution or dispersion, or the conductive fine particle dispersion may be directly patterned by ink jetting, or may be formed from the coating film by lithography or laser ablation.
  • a method of patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste, or the like by a printing method such as relief printing, intaglio printing, lithographic printing, or screen printing can also be used.
  • an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is preferable.
  • inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, titanate
  • examples include lead lanthanum, strontium titanate, barium titanate, magnesium barium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantanoate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide.
  • acid silicate, acid aluminum, acid tantalum, and acid titanium are preferred.
  • Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.
  • Examples of the method for forming the coating include vacuum deposition, molecular beam epitaxy, ion cluster beam, low energy ion beam, ion plating, CVD, sputtering, and atmospheric pressure plasma. Dry process, spray coating method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method, bar coating method, die coating method and other coating methods, printing and ink jet patterning methods, etc. Can be used depending on the material.
  • the wet process includes a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as necessary.
  • a so-called sol-gel method in which a solution of a chemical precursor, for example, an alkoxide body is applied and dried is used.
  • the atmospheric pressure plasma method and the sol-gel method are preferable.
  • a method for forming an insulating film by plasma film formation under atmospheric pressure is atmospheric pressure or atmospheric pressure.
  • the method is described in JP-A-11-61406, JP-A-11-133205, JP2000- No. 121804, No. 2000-147209, No. 2000-185362, etc. (hereinafter also referred to as atmospheric pressure plasma method).
  • atmospheric pressure plasma method As a result, a highly functional thin film can be formed with high productivity.
  • organic compound film polyimides, polyamides, polyesters, polyacrylates, photo-radical polymerization-type, photo-power thione polymerization-type photocurable resins, or copolymers containing acrylonitrile components, polybules Phenolic alcohol, polybutyl alcohol, novolac resin, cyano ethyl pullulan, and the like can also be used.
  • the wet process is preferred as the method for forming the organic compound film.
  • An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 ⁇ ! ⁇ 3 m, preferably 100 nm to l ⁇ m.
  • the support is composed of glass or a flexible resin sheet, and for example, a plastic film can be used as the sheet.
  • the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyethylene-sulfuride, polyarylate, polyimide, polycarbonate ( PC), cellulose triacetate (TAC), and cellulose acetate propionate (CAP).
  • a field effect transistor using an organic thin film formed using the organic TFT material of the present invention will be described below.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an organic TFT according to the present invention.
  • a source electrode 2 and a drain electrode 3 are formed on a support 6 with a metal foil or the like, and an organic semiconductor layer 1 made of the organic TFT material of the present invention is formed between both electrodes.
  • a field effect transistor is formed by forming an insulating layer 5 on the substrate and further forming a gate electrode 4 thereon.
  • B) shows the organic semiconductor layer 1 formed between the electrodes in (a). It represents what was formed so that the whole support body surface might be covered.
  • C shows that the organic semiconductor layer 1 is first formed on the support 6 by using a coating method or the like, and then the source electrode 2, the drain electrode 3, the insulating layer 5, and the gate electrode 4 are formed.
  • FIG. 4D after forming the gate electrode 4 with a metal foil or the like on the support 6, the insulating layer 5 is formed, and the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed with the metal foil or the like thereon. Then, an organic semiconductor layer 1 made of the organic TFT material of the present invention is formed between the electrodes. In addition, it is possible to adopt a configuration as shown in FIGS.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic equivalent circuit diagram of an organic TFT sheet.
  • the organic TFT sheet 10 has a large number of organic TFTs 11 arranged in a matrix.
  • 7 is a gate bus line of each TF T11
  • 8 is a source bus line of each TFT11.
  • An output element 12 is connected to the source electrode of each TFT 11, and this output 12 is, for example, a liquid crystal, an electrophoretic element or the like, and constitutes a pixel in the display device.
  • the pixel electrode may be used as an input electrode of the photosensor.
  • liquid crystal is shown as an output element in an equivalent circuit having resistance and capacitor power.
  • 13 is a storage capacitor
  • 14 is a vertical drive circuit
  • 15 is a horizontal drive circuit.
  • organic thin film transistor element 2 was prepared in the same manner as the organic thin film transistor element 1, except that the comparative compound ⁇ 1> was replaced with the comparative compound ⁇ 2> (pentacene, a commercially available reagent manufactured by Aldrich). did. Further, organic thin film transistor elements 3 to 8 were produced in the same manner as the organic thin film transistor element 1 except that the comparative compound ⁇ 1> was replaced with the exemplified compound according to the present invention shown in Table 1.
  • the organic thin film transistor elements 1 to 8 fabricated as described above showed good operating characteristics of p-channel encapsulated FETs. Further, for the organic thin film transistor elements 1 to 8, the saturation region force carrier mobility of the I-V characteristic is obtained, and further the ONZOFF ratio (the drain current value ratio when the drain bias is 50 V and the gate bias is 50 V and OV) is obtained. It was. The obtained device was left in the atmosphere for one month, and the carrier mobility and ONZO FF ratio were obtained again. The results are shown in Table 1.
  • an organic thin film transistor material having good characteristics as a transistor and further suppressed deterioration over time, an organic thin film transistor using the same, a field effect transistor, and a switching element.

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Abstract

　下記一般式（１）で表される化合物を含有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ材料。 　一般式（１）　Ａ１－Ｌ－Ａ２ （式中、Ａ１、Ａ２は芳香族炭化水素環または芳香族複素環を含有する共役構造を表し、Ｌは２価の連結基または単結合を表す。但し、Ａ１、Ａ２はＬを挟んで（線）対称の関係にあり、それぞれに繰り返しの部分構造を有していない。）

Description

明 細 書
有機薄膜トランジスタ材料、有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ 及びスイッチング素子
技術分野
[0001] 本発明は、有機薄膜トランジスタ材料、有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ 及びスイッチング素子に関する。
背景技術
[0002] 情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプ レイに対するニーズが高まっている。また、更に情報化の進展に伴い、従来紙媒体で 提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持 ち運びが可能なモパイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルぺーパ 一へのニーズも高まりつつある。
[0003] 一般に平板型のディスプレイ装置にぉ ヽては、液晶、有機 EL、電気泳動などを利 用した素子を用いて表示媒体を形成している。また、こうした表示媒体では画面輝度 の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子としてァクティ ブ駆動素子 (TFT素子）を用いる技術が主流になっている。例えば、通常のコンビュ ータディスプレイではガラス基板上にこれら TFT素子を形成し、液晶、有機 EL素子 等が封止されている。
[0004] ここで TFT素子には主に a— Si (アモルファスシリコン）、 p— Si (ポリシリコン）などの 半導体を用いることができ、これらの S泮導体 (必要に応じて金属膜も）を多層化し、 ソース、ドレイン、ゲート電極を基板上に順次形成していくことで TFT素子が製造され る。こうした TFT素子の製造には、通常スパッタリング、その他の真空系の製造プロセ スが必要とされる。
[0005] し力しながら、このような TFT素子の製造では、真空チャンバ一を含む真空系の製 造プロセスを何度も繰り返して各層を形成せざるを得ず、装置コスト、ランニングコスト が非常に膨大なものとなっていた。例えば、 TFT素子では、通常それぞれの層の形 成のために真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工程を何度も繰り返す必要 があり、何十もの工程を経て素子を基板上に形成している。スイッチング動作の要と なる半導体部分に関しても、 p型、 n型等、複数種類の半導体層を積層している。こう した従来の Si半導体による製造方法ではディスプレイ画面の大型化のニーズに対し 、真空チャンバ一等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされるなど、設備の変更 が容易ではない。
[0006] また、このような従来からの Si材料を用いた TFT素子の形成には高い温度の工程 が含まれるため、基板材料には工程温度に耐える材料でなければならな ヽ。
[0007] このため実際上はガラスを用いざるをえず、先に述べた電子ペーパーあるいはデジ タルペーパーと 、つた薄型ディスプレイを、こうした従来知られた TFT素子を利用し て構成した場合、そのディスプレイは重ぐ柔軟性に欠け、落下の衝撃で割れる可能 性のある製品となってしまう。ガラス基板上に TFT素子を形成することに起因するこ れらの特徴は、情報化の進展に伴う手軽な携行用薄型ディスプレイへの-一ズを満 たすにあたり望ましくないものである。
[0008] 一方、近年にぉ 、て高 、電荷輸送性を有する有機化合物として、有機半導体材料 の研究が精力的に進められて 、る。これらの化合物は有機 EL素子用の電荷輸送性 材料のほか、有機レーザー発振素子 (例えば、非特許文献 1。）や、多数の論文にて 報告されて!ヽる有機薄膜トランジスタへの応用が期待されて!ヽる (例えば、非特許文 献 2。）。
[0009] これら有機半導体デバイスを実現できれば、比較的低!、温度での真空な!/、し低圧 蒸着による製造プロセスの簡易化や、更にはその分子構造を適切に改良することに よって、溶液ィ匕できる半導体を得る可能性があると考えられ、有機半導体溶液をイン ク化することによりインクジェット方式を含む印刷法による製造も考えられる。これらの 低温プロセスによる製造は、従来の Si系半導体材料については不可能と考えられて きたが、有機半導体を用いたデバイスにはその可能性があり、従って前述の基板耐 熱性に関する制限が緩和され、透明榭脂基板上にも、例えば、 TFT素子を形成でき る可能性がある。透明榭脂基板上に TFT素子を形成し、その TFT素子により表示材 料を駆動させることができれば、ディスプレイを従来のものよりも軽ぐ柔軟性に富み、 落としても割れな ヽ (もしくは非常に割れにく 、）ディスプレイとすることができるであろ [0010] し力しながら、こうした TFT素子を実現するための有機半導体としてこれまでに検討 されてきたのは、ペンタセンゃテトラセンといったァセン類 (例えば、特許文献 1参照。
)、鉛フタロシアニンを含むフタロシアニン類、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体 といった低分子化合物（例えば、特許文献 2参照。）や、 oc チェニールもしくはセク シチォフェンと呼ばれるチォフェン 6量体を代表例とする芳香族オリゴマー（例えば、 特許文献 3参照。）、ナフタレン、アントラセンに 5員の複素芳香環が対称に縮合した 化合物（例えば、特許文献 4参照。）、モ入オリゴ及びポリジチエノピリジン (例えば、 特許文献 5参照。）、更にはポリチォフェン、ポリチェ-レンビ-レン、ポリ—p—フエ- レンビニレンと ヽつた共役高分子など限られた種類の化合物 (例えば、非特許文献 1 〜3参照。）でしかなぐ高いキャリア移動度を示す新規な電荷輸送性材料を用いた 半導体性組成物の開発が待望されて!ヽた。
[0011] 従来公知の有機半導体材料として良好な TFT特性が報告されているペンタセン誘 導体含有層を蒸着工程を経て形成するのではなぐインクジェット法等の溶液塗布が 適用できれば製造上大きなコストメリットが期待できるが、種々の有機溶媒への溶解 性が十分ではなぐまた溶液調製後に結晶化や沈殿生成がおこりやすい等、塗布液 安定性が十分ではないという、製造上の問題点が指摘されていた。そこで溶解性向 上、塗布液安定性向上を目的として、置換基を導入したペンタセン誘導体を用いた 有機 TFT材料に関する技術 (例えば、特許文献 9、 10参照。）が開示されている。し 力しながら、アルキル基等の導入では十分な溶解性を得ることは難しぐ塗布時の温 度制御等の操作性等が困難であり、均一な塗膜作製が困難であるという問題があつ た。
[0012] また、特開 2003— 292588号公報、米国特許出願公開第 2003/136958号明 細書、同 2003Z160230号明細書、同 2003,164495号明細書では「マイクロエ レクト口-タス用の集積回路論理素子にポリマー TFTを用いると、その機械的耐久性 が大きく向上し、その使用可能寿命が長くなる。し力しながら、半導体ポリチォフェン 類の多くは周囲の酸素によって酸ィ匕的にドープされ、導電率が増大してしまうため空 気に触れると安定ではないと考えられる。この結果、これらの材料から製造したデバ イスのオフ電流は大きくなり、そのため電流オン Zオフ比は小さくなる。従ってこれら の材料の多くは、材料加工とデバイス製造の間に環境酸素を排除して酸ィ匕的ドーピ ングを起こさない、あるいは最小とするよう厳重に注意しなければならない。この予防 措置は製造コストを押し上げるため、特に大面積デバイスのための、アモルファスシリ コン技術に代わる経済的な技術としてのある種のポリマー TFTの魅力が削がれてし まう。これら及びその他の欠点は本発明の実施の形態において回避され、あるいは 最小となる。従って、酸素に対して強い対抗性を有し、比較的高い電流オン Zオフ比 を示すエレクトロニックデバイスが望まれている」との記載があり、その解決手段が種 々提案されている（例えば、特許文献 6〜8参照。）が、改善のレベルは満足できるも のではなぐ更なる改良が望まれている。
特許文献 1：特開平 5— 55568号公報
特許文献 2：特開平 5 - 190877号公報
特許文献 3：特開平 8 - 264805号公報
特許文献 4：特開平 11— 195790号公報
特許文献 5 :特開 2003— 155289号公報
特許文献 6：特開 2003 - 261655号公報
特許文献 7：特開 2003 - 264327号公報
特許文献 8：特開 2003 - 268083号公報
特許文献 9：国際公開第 03Z016599号パンフレット
特許文献 10 :米国特許出願公開第 2003Z0105365号明細書
非特許文献 1：『サイエンス』 (Science)誌 289卷、 599ページ（2000)
非特許文献 2：『ネイチヤー』 (Nature)誌 403卷、 521ページ（2000)
非特許文献 3 :『アドバンスド 'マテリアル』（Advanced Material)誌、 2002年、第 2 号、 99ページ
発明の開示
本発明の目的は、トランジスタとしての特性が良好であり、更に経時劣化が抑えられ た有機薄膜トランジスタ材料、それを用いた有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジ スタ及びスイッチング素子を提供することである。 [0014] 本発明の上記目的を達成するための態様の一つは、下記一般式（1)で表される化 合物を含有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ材料にある。
[0015] 一般式（1) A1 -L-A2
(式中、 Al、 A2は芳香族炭化水素環または芳香族複素環を含有する共役構造を表 し、 Lは 2価の連結基または単結合を表す。但し、 Al、 A2は Lを挟んで (線)対称の 関係にあり、それぞれに繰り返しの部分構造を有していない。 )
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明に係る有機 TFTの構成例を示す図である。
[図 2]本発明の有機 TFTの概略等価回路図の 1例である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 本発明の上記目的は、下記の構成により達成された。
(1) 下記一般式 (1)で表される化合物を含有することを特徴とする有機薄膜トランジ スタ材料。
[0018] 一般式（1)
A1 -L-A2
(式中、 Al、 A2は芳香族炭化水素環または芳香族複素環を含有する共役構造を表 し、 Lは 2価の連結基または単結合を表す。但し、 Al、 A2は Lを挟んで (線)対称の 関係にあり、それぞれに繰り返しの部分構造を有していない。 )
(2) 前記 Lが表す 2価の連結基が置換もしくは無置換の炭素鎖、 O 、 一 S—、 N (R)—（Rは水素またはアルキル基)、芳香族炭化水素環または芳香族複素環を 表すことを特徴とする前記（1)に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
(3) 前記 Al、 A2中の芳香族炭化水素環または芳香族複素環が 5員環および 6員 環の少なくとも 1つを表すことを特徴とする前記（1)または（2)に記載の有機薄膜トラ ンジスタ材料。
(4) 前記 5員環および 6員環の少なくとも 1つが無置換であることを特徴とする前記（ 3)に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
(5) 前記（1)〜 (4)の 、ずれか 1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料をチャネル 層に用いることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 (6) 有機電荷輸送性材料と該有機電荷輸送性材料に直接または間接に接するゲ ート電極から構成され、該ゲート電極及び前記有機電荷輸送性材料の間に電荷を 印加することで、前記有機電荷輸送性材料中の電流を制御する電界効果トランジス タにぉ ヽて、該有機電荷輸送性材料が前記（1)〜 (4)の ヽずれか 1項に記載の有機 薄膜トランジスタ材料であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
(7) 前記（5)に記載の有機薄膜トランジスタまたは前記 (6)に記載の電界効果トラ ンジスタを用いることを特徴とするスイッチング素子。
[0019] 本発明の有機 TFT材料においては、前記（1)〜（4)のいずれ力 1項に規定される 構成を用いることにより、薄膜トランジスタ用途に有用な有機 TFT材料を得ることがで きる。また、該有機 TFT材料を用いて作製した本発明の有機 TFT、本発明の電界効 果トランジスタはキャリア移動度が高ぐゲート電圧を変化させた際の最大電流値と最 小電流値の比、即ち ONZOFF特性が良好である等、優れたトランジスタ特性を示し ながら、且つ高耐久性であることがわ力つた。また、該有機 TFTまたは該電界効果ト ランジスタを用いて作製されたスイッチング素子は良好なスイッチング特性を示すこと が判った。
[0020] 以下、本発明に係る各構成要素の詳細について、順次説明する。
[0021] 対称構造を有する化合物は一般的に結晶性がよぐ膜形成した際にも容易に配列 する特性を示しやすい。従って、本発明に係る一般式（1)で表される化合物は Lに対 して (線)対称であり、これを用いることで理想的に配列した半導体層が得られ、トラン ジスタ特性の向上が期待できる。一方、化合物の構造内に繰り返しの部分構造があ ると、構造によっては溶剤溶解性が悪くなる傾向がみられ、半導体層を塗布形成する 際にはマイナス要因となる。
[0022] 《有機薄膜トランジスタ材料》
本発明の有機薄膜トランジスタ材料について説明する。
[0023] 前記一般式（1)において、 Al、 A2中の芳香族複素環としては、例えば、ピリジン、 ピリミジン、フラン、ピロール、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、ピラジン 、トリァゾール（例えば、 1, 2, 4 トリァゾール、 1, 2, 3 トリァゾール等）、ォキサゾ ール、ベンゾォキサゾール、チアゾール、イソォキサゾール、イソチアゾール、チオフ ェン、キノリン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、ベンゾチ才フェン、ジベンゾチ才フェン 、インドリール、カルバゾール、カルボリル、ジァザ力ルバゾール（カルボリン環を構成 する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す）、キノキサリン、ピリダジ ン、トリアジニン、キナゾリン、フタラジン等が挙げられる。
また、上記の芳香族複素環は無置換でもよく置換基を有していてもよいが、該置換 基としては、アルキル基 (例えば、メチル基、ェチル基、プロピル基、イソプロピル基、 tert—ブチル基、ペンチル基、へキシル基、ォクチル基、ドデシル基、トリデシル基、 テトラデシル基、ペンタデシル基等）、シクロアルキル基 (例えば、シクロペンチル基、 シクロへキシル基等）、ァルケ-ル基 (例えば、ビニル基、ァリル基等）、アルキニル基
(例えば、ェチニル基、プロパルギル基等）、ァリール基 (例えば、フエニル基、ナフチ ル基等）、芳香族複素環基 (例えば、フリル基、チェニル基、ピリジル基、ピリダジ -ル 基、ピリミジニル基、ピラジュル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チア ゾリル基、キナゾリ-ル基、フタラジニル基等）、複素環基 (例えば、ピロリジル基、イミ ダゾリジル基、モルホリル基、ォキサゾリジル基等）、アルコキシル基 (例えば、メトキシ 基、エトキシ基、プロピルォキシ基、ペンチルォキシ基、へキシルォキシ基、ォクチル ォキシ基、ドデシルォキシ基等）、シクロアルコキシル基 (例えば、シクロペンチルォキ シ基、シクロへキシルォキシ基等）、ァリールォキシ基 (例えば、フエノキシ基、ナフチ ルォキシ基等）、アルキルチオ基 (例えば、メチルチオ基、ェチルチオ基、プロピルチ ォ基、ペンチルチオ基、へキシルチオ基、ォクチルチオ基、ドデシルチオ基等）、シク ロアルキルチオ基 (例えば、シクロペンチルチオ基、シクロへキシルチオ基等）、ァリ 一ルチオ基 (例えば、フエ-ルチオ基、ナフチルチオ基等）、アルコキシカルボニル 基（例えば、メチルォキシカルボ-ル基、ェチルォキシカルボ-ル基、ブチルォキシ カルボ-ル基、ォクチルォキシカルボ-ル基、ドデシルォキシカルボ-ル基等）、ァリ ールォキシカルボ-ル基（例えば、フエ-ルォキシカルボ-ル基、ナフチルォキシカ ルポ-ル基等）、スルファモイル基（例えば、アミノスルホ -ル基、メチルアミノスルホ- ル基、ジメチルアミノスルホ -ル基、ブチルアミノスルホ -ル基、へキシルアミノスルホ -ル基、シクロへキシルアミノスルホ -ル基、ォクチルアミノスルホ -ル基、ドデシルァ ミノスルホ-ル基、フエ-ルアミノスルホ -ル基、ナフチルアミノスルホ -ル基、 2—ピリ ジルアミノスルホ -ル基等）、ァシル基（例えば、ァセチル基、ェチルカルボ-ル基、 プロピルカルボ-ル基、ペンチルカルボ-ル基、シクロへキシルカルボ-ル基、オタ チルカルボ-ル基、 2—ェチルへキシルカルボ-ル基、ドデシルカルポ-ル基、フエ -ルカルボ-ル基、ナフチルカルボ-ル基、ピリジルカルボ-ル基等）、ァシルォキ シ基（例えば、ァセチルォキシ基、ェチルカルボ-ルォキシ基、ブチルカルボ-ルォ キシ基、ォクチルカルボ-ルォキシ基、ドデシルカルボ-ルォキシ基、フエ-ルカル ボニルォキシ基等）、アミド基 (例えば、メチルカルボ-ルァミノ基、ェチルカルボ-ル アミノ基、ジメチルカルボ-ルァミノ基、プロピルカルボ-ルァミノ基、ペンチルカルボ -ルァミノ基、シクロへキシルカルボ-ルァミノ基、 2—ェチルへキシルカルボ-ルアミ ノ基、ォクチルカルボ-ルァミノ基、ドデシルカルボ-ルァミノ基、フヱ-ルカルボ-ル アミノ基、ナフチルカルボニルァミノ基等）、力ルバモイル基 (例えば、ァミノカルボ- ル基、メチルァミノカルボ-ル基、ジメチルァミノカルボ-ル基、プロピルアミノカルボ -ル基、ペンチルァミノカルボ-ル基、シクロへキシルァミノカルボ-ル基、ォクチル ァミノカルボ-ル基、 2—ェチルへキシルァミノカルボ-ル基、ドデシルァミノカルボ- ル基、フエ-ルァミノカルボ-ル基、ナフチルァミノカルボ-ル基、 2—ピリジルァミノ カルボ-ル基等）、ウレイド基（例えば、メチルウレイド基、ェチルウレイド基、ペンチル ウレイド基、シクロへキシルウレイド基、ォクチルゥレイド基、ドデシルウレイド基、フエ -ルウレイド基ナフチルウレイド基、 2—ピリジルアミノウレイド基等）、スルフィエル基（ 例えば、メチルスルフィエル基、ェチルスルフィ-ル基、ブチルスルフィ-ル基、シク 口へキシルスルフィ-ル基、 2—ェチルへキシルスルフィ-ル基、ドデシルスルフィ- ル基、フヱニルスルフィ-ル基、ナフチルスルフィ-ル基、 2—ピリジルスルフィエル基 等）、アルキルスルホ -ル基（例えば、メチルスルホ -ル基、ェチルスルホ -ル基、ブ チルスルホ-ル基、シクロへキシルスルホ -ル基、 2—ェチルへキシルスルホ -ル基 、ドデシルスルホ -ル基等）、ァリールスルホ -ル基（フエ-ルスルホ-ル基、ナフチ ルスルホ -ル基、 2—ピリジルスルホ -ル基等）、アミノ基 (例えば、アミノ基、ェチルァ ミノ基、ジメチルァミノ基、ブチルァミノ基、シクロペンチルァミノ基、 2—ェチルへキシ ルァミノ基、ドデシルァミノ基、ァ-リノ基、ナフチルァミノ基、 2—ピリジルァミノ基等） 、ハロゲン原子 (例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基（ 例えば、フルォロメチル基、トリフルォロメチル基、ペンタフルォロェチル基、ペンタフ ルォロフエ-ル基等）、シァノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、シリル基 (例 えば、トリメチルシリル基、トリイソプロビルシリル基、トリフヱ -ルシリル基、フヱ -ルジ ェチルシリル基等)等が挙げられる。これらの置換基は上記の置換基によって更に置 換されていてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成してい てもよい。
[0025] 前記一般式（1)において、 Al、 A2中の表す芳香族炭化水素環としては、ベンゼン 、ナフタレン、アントラセン、フエナンスレン、ペンタフェン、ペンタセン等が挙げられ、 これら芳香族炭化水素環は上記の置換基で置換されて ヽてもよ 、。
[0026] 前記一般式（1)において、 Al、 A2は上記芳香族炭化水素環、芳香族複素環が共 役構造を構成しており、芳香族炭化水素環、芳香族複素環が 5員環または 6員環で 共役構造を構成してもよく、また 5員環及び 6員環で共役構造を構成してもよ ヽ。
[0027] また Al、 A2は Lを挟んで (線)対称の関係にあり、更にそれぞれに繰り返しの部分 構造を有して 、な 、ことが特徴である。ここで「繰り返しの部分構造を有して 、な 、」と は、 Al、 A2のいずれにも、例えば、 - (B) - (Bは繰り返しの単位構造を表し、 nは 2以上の整数を表す。 )のように表しうる部分がな 、ことを言う。
[0028] 以下、本発明に係る前記一般式（1)で表される化合物の具体例を示すが、本発明 はこれらに限定されない。
[0029] [化 1]
Figure imgf000011_0001
[0030] [化 2]
Figure imgf000012_0001
[0031] [化 3]
Figure imgf000013_0001
[0032] [化 4]
[e^] [εεοο]
Figure imgf000014_0001
O £LlO/SOOZdr/∑3d £1 簡 900Z OAV
Figure imgf000015_0001
[0034] 本発明に係る前記一般式（1)で表される化合物の合成の一例として、化合物〈11〉 の合成例を下記に示す力 本発明はこれらに限定されない。また、合成法としては、 従来公知の有機金属化合物の合成手法を参考にして合成することができる。
[0035] 合成例 1
化合物〈11〉の合成
[0036] [化 6]
Figure imgf000016_0001
NBS
Figure imgf000016_0002
く 11> 200ml3つ口フラスコを窒素置換し、塩化〔1, 3—ビス（ジフエニルホスフイノ）プロ ノ ン〕ニッケノレ（Π) 0. lg、ィ匕合物〈11— 1〉（Tetrahedron, 48， 32， 1992, 6701 — 6708記載化合物） 2. 0g、テトラヒドロフラン 50mlを入れ、撹拌下、化合物〈11— 2 > (Chem. Lett. , 6, 1996, 495— 496記載ィ匕合物） 4. Ogのテトラヒドロフラン溶液 20mlをゆっくり滴下し、滴下終了後、 8時間加熱還流した。反応終了後、室温にてケ イソゥ土ろ過を行い、ろ液を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、 ロータリーエバポレーターで減圧濃縮した。残留物をカラムクロマトグラフィーで精製 し、黄色固体 1. 2gを得た。 ¾ NMR及び massスペクトルで化合物〈11— 3〉と矛 盾しないことを確認した。
[0038] 200ml3つ口フラスコに、ィ匕合物〈11 3〉 1. 2g、ジクロロメタン 20ml、醉酸 20ml を入れ、 5°C以下に冷却し、 N ブロモスクシンイミド 0. 4gを徐々に添加し、添カロ終 了後、 2時間撹拌した。反応終了後、反応液を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシ ゥムで乾燥し、ロータリーエバポレータで減圧濃縮した。残留物をカラムクロマトグラフ ィ一で精製し、黄色固体 1. Ogを得た。 iH NMR及び massスペクトルで化合物〈11 —4〉と矛盾しな!ヽことを確認した。
[0039] 200ml3つ口フラスコを窒素置換し、化合物〈11— 4〉1. 0g、ベンゼン— 1, 4 ジ ボロン酸 0. lg、テトラキス（トリフエ-ルホスフィン)パラジウム（0) 0. lg、テトラヒドロフ ラン 50ml、炭酸カリウム 2. Ogの水溶液 10mlをカ卩え、 6時間加熱還流した。反応終 了後、室温にてケイソゥ土ろ過を行い、ろ液を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシゥ ムで乾燥した後、ロータリーエバポレーターで減圧濃縮した。残留物をカラムクロマト グラフィ一で精製し、黄色固体 0. 7gを得た。 NMR及び massスペクトルで化合 物〈11〉と矛盾しな!ヽことを確認した。
[0040] 《有機 TFT、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子》
本発明の有機 TFT、電界効果トランジスタ及びそれらを用いるスイッチング素子に ついて説明する。ここで、スイッチング素子は、その使用形態により有機 TFT素子と いわれることもあり、また電界効果トランジスタ素子と呼ばれることがある。
[0041] 本発明の有機 TFT材料は、有機 TFTや電界効果トランジスタのチャネル層に用い られることにより、良好に駆動するスイッチング素子（トランジスタ装置ともいう）を提供 することができる。有機 TFT (有機薄膜トランジスタ）は、支持体上にチャネルとして有 機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶 縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と支持体上にまずゲート電極を有し、 ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を 有するボトムゲート型に大別される。
[0042] 本発明に係る前記一般式 (1)で表される化合物を含有することを特徴とする有機薄 膜トランジスタ材料を、有機 TFTまたは電界効果トランジスタを用いたスイッチング素 子のチャネル (チャネル層ともいう）に設置するには、真空蒸着により基板上に設置す ることもできる力 適切な溶剤に溶解し必要に応じ添加剤を加えて調製した溶液をキ ャストコート、スピンコート、印刷、インクジェット法、アブレーシヨン法等によって基板 上に設置することが好まし 、。
[0043] この場合、本発明の有機 TFT材料を溶解する溶剤は、該有機 TFT材料を溶解し て適切な濃度の溶液が調製できるものであれば格別の制限はな 、が、具体的にはジ ェチルエーテルゃジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフ ランやジォキサンなどの環状エーテル系溶媒、アセトンゃメチルェチルケトン等のケト ン系溶媒、クロ口ホルムや 1, 2—ジクロロェタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、トル ェン、 o—ジクロ口ベンゼン、ニトロベンゼン、 m—タレゾール等の芳香族系溶媒、 N— メチルピロリドン、 2硫ィ匕炭素等を挙げることができる。
[0044] 本発明にお ヽて、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する材料は導電 性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アン チモン鈴、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、ァノレミ-ゥ ム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ 'アンチモン、酸化 インジウム'スズ (ITO)、フッ素ドープ酸ィ匕亜鉛、亜鉛、炭素、グラフアイト、グラッシ一 カーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネ シゥム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム 、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム一カリウム合金、マグネシウム、リチウム、ァノレミ-ゥム、 マグネシウム Z銅混合物、マグネシウム Z銀混合物、マグネシウム Zアルミニウム混 合物、マグネシウム Zインジウム混合物、アルミニウム Z酸ィ匕アルミニウム混合物、リ チウム Zアルミニウム混合物等が用いられるが、特に白金、金、銀、銅、アルミニウム 、インジウム、 ιτο及び炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた 公知の導電性ポリマー、例えば、導電性ポリア-リン、導電性ポリピロール、導電性ポ リチォフェン、ポリエチレンジォキシチォフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども 好適に用いられる。中でも半導体層との接触面において、電気抵抗が少ないものが 好ましい。 [0045] 電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用い て形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成 する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジスト を用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導 電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターユングしてもよ ヽし、塗工膜から リソグラフやレーザーアブレーシヨンなどにより形成してもよい。更に導電性ポリマー や導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印 刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
[0046] ゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができる力 特に比誘電率の高い 無機酸ィ匕物皮膜が好ましい。無機酸ィ匕物としては、酸化ケィ素、酸ィ匕アルミニウム、 酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウ ム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン 、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビ スマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタノレ酸ストロンチウムビスマス、タンタノレ 酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好まし いのは酸ィ匕ケィ素、酸ィ匕アルミニウム、酸ィ匕タンタル、酸ィ匕チタンである。窒化ケィ素 、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
[0047] 上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線ェピタキシャル成長法、イオン クラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、 CVD法 、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピ ンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコ ート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターユング による方法などのウエットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。
[0048] ウエットプロセスは、無機酸ィ匕物の微粒子を任意の有機溶剤あるいは水に必要に応 じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸 化物前駆体、例えば、アルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法 が用いられる。これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法とゾルゲル法である。
[0049] 大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法は、大気圧または大気圧 近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処 理で、その方法については特開平 11— 61406号公報、同 11 133205号公報、特 開 2000— 121804号公報、同 2000— 147209号公報、同 2000— 185362号公報 等に記載されている（以下、大気圧プラズマ法とも称する)。これによつて高機能性の 薄膜を、生産性高く形成することができる。
[0050] また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアタリレート、 光ラジカル重合系、光力チオン重合系の光硬化性榭脂、あるいはアクリロニトリル成 分を含有する共重合体、ポリビュルフエノール、ポリビュルアルコール、ノボラック榭 脂、及びシァノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物皮膜の形成法と しては、前記ウエットプロセスが好ましい。無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層 して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に 50ηπ！〜 3 m 、好ましくは 100nm〜l μ mである。
[0051] また、支持体はガラスやフレキシブルな榭脂製シートで構成され、例えば、プラスチ ックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例 えば、ポリエチレンテレフタレート（PET)、ポリエチレンナフタレート（PEN)、ポリエー テルスルホン（PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフエ-レ ンスルフイド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート（PC)、セルローストリァセテ ート (TAC)、セルロースアセテートプロピオネート（CAP)等力 なるフィルム等が挙 げられる。このようにプラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に 比べて軽量ィ匕を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに衝撃に対する耐 性を向上できる。
[0052] 以下に、本発明の有機 TFT材料を用いて形成された有機薄膜を用いた電界効果 トランジスタについて説明する。
[0053] 図 1は、本発明に係る有機 TFTの構成例を示す図である。同図（a)は、支持体 6上 に金属箔等によりソース電極 2、ドレイン電極 3を形成し、両電極間に本発明の有機 T FT材料からなる有機半導体層 1を形成し、その上に絶縁層 5を形成し、更にその上 にゲート電極 4を形成して電界効果トランジスタを形成したものである。同図（b)は、 有機半導体層 1を、（a)では電極間に形成したものを、コート法等を用いて電極及び 支持体表面全体を覆うように形成したものを表す。（c)は、支持体 6上に先ずコート法 等を用いて、有機半導体層 1を形成し、その後ソース電極 2、ドレイン電極 3、絶縁層 5、ゲート電極 4を形成したものを表す。
[0054] 同図（d)は、支持体 6上にゲート電極 4を金属箔等で形成した後、絶縁層 5を形成 し、その上に金属箔等で、ソース電極 2及びドレイン電極 3を形成し、該電極間に本 発明の有機 TFT材料により形成された有機半導体層 1を形成する。その他同図（e) 、 (f)に示すような構成を取ることもできる。
[0055] 図 2は、有機 TFTシートの概略等価回路図の 1例を示す図である。
[0056] 有機 TFTシート 10はマトリクス配置された多数の有機 TFT11を有する。 7は各 TF T11のゲートバスラインであり、 8は各 TFT11のソースバスラインである。各 TFT11 のソース電極には、出力素子 12が接続され、この出力 12は例えば液晶、電気泳動 素子等であり、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極 として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が、抵抗とコンデンサ力もな る等価回路で示されている。 13は蓄積コンデンサ、 14は垂直駆動回路、 15は水平 駆動回路である。
実施例
[0057] 以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定され ない。
[0058] 実施例 1
《有機薄膜トランジスタ素子 1の作製》
ゲート電極としての抵抗率 0. 01 Ω 'cmの Siウェハーに、厚さ 0. 2 μ mの熱酸化膜 を形成してゲート絶縁層とした後、ォクタデシルトリクロロシランによる表面処理を行つ た。比較化合物〈1〉（ポリ（3—へキシルチオフェン）（regioregular、アルドリッチ社製 、平均分子量 89000、 PHT) )のクロ口ホルム溶液をアプリケーターを用いて塗布し、 自然乾燥することによりキャスト膜 (厚さ 50nm)を形成して、窒素雰囲気下で 50°C、 3 0分間の熱処理を施した。更にこの膜の表面にマスクを用いて金を蒸着して、ソース 及びドレイン電極を形成した。ソース及びドレイン電極は幅 100 m、厚さ 200nmで 、チャネル幅 W= 3mm、チャネル長 L = 20 mの有機薄膜トランジスタ素子 1を作製 した。
[0059] 《有機薄膜トランジスタ素子 2〜8の作製》
比較化合物〈1〉を比較化合物〈2〉（ペンタセン、アルドリッチ社製市販試薬を昇華 精製して用いた）に代えた他は、有機薄膜トランジスタ素子 1と同様の方法で有機薄 膜トランジスタ素子 2を作製した。更に比較ィ匕合物〈1〉を表 1に示した本発明に係る 例示化合物に代えた他は、有機薄膜トランジスタ素子 1と同様の方法で有機薄膜トラ ンジスタ素子 3〜8を作製した。
[0060] [化 7] 比較化合物 <1> 比較化合物 く 2>
Figure imgf000022_0001
[0061] 《有機薄膜トランジスタ素子 1〜8の評価》
以上のように作製した有機薄膜トランジスタ素子 1〜8は、 pチャネルのェンノヽンスメ ント型 FETの良好な動作特性を示した。更に有機薄膜トランジスタ素子 1〜8につい て、 I—V特性の飽和領域力 キャリア移動度を求め、更に ONZOFF比（ドレインバ ィァス 50Vとし、ゲートバイアス 50V及び OVにしたときのドレイン電流値の比率） を求めた。また得られた素子を大気中で 1ヶ月放置し、再度キャリア移動度と ONZO FF比を求めた。結果を表 1に示す。
[0062] [表 1]
Figure imgf000022_0002
[0063] 表 1より、比較例に比べて、本発明の有機薄膜トランジスタ素子はトランジスタとして の特性が良好であり、更に経時劣化が抑えられていることが分力つた。
産業上の利用可能性
[0064] 本発明により、トランジスタとしての特性が良好であり、更に経時劣化が抑えられた 有機薄膜トランジスタ材料、それを用いた有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジス タ及びスイッチング素子を提供することができた。

Claims

請求の範囲
[1] 下記一般式 (1)で表される化合物を含有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ 材料。
一般式（1) A1 -L-A2
(式中、 Al、 A2は芳香族炭化水素環または芳香族複素環を含有する共役構造を表 し、 Lは 2価の連結基または単結合を表す。但し、 Al、 A2は Lを挟んで (線)対称の 関係にあり、それぞれに繰り返しの部分構造を有していない。 )
[2] 前記 Lが表す 2価の連結基が置換もしくは無置換の炭素鎖、 O 、 一 S 、 一 N ( R) (Rは水素またはアルキル基)、芳香族炭化水素環または芳香族複素環を表す ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
[3] 前記 Al、 A2中の芳香族炭化水素環または芳香族複素環が 5員環および 6員環の 少なくとも 1つを表すことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の有機薄膜トランジス タ材料。
[4] 前記 5員環および 6員環の少なくとも 1つが無置換であることを特徴とする請求の範 囲第 3項に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
[5] 請求の範囲第 1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料をチャネル層に用いることを 特徴とする有機薄膜トランジスタ。
[6] 有機電荷輸送性材料と該有機電荷輸送性材料に直接または間接に接するゲート 電極から構成され、該ゲート電極及び前記有機電荷輸送性材料の間に電荷を印加 することで、前記有機電荷輸送性材料中の電流を制御する電界効果トランジスタに ぉ 、て、該有機電荷輸送性材料が請求の範囲第 1項に記載の有機薄膜トランジスタ 材料であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
[7] 請求の範囲第 1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料をチャネル層に用いることを 特徴とする有機薄膜トランジスタまたは有機電荷輸送性材料と該有機電荷輸送性材 料に直接または間接に接するゲート電極から構成され、該ゲート電極及び前記有機 電荷輸送性材料の間に電荷を印加することで、前記有機電荷輸送性材料中の電流 を制御する電界効果トランジスタにお 、て、該有機電荷輸送性材料が請求の範囲第 1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料であることを特徴とする電界効果トランジスタ を用いることを特徴とするスイッチング素子。
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