WO2015133376A1 - 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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- H10K10/486—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions the channel region comprising two or more active layers, e.g. forming pn heterojunctions
Definitions
- the present invention relates to an organic thin film transistor and a method for manufacturing the same.
- TFTs thin film transistors
- the TFT has a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, and a drain electrode are connected, and the source electrode and the drain electrode are connected by a semiconductor layer.
- an inorganic material such as silicon has been mainly used.
- organic materials that can be formed at high speed, efficiently, and at low cost at a lower temperature than inorganic materials, for example, around room temperature, by an application method such as a printing method.
- Organic semiconductors such as organic polymers are known as organic materials. A combination of such an organic semiconductor and a polymer other than the organic semiconductor has also been reported. For example, in Example 12 of Patent Document 1, “end-capped 2,4-dimethyl polymer (formula 12)” and “polystyrene- (ethylene-propylene) diblock copolymer” are used in combination.
- Patent Document 1 even when an organic semiconductor and a polystyrene- (ethylene-propylene) diblock copolymer or the like as a polymer other than the organic semiconductor are used together, the characteristics of the organic thin film transistor are not yet sufficient. There was room for improvement in carrier mobility, durability and threshold voltage.
- An object of the present invention is to provide an organic thin film transistor having high carrier mobility and excellent durability. It is another object of the present invention to provide an organic thin film transistor that also exhibits a low threshold voltage. Moreover, this invention makes it a subject to provide the method of manufacturing the organic thin-film transistor which has said outstanding characteristic.
- the inventors of the present invention have studied an organic material for forming an organic semiconductor layer.
- an organic semiconductor layer By forming an organic semiconductor layer using an organic semiconductor and a specific block copolymer as a polymer other than the organic semiconductor, the organic semiconductor layer is formed. It has been found that an organic thin film transistor provided with an organic semiconductor layer can maintain high carrier mobility and further exhibits a low threshold voltage.
- block copolymers used in combination with organic semiconductors we investigated block copolymers used in combination with organic semiconductors, and by separating the block copolymer in the presence of the organic semiconductor in the organic semiconductor layer, the charge transfer channel of the organic semiconductor layer can be secured, and organic It has been found that high carrier mobility can be maintained in a thin film transistor, and further, reduction in threshold voltage can be further improved.
- the present invention has been completed based on these findings.
- a gate electrode, an organic semiconductor layer, a gate insulating layer provided between the gate electrode and the organic semiconductor layer, and an organic semiconductor layer are provided and connected via the organic semiconductor layer.
- An organic thin film transistor having a source electrode and a drain electrode The organic semiconductor layer contains an organic semiconductor and a block copolymer,
- the block copolymer is a styrene- (meth) acrylic acid ester block copolymer, a styrene- (meth) acrylic acid block copolymer, a styrene-dialkylsiloxane block copolymer, a styrene-alkylarylsiloxane block copolymer, Styrene-diarylsiloxane block copolymer, styrene-silsesquioxane-substituted alkyl (meth) acrylate block copolymer, (meth) acrylate
- a gate electrode, an organic semiconductor layer, a gate insulating layer provided between the gate electrode and the organic semiconductor layer, and the organic semiconductor layer are provided on the substrate and are connected via the organic semiconductor layer.
- the organic semiconductor is unevenly distributed between a phase formed by a block having high affinity among phases formed by each block of the block copolymer, or between this phase and the gate insulating layer (2) The organic thin film transistor as described in 1.
- a C1 and A C2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
- R C1 to R C6 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R C1 to R C6 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X D1 and X D2 represent NR D9 , an oxygen atom or a sulfur atom.
- a D1 represents CR D7 or a nitrogen atom
- a D2 represents CR D8 or a nitrogen atom
- R D9 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group or an acyl group.
- R D1 to R D8 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R D1 to R D8 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X E1 and X E2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or NR E7 .
- a E1 and A E2 represent CR E8 or a nitrogen atom.
- R E1 to R E8 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R E1 to R E8 is a substituent represented by the following general formula (W).
- XF1 and XF2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom.
- R F1 to R F10 , R Fa and R Fb represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R F1 to R F10 , R Fa and R Fb is a substituent represented by the general formula (W). . p and q each represents an integer of 0-2.
- X G1 and X G2 represent NR G9 , an oxygen atom, or a sulfur atom.
- a G1 represents CR G7 or a nitrogen atom
- a G2 represents CR G8 or a nitrogen atom.
- R G9 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an acyl group, an aryl group or a heteroaryl group
- R G1 to R G8 represent a hydrogen atom or a substituent
- at least one of R G1 to R G8 Is a substituent represented by the following general formula (W).
- W general formula (H)
- X H1 to X H4 represent NR H7 , an oxygen atom or a sulfur atom
- R H7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an acyl group, an aryl group, or a heteroaryl group.
- R H1 to R H6 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R H1 to R H6 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X J1 and X J2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR J9 .
- X J3 and X J4 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
- R J1 to R J9 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R J1 to R J9 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X K1 and X K2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR K9 .
- X K3 and X K4 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
- R K1 to R K9 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R K1 to R K9 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X L1 and X L2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or NR L11 .
- R L1 to R L11 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R L1 to R L11 is a substituent represented by the following general formula (W).
- W general formula
- X M1 and X M2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR M9 .
- R M1 to R M9 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R M1 to R M9 is a substituent represented by the following general formula (W).
- XN1 and XN2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NRN13 .
- R N1 to R N13 each represents a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R N1 to R N13 is a substituent represented by the following general formula (W).
- W general formula
- X P1 and X P2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NRP13 .
- R P1 to R P13 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R P1 to R P13 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X Q1 and X Q2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR Q13 .
- R Q1 to R Q13 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R Q1 to R Q13 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X R1 , X R2 and X R3 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR R9 .
- R R1 to R R9 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R R1 to R R9 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X S1 , X S2 , X S3 and X S4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR S7 .
- R S1 to R S7 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R S1 to R S7 is a substituent represented by the following general formula (W).
- W general formula
- X T1 , X T2 , X T3 and X T4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR T7 .
- R T1 to R T7 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R T1 to R T7 is a substituent represented by the following general formula (W).
- L represents a divalent linking group represented by any one of the following general formulas (L-1) to (L-25), or two or more of the following general formulas (L-1) to (L And a divalent linking group to which the divalent linking group represented by any one of -25) is bonded.
- R W is a substituted or unsubstituted alkyl group, a cyano group, a vinyl group, an ethynyl group, an oxyethylene group, repetition number v of oxyethylene units is more than one oligo oxyethylene group, a siloxane group, the number of silicon atoms is more than one It represents an oligosiloxane group or a substituted or unsubstituted trialkylsilyl group.
- the wavy line represents the bonding position with any ring forming each skeleton represented by the general formulas (C) to (T).
- * Represents a bonding position with Rw or a bonding position with a wavy line part of the general formulas (L-1) to (L-25).
- M in the general formula (L-13) represents 4
- m in the general formulas (L-14) and (L-15) represents 3
- m in the general formulas (L-16) to (L-20) represents 2 and m in (L-22) represents 6.
- R LZ in formulas (L-1), (L-2), (L-6) and (L-13) to (L-24) each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R N represents a hydrogen atom or a substituent
- R si each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group.
- the block copolymer is a styrene- (meth) acrylate block copolymer, a styrene-dialkylsiloxane block copolymer, a styrene-silsesquioxane-substituted alkyl (meth) acrylate block copolymer, ) Acrylate ester-silsesquioxane substituted alkyl (meth) acrylate block copolymer, styrene-vinylpyridine block copolymer, styrene-hydroxystyrene block copolymer and vinylnaphthalene- (meth) acrylate block copolymer
- the organic thin film transistor according to any one of (1) to (9), which is at least one block copolymer selected from a coalescence.
- the block copolymer has a block consisting of a repeating unit represented by the following general formula (I) and a block consisting of a repeating unit represented by the following general formula (II) (1) to (10 The organic thin-film transistor as described in any one of 1).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.
- R 11 represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group or a cycloalkyl group.
- R 3 represents an alkyl group or a cycloalkyl group.
- the block composed of the repeating unit represented by the general formula (II) is composed of the repeating unit represented by any one of the following general formulas (II-1), (II-2) and (II-3).
- R 2 has the same meaning as R 2 in the general formula (II).
- R 4a and R 5a represent a hydrogen atom or methyl.
- R 7 represents an unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or an unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms.
- R 8 and R 9 represent a hydrogen atom or a fluorine atom. However, at least one of R 8 and R 9 bonded to the same carbon atom is a fluorine atom.
- R 10 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, or an aryl group.
- n 1a represents an integer of 2 to 4
- n 2a represents an integer of 1 to 6.
- n 3 represents 1 or 2
- n 4 represents an integer of 1 to 8.
- the absolute value of the difference between the SP value of the repeating unit represented by the general formula (I) and the SP value of the repeating unit represented by the general formula (II) is 0.5 to 4.0 MPa 1/2
- the absolute value of the difference between the SP values of the two types of repeating units is 0.5 to 4.0 MPa 1/2 (1) to ( The organic thin-film transistor as described in any one of 10).
- each substituent, etc. Means the same or different. The same applies to the definition of the number of substituents and the like. Further, when there are repetitions of a plurality of partial structures represented by the same indication in the formula, each partial structure or repeating unit may be the same or different. Even when not particularly specified, when a plurality of substituents and the like are close (particularly adjacent), they may be connected to each other or condensed to form a ring.
- the term “compound” (including resin) is used to mean not only the compound itself but also its salt and its ion. In addition, it means that a part of the structure is changed as long as the desired effect is achieved.
- a substituent that does not clearly indicate substitution or non-substitution means that the group may have an arbitrary substituent as long as a desired effect is achieved. .
- the term “block copolymer” includes an unsubstituted block copolymer and a block copolymer having a substituent.
- the substituent may be present in the main chain forming the molecular chain of the block copolymer or may be present in the side chain branched from the main chain.
- ⁇ -methylstyrene is a main chain methyl-substituted product of styrene.
- the block copolymer having styrene preferably includes a block copolymer having ⁇ -methylstyrene.
- a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
- the organic thin film transistor of the present invention has high carrier mobility and excellent durability. Furthermore, a low threshold voltage is also shown.
- the manufacturing method of the organic thin-film transistor of this invention can be provided with the organic semiconductor containing the phase-separated block copolymer, and can manufacture the organic thin-film transistor which has said outstanding characteristic.
- Organic thin film transistor The form of the organic thin film transistor of the present invention (hereinafter simply referred to as “OTFT of the present invention”) will be described below.
- the OTFT of the present invention includes a gate electrode, an organic semiconductor layer, a gate insulating layer provided between the gate electrode and the organic semiconductor layer, and a source electrode and a drain electrode connected via the organic semiconductor layer on the substrate. (A source electrode and a drain electrode provided in contact with the organic semiconductor layer).
- a current channel channel is formed at the interface between the organic semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode and the adjacent layer. That is, the current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled according to the input voltage applied to the gate electrode.
- FIGS. 1A and 1B A preferred embodiment of the OTFT of the present invention will be described with reference to the drawings.
- the OTFT shown in each drawing is a schematic diagram for facilitating the understanding of the present invention, and the size or relative size relationship of each member may be changed for convenience of explanation. Is not shown as it is. Moreover, it is not limited to the external shape and shape shown by these drawings except the matter prescribed
- the gate electrode 5 does not necessarily cover all of the substrate 6, and a form provided in the central portion of the substrate 6 is also preferable as a form of the OTFT of the present invention. .
- 1A to 1D are longitudinal sectional views each schematically showing a typical preferred form of an OTFT.
- 1A to 1D 1 is an organic semiconductor layer
- 2 is a gate insulating layer
- 3 is a source electrode
- 4 is a drain electrode
- 5 is a gate electrode
- 6 is a substrate.
- 1A shows a bottom gate-bottom contact configuration (structure)
- FIG. 1B shows a bottom gate-top contact configuration
- FIG. 1C shows a top gate-bottom contact configuration
- the OTFT of the present invention includes all of the above four forms.
- an overcoat layer may be formed on the top of each OTFT in the drawing (the top on the side opposite to the substrate 6).
- a circle A in FIG. 1A is a schematic enlarged view of the organic semiconductor layer 1 schematically showing the uneven distribution state of the organic semiconductor and the block copolymer.
- 1A is a schematic enlarged view showing the vicinity of the surface of the insulating layer 2 when the OTFT 1 has the base layer 7, and the OTFT 1 is the base layer 7 in the circle C of FIG. It is a schematic enlarged view which shows the surface vicinity of the board
- the gate electrode 5, the gate insulating layer 2, and the organic semiconductor layer 1 are arranged on the substrate 6 in this order.
- the organic semiconductor layer 1, the gate insulating layer 2, and the gate electrode 5 are arranged in this order on the substrate 6.
- the source electrode 3 and the drain electrode 4 are disposed on the substrate 6 side (that is, the lower side in FIG. 1) with respect to the organic semiconductor layer 1.
- the source electrode 3 and the drain electrode 4 are arranged on the opposite side of the substrate 6 with respect to the organic semiconductor layer 1.
- the organic semiconductor layer 1 contains an organic semiconductor and a block copolymer.
- a specific block copolymer such as a styrene- (meth) acrylate block copolymer specifically exemplified above is referred to as “block copolymer (I)”.
- block copolymer (II) The block copolymer that requires phase separation is referred to as “block copolymer (II)”.
- the block copolymer refers to both the block copolymer (I) and the block copolymer (II) unless otherwise specified. These block copolymers will be described later.
- the organic semiconductor is preferably unevenly distributed in the thickness direction of the organic semiconductor layer 1.
- the organic semiconductor layer 1 has a region 1B having a high organic semiconductor content and a region 1A having a high block copolymer content. These regions 1A and 1B may be present at least near the surface of the organic semiconductor layer, and may not be present over the entire organic semiconductor layer. Note that, as indicated by a broken line in FIG. 1A, the boundary between both regions 1A and 1B may not be clearly determined.
- the organic semiconductor and the block copolymer are phase-separated from each other.
- the organic semiconductor layer 1 includes a layer 1B made of an organic semiconductor and a layer 1A made of a block copolymer.
- “unevenly distributed” means a state in which either component of the organic semiconductor or block copolymer is larger than the total mass ratio, but the other component is also present, and “phase separation”.
- state means a state in which either an organic semiconductor or a block copolymer has a single phase.
- the boundary is not specifically defined academically, but in the present application, when a phase in which either an organic semiconductor or a block copolymer is present at a mass ratio of 99% or more is formed, It shall be determined that the state is “phase separated”. Therefore, in the present invention, the uneven distribution may include phase separation unless otherwise specified.
- organic semiconductor is unevenly distributed can be confirmed by element mapping measurement of the organic semiconductor layer by time-of-flight secondary ion analysis (TOF-SIMS) using an ion beam for etching together.
- TOF-SIMS time-of-flight secondary ion analysis
- the uneven distribution of the organic semiconductor can be confirmed by the above-mentioned time-of-flight secondary ion analysis.
- the uneven distribution can be estimated by the following method. That is, by measuring the surface energy described later, it can be inferred which is more on the surface of the organic semiconductor depending on whether the surface energy is close to the value of each component of the organic semiconductor or the block polymer.
- the surface energy of each component of the block polymer can be estimated by measuring the surface energy of the homopolymer film of each component.
- the surface energy is a known method by measuring the contact angle of the block copolymer film with both water and an organic solvent (glycerin or diiodomethane is mainly used) and substituting it into the following Owens equation. (The following is the case where glycerin (gly) is used as the organic solvent).
- the uneven distribution of the organic semiconductor layer in the horizontal direction can be confirmed by observing a plurality of arbitrary locations on the surface of the organic semiconductor layer with a polarizing microscope.
- the part that appears shining under the crossed Nicols condition is an organic semiconductor, and it can be confirmed by observing the uneven distribution (uniformity) in the horizontal direction of the part that appears shining. .
- the organic semiconductor is unevenly distributed is that, in the case of the block copolymer (I), when the difference between the surface energy of the entire block copolymer (I) and the surface energy of the organic semiconductor is large, the compatibility with the organic semiconductor decreases. Thus, it is considered that the organic semiconductor is unevenly distributed or phase-separated.
- the block copolymer (I) having a small overall surface energy may be unevenly distributed or phase-separated with respect to the organic semiconductor in the coating layer in the thickness direction, usually on the surface (air) side. .
- the aspect in which the organic semiconductor is unevenly distributed in the organic semiconductor layer is not particularly limited as long as it is in the thickness direction of the organic semiconductor layer.
- Either the organic semiconductor or the block copolymer may be unevenly distributed in the thickness direction (depth direction, direction of the substrate 6) of the organic semiconductor layer.
- the organic semiconductor is unevenly distributed on the gate insulating layer side, and the block copolymer is unevenly distributed on the opposite side of the gate insulating layer.
- a sufficient charge transfer channel can be secured at the interface between the gate insulating layer and the organic semiconductor layer, and higher carrier mobility is exhibited.
- the OTFT of the present invention can take a bottom gate form in which an organic semiconductor layer is provided on a gate insulating layer and a top gate form in which a gate insulating layer is provided on an organic semiconductor layer.
- a bottom gate configuration a bottom contact configuration in which a source electrode and a drain electrode are provided in contact with the lower surface of the organic semiconductor layer is preferable.
- a top gate configuration a top contact configuration in which a source electrode and a drain electrode are provided in contact with the upper surface of the organic semiconductor layer is preferable.
- the block copolymer protects a region of the organic semiconductor layer in which the organic semiconductor is unevenly distributed, while securing a charge transfer channel in the organic semiconductor layer.
- the effect of improving the carrier mobility and the maintenance rate (durability) of the carrier mobility can be further increased.
- the effect of lowering the threshold voltage is also excellent.
- the block copolymer (I) may or may not be phase separated by self-assembly.
- the block copolymer (I) is preferably phase-separated from the viewpoint of promoting and promoting the uneven distribution of the organic semiconductor, and preferably phase-separated in the organic semiconductor layer 1.
- the block copolymer contained in the organic semiconductor layer 1 is a block copolymer (II) described later, the block copolymer (II) is phase-separated by self-assembly.
- the block copolymer phase-separates means that the block copolymer creates an autonomously ordered structure by self-organization, and examples include microphase separation.
- the microphase separation means that the block copolymer performs microscopic phase separation at several nm to several ⁇ m, more preferably from several tens to several hundred nm, depending on the property of each block constituting the block copolymer. A phenomenon that forms.
- Whether or not the block copolymer is phase-separated in the organic semiconductor layer can be confirmed in the same manner as the method for confirming the uneven distribution of the organic semiconductor in the thickness direction.
- the organic semiconductor is likely to be unevenly distributed according to the phase formed by each block of the block copolymer, so that the block copolymer and the organic semiconductor are separated (unevenly distributed). ) Is promoted and encouraged. Therefore, when the block copolymer undergoes phase separation, the organic semiconductor is divided into phases formed by blocks with higher affinity among the phases formed by each block of the block copolymer (the block copolymer undergoes microphase separation). It is preferable that it is unevenly distributed in one phase) or unevenly distributed between this phase and the gate insulating layer, that is, phase-separated from the block copolymer to form different layers.
- Examples of the different layer include a layer made of an organic semiconductor adjacent to one phase in which a block copolymer is microphase-separated.
- a block copolymer is phase-separated and the organic semiconductor is unevenly distributed.
- the block copolymer is preferably a lamellar phase separation linearly separated along the thickness direction of the organic semiconductor layer among the microphase separations, and blocks having a low solubility parameter (SP value), such as polystyrene blocks, are insulated.
- SP value solubility parameter
- a lamellar phase separation that is phase separated so as to be on the layer side is more preferable. Accordingly, the organic semiconductor layer can be unevenly distributed on the gate insulating layer side, a sufficient charge transfer channel can be secured at the interface between the gate insulating layer and the organic semiconductor, and higher carrier mobility is exhibited.
- the linear shape may be a linear shape or a curved shape.
- “Affinity” between a block copolymer and an organic semiconductor is a property between the phase formed by the block copolymer block and the organic semiconductor, for example, a solubility parameter (SP value), surface energy or contact angle described later. Are approximate to each other. “High affinity” means that the characteristics of the organic semiconductor and the block formed by the block copolymer are close to each other, that is, the characteristic difference is small.
- the organic semiconductor layer 1 may be provided directly on the gate insulating layer 2 or may be provided on the gate insulating layer 2 as shown in a circle B in FIG. 1A or a circle C in FIG.
- the underlayer 7 may be provided in contact with the underlayer 7.
- the underlayer 7 includes all monomer components constituting the block copolymer contained in the organic semiconductor layer. It is preferable to contain a random copolymer having the same monomer component as a constituent (hereinafter referred to as “underlying layer polymer A”). Moreover, the polymer (henceforth "the polymer B for base layers”) which contains the same monomer component as the at least 1 monomer component which comprises the block copolymer contained in the organic-semiconductor layer 1 is contained. It is also preferable.
- the number of constituent components of the polymer B for the underlayer is preferably 1 with the upper limit being one less than the number of monomer components constituting the block copolymer.
- the underlayer 7 is more preferably composed of the underlayer polymer A or the underlayer polymer B.
- the mass ratio of each monomer component in the polymer A for the underlayer may be the same as or different from the mass ratio of the monomer components in the corresponding block copolymer.
- the underlayer polymer B may be a copolymer having a monomer component different from the monomer component constituting the block copolymer contained in the organic semiconductor layer, but the same monomer component as the at least one monomer component. A homopolymer having only a component as a constituent is preferred.
- a crosslinkable group is introduced into a part of the monomer components constituting the underlayer polymer A and the underlayer polymer B.
- the crosslinkable group is not particularly limited as long as a crosslinkable structure can be introduced into the block copolymer.
- a group selected from an epoxy group and an oxetane group can be preferably used.
- the underlayer polymer A and the underlayer polymer B are preferably an acid catalyst (for example, a thermal acid generator such as diphenyliodonium hexafluorophosphate) or a curing agent (a compound having two or more active hydrogens, For example, a bridge structure is formed by heating in the presence of diamine, dicarboxylic acid, or bisphenol.
- an acid catalyst for example, a thermal acid generator such as diphenyliodonium hexafluorophosphate
- a curing agent a compound having two or more active hydrogens,
- a bridge structure is formed by heating in the presence of diamine, dicarboxylic acid, or bisphenol.
- the solvent resistance is improved by the polymer A for the underlayer and the polymer B for the underlayer having a crosslinked structure.
- the underlayer containing the polymer A and the underlayer polymer B is hardly affected by the solvent, and the production efficiency and performance stability of the OTFT are further improved.
- the underlayer polymer A and the underlayer polymer B have a cross-linked structure, the underlayer polymer A and the underlayer polymer B have a crosslinkable group-containing monomer component in the total mass of all the monomer components. Is preferably 1 to 20% by mass, and more preferably 1 to 10% by mass.
- the gate insulating layer 2 when the organic semiconductor layer is directly provided on the gate insulating layer 2, it is preferable that the gate insulating layer also serves as a base layer (the gate insulating layer is also a base layer) in order to phase-separate the block copolymer.
- the gate insulating layer 2 preferably includes the underlayer polymer A or the underlayer polymer B, and more preferably, the gate insulating layer 2 is the underlayer polymer A or the underlayer polymer B. Composed.
- the block copolymer used in the present invention is contained in the organic semiconductor layer together with the organic semiconductor described later.
- This block copolymer is a polymer compound different from the organic polymer as the organic semiconductor, and the block copolymer may be composed of two types or three or more types.
- the block copolymer used as the block copolymer (I) may be one that does not undergo phase separation due to self-assembly or may undergo phase separation.
- the block copolymer (I) is preferably the one described below regardless of whether or not phase separation is performed. What phase-separates further satisfies the characteristics such as the number average molecular weight and physical properties described below, and those not phase-separated may not satisfy the characteristics and physical properties described below.
- block copolymer used as the block copolymer (II) undergoes phase separation by self-assembly, and examples thereof include the block copolymers described below.
- a known material can be used without particular limitation as long as it is self-organized.
- a preferred block copolymer has a plurality of types of blocks in a combination in which phase separation occurs.
- the block copolymer (I) has a specific combination of blocks described later.
- the combination of blocks of the block copolymer (II) is not particularly limited.
- a combination of blocks that are incompatible with each other is preferably selected. As such a combination, various things are known, for example, the combination of the some block in the block copolymer mentioned later is mentioned. Whether or not the blocks are incompatible with each other can be determined by the solubility parameter (SP value).
- SP value solubility parameter
- the combination of two types of blocks that are incompatible with each other is the absolute value of the difference between these solubility parameters (SP values), that is, two types of blocks.
- SP values solubility parameters
- absolute value of the difference between the SP values of the repeating units forming the block preferably in the 0.5 ⁇ 4.0 MPa 1/2, more preferably comprised between 0.5 ⁇ 3.0 MPa 1/2.
- the “solubility parameter (SP value)” can be determined by Hansen's method. Hansen's method is one of methods for calculating an SP value well known in the art, and the SP value is expressed by a multidimensional vector composed of a dispersion term, a polar term, and a hydrogen bond term.
- SP value of the specific block of a block copolymer is taken as SP value of the repeating unit which comprises the specific block (in other words, homopolymer which consists only of a specific repeating unit).
- SP value of a polystyrene repeating unit is 20.8 MPa 1/2
- the SP value of a polymethyl methacrylate repeating unit is 20.5 MPa 1/2.
- the absolute value of the difference in SP value between blocks of a copolymer obtained by bonding two blocks of polystyrene and polymethyl methacrylate is 0.3 MPa 1/2 .
- the mass ratio of each block constituting the block copolymer is not particularly limited, but in the block copolymer constituted by two types of blocks, the ratio of the number average molecular weight of each block (block having a large SP value: SP
- the block having a small value is preferably 80:20 to 20:80, and more preferably 70:30 to 30:70.
- the block copolymer may be a commercially available product (from Polymer Source Co., Ltd.) or may be synthesized by a known method by radical polymerization or anionic polymerization.
- the weight average molecular weight (Mw) of the block copolymer used in the present invention is preferably 3,000 to 1,000,000, more preferably 10,000 to 800,000, and more preferably 20,000 to More preferably, it is 600,000.
- the number average molecular weight (Mn) of the block copolymer used in the present invention is preferably 3,000 to 1,000,000, more preferably 10,000 to 800,000, More preferably, it is 000 to 600,000.
- the block copolymer is arranged in the thickness direction, preferably each of the block copolymers. Phase separation can occur in each block layer. Furthermore, the crystal grain size of the organic semiconductor in the organic semiconductor layer can be increased. Therefore, the carrier mobility of the OTFT can be further improved.
- the dispersity (Mw / Mn) of the block copolymer used in the present invention is preferably 1.0 to 1.5, more preferably 1.0 or more and less than 1.2, and 1.0 to 1.1 is particularly preferable. From the viewpoint of easy formation of a phase separation structure, the dispersity is more preferably 1.10 or less, and further preferably 1.07 or less.
- Mw and Mn use, for example, HLC-8120 (manufactured by Tosoh Corporation) and TSK gel Multipore HXL-M (manufactured by Tosoh Corporation, 7.8 mm HD ⁇ 30.0 cm) as a column.
- HLC-8120 manufactured by Tosoh Corporation
- TSK gel Multipore HXL-M manufactured by Tosoh Corporation, 7.8 mm HD ⁇ 30.0 cm
- Mw and Mn are polystyrene conversion values.
- the block copolymer that is, monodisperse
- the block copolymer used in the present invention is preferably the following specific one.
- Examples of the preferable block copolymer include a block composed of a repeating unit having styrene or a styrene derivative as a monomer component, and a repeating unit having a (meth) acrylic acid ester or a (meth) acrylic acid ester derivative as a monomer component.
- (meth) acrylic acid Esters are monomers
- Body a block composed of a repeating unit containing vinylnaphthalene or a vinylnaphthalene derivative as a monomer component and a block consisting of a repeating unit containing a (meth) acrylate ester or a (meth) acrylate derivative as a monomer component And a block copolymer formed by bonding a block composed of an alkylene oxide and a block composed of a repeating unit containing a (meth) acrylic acid ester as a monomer component.
- the derivative is a monovalent group composed of a cycloalkyl group, a substituent T described later, and a silsesquioxane (POSS (registered trademark)) which R 1 of the general formula (I) described later can have.
- PES silsesquioxane
- the cycloalkyl group is synonymous with the cycloalkyl group represented by R 2 described later, and preferred ones are also the same.
- styrene derivative examples include 2-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-t-butylstyrene, 4-n-octylstyrene, 2,4,6-trimethylstyrene, 4-methoxystyrene.
- 4-t-butoxystyrene 4-hydroxystyrene, 4-nitrostyrene, 3-nitrostyrene, 4-chlorostyrene, 4-fluorostyrene, 4-acetoxyvinylstyrene, 4-vinylbenzyl chloride, 1-vinylnaphthalene, Examples include 4-vinylbiphenyl, 9-vinylanthracene and ⁇ -methylstyrene.
- Examples of the (meth) acrylic acid ester or (meth) acrylic acid ester derivative include (meth) acrylic acid alkyl ester, (meth) acrylic acid cycloalkyl ester, (meth) acrylic acid aryl ester, and (meth) acrylic acid hydroxy. Those selected from alkyl esters are preferred.
- the alkyl group of the (meth) acrylic acid alkyl ester is preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. This alkyl group may be linear, branched or cyclic.
- the hydroxyalkyl group of the (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester preferably has 1 to 10 carbon atoms.
- (meth) acrylic acid ester or derivatives thereof include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, and octyl (meth) acrylate.
- Examples include 3,4-epoxycyclohexylmethyl, 3- (trimethoxysilyl) propyl (meth) acrylate, and derivatives thereof.
- siloxane or siloxane derivative examples include dialkylsiloxane, alkylarylsiloxane, and diarylsiloxane.
- the number of carbon atoms of the alkyl group and aryl group is not particularly limited.
- the alkyl group is preferably 1 to 12, and the aryl group is preferably 6 to 20.
- Specific examples of the siloxane or siloxane derivative include dimethylsiloxane, diethylsiloxane, diphenylsiloxane, and methylphenylsiloxane.
- alkylene oxide examples include ethylene oxide, propylene oxide, isopropylene oxide, and butylene oxide.
- block copolymer used in the present invention include the following block copolymers. As described above, none of these block copolymers may have a substituent. As a result, uneven distribution of the organic semiconductor is promoted and promoted. In addition, the crystal grain size of the organic semiconductor increases.
- Styrene- (meth) acrylate block copolymer (the alkyl group of the alkyl (meth) acrylate preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and further preferably 1 to 4 carbon atoms).
- Styrene- (meth) acrylic acid block copolymer Styrene-dialkylsiloxane block copolymer (the alkyl group of the dialkylsiloxane has preferably 1 to 12, preferably 1 to 8, more preferably 1 to 4 carbon atoms), Styrene-alkylarylsiloxane block copolymer (the alkyl group of the alkylarylsiloxane preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and even more preferably 1 to 4 carbon atoms of the aryl group of the alkylarylsiloxane.
- the number is preferably 6 to 20, more preferably 6 to 15, further preferably 6 to 12, and further preferably a phenyl group).
- Styrene-diarylsiloxane block copolymer (the aryl group of the diarylsiloxane preferably has 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 15 carbon atoms, still more preferably 6 to 12 carbon atoms, and even more preferably a phenyl group).
- Styrene-POSS substituted alkyl (meth) acrylate block copolymer (the carbon number of the alkyl group of the POSS substituted alkyl (meth) acrylate is preferably 1 to 12, more preferably 1 to 8, and further preferably 1 to 4).
- (Meth) acrylic acid ester-POSS substituted alkyl (meth) acrylate block copolymer (the alkyl group of alkyl (meth) acrylate and POSS substituted alkyl (meth) acrylate preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms) 1 to 4 are more preferable, and Styrene-vinylpyridine block copolymer, Styrene-hydroxystyrene block copolymer, Styrene-ethylene oxide block copolymer, Vinyl naphthalene-alkyl (meth) acrylate block copolymer.
- the “POSS” (registered trademark) is silsesquioxane. That is, the block copolymer used in the present invention is preferably a copolymer having a silsesquioxane structure described in JP 2012-036078 A.
- the block copolymer used in the present invention preferably has a block composed of a repeating unit represented by the following general formula (I) and a block composed of a repeating unit represented by the following general formula (II). As a result, uneven distribution of the organic semiconductor is promoted and promoted.
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.
- R 1 may be bonded to a carbon atom adjacent to the carbon atom to which R 1 is bonded to be condensed with a benzene ring.
- R 1 is an alkyl group
- the carbon number thereof is preferably 1 to 12, more preferably 2 to 9, and further preferably 4 to 6.
- R 1 is an alkyl group
- an unsubstituted alkyl group is preferred.
- the alkyl group may be a straight chain or a branched structure.
- R 1 is an alkenyl group or an alkynyl group
- the carbon number thereof is preferably 2 to 12, more preferably 2 to 9, and further preferably 4 to 6.
- R 1 is a cycloalkyl group
- the carbon number thereof is preferably 3 to 12, more preferably 3 to 9, and further preferably 3 to 6.
- R 1 is a cycloalkyl group
- an unsubstituted cycloalkyl group is preferred.
- R 1 is an aryl group
- the carbon number thereof is preferably 6 to 12, more preferably 6 to 9.
- R 1 is an aryl group
- an unsubstituted aryl group is preferable.
- R 1 is an aralkyl group
- the carbon number thereof is preferably 7 to 12, and more preferably 7 to 9.
- R 1 is a benzene ring in the carbon atom adjacent to the carbon atom to which R 1 is attached (i.e., the carbon atoms located ortho to the carbon atom to which R 1 is bonded) formula in combination with (I)
- the ring structure containing R 1 that is condensed with the benzene ring in the general formula (I) is preferably a benzene ring (that is, the whole condensed ring structure is formed with a naphthalene ring). Is preferred).
- R 1 is preferably an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group, and is an alkyl group or an aryl group. Is more preferably an alkyl group, and particularly preferably a t-butyl group.
- R 11 described later is an alkyl group
- R 1 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group, more preferably a hydrogen atom.
- R 1 may have a substituent (referred to herein as substituent T). Although it does not specifically limit as substituent T, for example, the hetero atom containing group etc. which have a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, etc.), an aryl group, or a halogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom are mentioned.
- substituent T a substituent which have a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, etc.), an aryl group, or a halogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom are mentioned.
- heteroatom-containing group examples include an alkoxy group (preferably an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably ethoxy or methoxy), a hydroxyl group, a nitro group, and an acyl group (preferably An acyl group having 2 to 10 carbon atoms, more preferably 2 to 5 carbon atoms, more preferably 2 or 3 carbon atoms), an acyloxy group (preferably 2 to 10 carbon atoms, more preferably 2 to 5 carbon atoms, still more preferably Is an acyloxy group having 2 or 3 carbon atoms), an acylamino group (preferably an acylamino group having 2 to 10, more preferably 2 to 5, more preferably 2 or 3 carbon atoms), a sulfonylamino group, a dialkylamino group A group (preferably a dialkylamino group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms, still
- an arylthio group having 6 to 15 carbon atoms still more preferably phenylthio or naphthylthio
- an aralkylthio group preferably an aralkylthio group having 7 to 20 carbon atoms, more preferably an aralkylthio group having 7 to 15 carbon atoms
- thienylcarbonyloxy Group thienylmethylcarbonyloxy group
- heterocyclic residues such as pyrrolidone residues.
- the monovalent group which consists of POSS, and the oligooxyalkylene group whose repeating number v of the oxyalkylene unit is 2 or more are also mentioned.
- R 1 has the substituent T includes both the form in which a part of the plurality of R 1 in the repeating unit has the substituent T and the form in which all of the plurality of R 1 have the substituent T. .
- a plurality of R 1 may have different substituents T.
- the form having this substituent T and the fact that it may have a different substituent T also apply to those having a substituent T in addition to R 1 (for example, R 2 , R 3, etc.).
- R 11 represents a hydrogen atom or an alkyl group, preferably a hydrogen atom or a methyl group.
- R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group or a cycloalkyl group.
- R 2 is an alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, More preferably, it is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms) or a cycloalkyl group (preferably a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, more preferably a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms).
- R 2 is an alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, More preferably, it is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms) or a cycloalkyl group (preferably a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, more preferably a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms).
- R 2 is an alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, More
- R 2 may have a substituent T, but is preferably unsubstituted.
- R 3 represents an alkyl group or a cycloalkyl group.
- R 3 is an alkyl group
- the carbon number thereof is preferably 1 to 12, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 4, and still more preferably methyl or ethyl.
- R 3 is a cycloalkyl group
- the carbon number is preferably 3 to 12, more preferably 3 to 8.
- R 3 may have a substituent T.
- R 3 When R 3 has a substituent T, the substituent T is preferably a halogen atom or a hetero atom-containing group containing an oxygen atom or a sulfur atom (for example, an alkoxy group or an alkylthio group). .
- R 3 preferably has a halogen atom as a substituent, more preferably an alkyl group substituted with a halogen, and particularly preferably an alkyl group substituted with fluorine.
- the repeating unit represented by the general formula (II) is preferably one represented by the following general formula (II-2).
- the block composed of the repeating unit represented by the general formula (II) is a block composed of the repeating unit represented by any of the following general formulas (II-1), (II-2) or (II-3).
- the block is preferably a block composed of repeating units represented by the following general formula (II-2) or (II-3).
- R 2 has the same meaning as R 2 in the general formula (II), and the preferred form is also the same.
- R 7 represents an unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or an unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms.
- the carbon number thereof is preferably 1-8, and more preferably 1-4.
- R 7 is more preferably methyl or ethyl.
- R 7 is more preferably 4 to 10, and more preferably 5 to 8.
- R 7 is more preferably cyclohexyl.
- R 8 and R 9 represent a hydrogen atom or a fluorine atom. However, at least one of R 8 and R 9 bonded to the same carbon atom represents a fluorine atom. More preferably, both R 8 and R 9 are fluorine atoms.
- n3 represents 1 or 2, and preferably 1.
- n4 represents an integer of 1 to 8.
- n4 is more preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and still more preferably 1 or 2.
- R 4a and R 5a represent a hydrogen atom or methyl. From the viewpoint of further improving the phase separation between the block consisting of the repeating unit represented by the general formula (I) and the block consisting of the repeating unit represented by the general formula (II-3), R 4a and R 5a are: A hydrogen atom is preferred.
- R 10 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, or an aryl group.
- R 10 is an alkyl group
- the carbon number thereof is preferably 1 to 12, more preferably 1 to 8, and further preferably 1 to 4.
- R 10 is more preferably ethyl or methyl.
- R 10 is a cycloalkyl group
- the carbon number thereof is preferably 3 to 12, and more preferably 3 to 8.
- R 10 is a cycloalkyl group
- R 10 is more preferably cyclohexyl.
- R 10 is an aryl group, it is synonymous with the aryl group of R 1 in formula (I), and the preferred form is also the same.
- R 10 may have a substituent T.
- N1a represents an integer of 2 to 4.
- n2a represents an integer of 1 to 6.
- the block copolymer used in the present invention has a block composed of the repeating unit represented by the general formula (I) and a block composed of the repeating unit represented by the general formula (II), the block copolymer is used in the present invention.
- the block copolymer may have another repeating unit not represented by the above general formula (I) or (II), but the block comprising the repeating unit represented by the above general formula (I) and the above general unit A structure in which a block composed of repeating units represented by formula (II) is bonded is preferable.
- repeating unit represented by the general formula (I) are shown below, but the present invention is not limited thereto.
- SP value of the repeating unit represented by the above general formula (I) (SP value of a block composed of the repeating unit represented by the above general formula (I)) and SP of the repeating unit represented by the above general formula (II)
- the absolute value of the difference from the value (SP value of the block composed of repeating units represented by the general formula (II) above) is preferably 0.5 to 4.0 (MPa 1/2 ).
- the absolute value of the difference between the solubility parameter (SP value) of the repeating unit represented by the general formula (I) and the solubility parameter (SP value) of the repeating unit represented by the general formula (II) is from the viewpoint of phase separation. 0.5 to 3.5 (MPa 1/2 ) is preferable, and 0.5 to 3.0 (MPa 1/2 ) is more preferable.
- the ratio of repeating units (a, b) is a mass ratio.
- Me represents methyl
- Bu represents butyl
- Ph represents phenyl.
- ⁇ SP represents the absolute value of the difference in SP value between blocks in each repeating unit.
- the unit of ⁇ SP is MPa 1/2 .
- weight average molecular weight (Mw, standard polystyrene conversion), number average molecular weight (Mn, standard polystyrene conversion) and dispersity (Mw / Mn) are gel permeation chromatography (GPC, manufactured by Tosoh Corporation). HLC-8120; Tskel Multipore HXL-M). Further, the ratio (a, b) of each block copolymer is a value calculated by 1 H-NMR or 13 C-NMR using an NMR measuring apparatus (Bruker Biospin, Inc .; AVANCE III400 type).
- the substrate may be any substrate as long as it can support the OTFT and the display panel produced thereon.
- the substrate is not particularly limited as long as the surface is insulative, has a sheet shape, and has a flat surface.
- An inorganic material may be used as the material for the substrate.
- a substrate made of an inorganic material for example, various glass substrates such as soda lime glass and quartz glass, various glass substrates with an insulating film formed on the surface, a quartz substrate with an insulating film formed on the surface, and an insulating film on the surface Examples thereof include a silicon substrate, a sapphire substrate, a metal substrate made of various alloys such as stainless steel, aluminum, nickel, and various metals, metal foil, and paper.
- a conductive or semiconducting material such as stainless steel sheet, aluminum foil, copper foil or silicon wafer, an insulating polymer material or metal oxide is usually applied or laminated on the surface. Used.
- an organic material may be used as the material of the substrate.
- polymethyl methacrylate polymethyl methacrylate, PMMA
- polyvinyl alcohol PVA
- polyvinyl phenol PVP
- polyethersulfone PES
- polyimide polyamide
- polyacetal polycarbonate
- PC polyethylene terephthalate
- flexible plastic substrate also referred to as a plastic film or a plastic sheet
- an organic polymer exemplified by polyethylene naphthalate (PEN), polyethyl ether ketone, polyolefin, and polycycloolefin.
- PEN polyethylene naphthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- polyethyl ether ketone polyolefin
- polycycloolefin polycycloolefin.
- the thing formed with the mica can also be mentioned. If such a flexible plastic substrate or the like is used, it is possible to incorporate or integrate the OTFT into, for example, a curved display
- the glass transition point is preferably high and the glass transition point is preferably 40 ° C. or higher.
- the coefficient of linear expansion is small from the viewpoint that the dimensional change is hardly caused by the heat treatment at the time of manufacture and the transistor performance is stable.
- a material having a linear expansion coefficient of 25 ⁇ 10 ⁇ 5 cm / cm ⁇ ° C. or less is preferable, and a material having a coefficient of 10 ⁇ 10 ⁇ 5 cm / cm ⁇ ° C. or less is more preferable.
- the organic material constituting the substrate is preferably a material having resistance to a solvent used at the time of manufacturing the OTFT, and a material having excellent adhesion to the gate insulating layer and the electrode is preferable.
- a plastic substrate made of an organic polymer having a high gas barrier property. It is also preferable to provide a dense silicon oxide film or the like on at least one surface of the substrate, or to deposit or laminate an inorganic material.
- a conductive substrate (a substrate made of a metal such as gold or aluminum, a substrate made of highly oriented graphite, a stainless steel substrate, etc.) can also be mentioned.
- a functional layer such as a buffer layer for improving adhesion and flatness, a barrier film for improving gas barrier properties, and a surface treatment layer such as an easy adhesion layer may be formed on the surface. Further, surface treatment such as corona treatment, plasma treatment, UV / ozone treatment may be performed.
- the thickness of the substrate is preferably 10 mm or less, more preferably 2 mm or less, and particularly preferably 1 mm or less. On the other hand, it is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.05 mm or more. In particular, in the case of a plastic substrate, the thickness is preferably about 0.05 to 0.1 mm. In the case of a substrate made of an inorganic material, the thickness is preferably about 0.1 to 10 mm.
- a conductive material (also referred to as an electrode material) constituting the gate electrode is not particularly limited.
- metals such as platinum, gold, silver, aluminum, chromium, nickel, copper, molybdenum, titanium, magnesium, calcium, barium, sodium, palladium, iron, manganese; InO 2 , SnO 2 , indium-tin oxide (ITO ), Conductive metal oxides such as fluorine-doped tin oxide (FTO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), and gallium-doped zinc oxide (GZO); polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly (3,4-ethylenedioxy) Conductive polymers such as thiophene) / polystyrene sulfonic acid (PEDOT / PSS); acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, sulfonic acid (PEDOT / PSS); acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, sulfonic acid
- the method of forming the gate electrode there is no limitation on the method of forming the gate electrode.
- films formed by physical vapor deposition (PVD) such as vacuum vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), sputtering, printing (coating), transfer, sol-gel, plating, etc. And patterning to a desired shape.
- PVD physical vapor deposition
- CVD chemical vapor deposition
- sputtering sputtering
- printing coating
- transfer sol-gel
- sol-gel plating
- a desired shape a solution, paste, or dispersion of the above material can be prepared and applied, and a film can be formed or an electrode can be directly formed by drying, baking, photocuring, aging, or the like.
- patterning can be performed in combination with the following photolithography method or the like.
- Examples of the photolithography method include a method in which a patterning of a photoresist is combined with etching such as wet etching with an etchant or dry etching with reactive plasma, a lift-off method, or the like.
- etching such as wet etching with an etchant or dry etching with reactive plasma, a lift-off method, or the like.
- a method of irradiating the material with an energy beam such as a laser or an electron beam to polish the material or changing the conductivity of the material may be used.
- substrate is also mentioned.
- the thickness of the gate electrode is arbitrary, but is preferably 1 nm or more, particularly preferably 10 nm or more. Moreover, 500 nm or less is preferable and 200 nm or less is especially preferable.
- the underlayer is formed by the above-mentioned underlayer polymer A and underlayer polymer B. These underlayer polymers are as described above. The preferred ranges of the weight average molecular weight and the number average molecular weight of the underlayer polymer A and the underlayer polymer B are the same as the weight average molecular weight and the number average molecular weight of the block copolymer.
- the thickness of the underlayer is not particularly limited, but is preferably 5 to 2000 nm, for example, and more preferably 10 to 1000 nm. Examples of the method for forming the underlayer include a method of applying the underlayer polymer A or the underlayer polymer B.
- the coating method is not particularly limited, and includes the above printing methods.
- the gate insulating layer is not particularly limited as long as it is an insulating layer, and may be a single layer or a multilayer.
- the gate insulating layer is preferably formed of an insulating material, and preferable examples of the insulating material include organic polymers and inorganic oxides.
- the organic polymer and the inorganic oxide are not particularly limited as long as they have insulating properties, and those that can form a thin film, for example, a thin film having a thickness of 1 ⁇ m or less are preferable.
- Each of the organic polymer and the inorganic oxide may be used alone or in combination of two or more, or the organic polymer and the inorganic oxide may be used in combination.
- polyvinyl phenol polystyrene (PS), poly (meth) acrylate represented by polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride (PVC), polyfluorination Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), cyclic fluoroalkyl polymers represented by CYTOP (registered trademark), polycycloolefin, polyester, polyethersulfone, polyetherketone, polyimide, epoxy resin, polydimethylsiloxane ( Polyorganosiloxane represented by PDMS), polysilsesquioxane, butadiene rubber and the like.
- PS polyvinyl phenol, polystyrene (PS), poly (meth) acrylate represented by polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride (PVC), polyfluorination Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), cyclic fluoroal
- thermosetting resins such as phenol resin, novolac resin, cinnamate resin, acrylic resin, and polyparaxylylene resin are also included.
- the organic polymer can be used in combination with a compound having a reactive substituent such as an alkoxysilyl group, a vinyl group, an acryloyloxy group, an epoxy group, or a methylol group.
- the gate insulating layer is formed of an organic polymer
- Crosslinking is preferably performed by generating an acid or radical using light, heat or both.
- radical generator that generates radicals by light or heat
- thermal polymerization initiators (H1) described in [0182] to [0186] of JP2013-214649A and photopolymerization initiation Agent (H2) photo radical generators described in JP-A-2011-186069, [0046] to [0051], photo-radical polymerization initiation described in JP-A 2010-285518, [0042] to [0056]
- An agent or the like can be suitably used, and the contents thereof are preferably incorporated in the present specification.
- “Number average molecular weight (Mn) is 140 to 5,000, described in JP2013-214649A [0167] to [0177], has a crosslinkable functional group, and does not have a fluorine atom. It is also preferred to use "compound (G)", the contents of which are preferably incorporated herein.
- a photoacid generator that generates an acid by light
- a photocationic polymerization initiator described in [0033] to [0034] of JP2010-285518A, JP2012-163946A
- the acid generators described in [0120] to [0136] of the publication, particularly sulfonium salts, iodonium salts, and the like can be preferably used, and the contents thereof are preferably incorporated herein.
- thermal acid generator that generates an acid by heat
- thermal cationic polymerization initiators described in JP-A 2010-285518, [0035] to [0038], particularly onium salts, and JP-A 2005
- the catalysts described in [0034] to [0035] of Japanese Patent No. 354012 can be preferably used, particularly sulfonic acids and sulfonic acid amine salts, and the contents thereof are preferably incorporated herein.
- crosslinking agents described in JP-A-2005-354012 [0032] to [0033] particularly bifunctional or higher epoxy compounds, oxetane compounds, JP-A 2006-303465, [0046] to [0062].
- crosslinking agent described above in particular, a compound having two or more crosslinking groups, and at least one of the crosslinking groups is a methylol group or an NH group, and JP-A No. 2012-163946, [0137] It is also preferable to use the compound described in [0145] having two or more hydroxymethyl groups or alkoxymethyl groups in the molecule, the contents of which are preferably incorporated herein.
- the organic polymer for forming the gate insulating layer the above-described block copolymer is used, or the gate insulating layer that also serves as the base layer by the base layer polymer A and the base layer polymer B is formed. You can do it.
- the organic polymer and the inorganic oxide may be used alone or in combination of two or more, or the organic polymer and the inorganic oxide may be used in combination.
- Examples of a method for forming the gate insulating layer with an organic polymer include a method of coating and curing an organic polymer.
- the coating method is not particularly limited, and includes the above printing methods. Of these, a wet coating method such as a micro gravure coating method, a dip coating method, a screen coating printing, a die coating method or a spin coating method is preferable.
- the inorganic oxide is not particularly limited.
- silicon oxide in addition to silicon oxide (SiO X ), BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass), PSG (Phosphorus Silicon Glass), BSG (Boron Silicon Glass), AsSG (As-doped silica glass) , PbSG (Lead Silicon Glass), silicon oxynitride (SiON), SOG (spin-on-glass), low dielectric constant SiO 2 based materials (for example, polyaryl ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene) Fluoroethylene, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, organic SOG).
- SiO 2 based materials for example, polyaryl ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene
- a vacuum film formation method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, or the like can be used.
- Assist may be performed with the plasma, ion gun, radical gun, or the like used.
- precursors corresponding to the respective metal oxides specifically metal halides such as chlorides and bromides, metal alkoxides, metal hydroxides, and the like, such as acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid in alcohol and water, You may form by making it react with bases, such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and hydrolyzing. When such a solution process is used, the above wet coating method can be used.
- the gate insulating layer can also be provided by a method that combines any one of the lift-off method, the sol-gel method, the electrodeposition method, and the shadow mask method, and, if necessary, the patterning method.
- the gate insulating layer may be subjected to surface treatment such as corona treatment, plasma treatment, UV / ozone treatment, etc. In this case, it is preferable that the surface roughness due to the treatment is not roughened.
- the arithmetic mean roughness of the surface of the gate insulating layer Ra or root mean square roughness R MS is 0.5nm or less.
- a self-assembled monolayer may be formed on the gate insulating layer.
- the compound that forms the self-assembled monolayer is not particularly limited as long as it is a compound that self-assembles.
- one or more compounds represented by the following formula 1S are used as the compound that self-assembles. be able to.
- R 1S represents any of an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, or a heterocyclic group (thienyl, pyrrolyl, pyridyl, fluorenyl, etc.).
- X S represents an adsorptive or reactive substituent, specifically, —SiX 4 X 5 X 6 group (X 4 represents a halide group or an alkoxy group, and X 5 and X 6 are each independently a halide group.
- X 4 , X 5 , and X 6 are preferably the same, more preferably a chloro group, a methoxy group, and an ethoxy group, and a phosphonic acid group (— PO 3 H 2 ), phosphinic acid group (—PRO 2 H, R is an alkyl group), phosphoric acid group, phosphorous acid group, amino group, halide group, carboxy group, sulfonic acid group, boric acid group (—B ( OH) 2 ), a hydroxy group, a thiol group, an ethynyl group, a vinyl group, a nitro group, or a cyano group.
- R 1S is preferably not branched, for example, a linear normal alkyl (n-alkyl) group, a ter-phenyl group in which three phenyl groups are arranged in series, or a para-position of the phenyl group.
- n-alkyl groups are arranged on both sides.
- the alkyl chain may have an ether bond, and may have a carbon-carbon double bond or a triple bond.
- Self-assembled monolayer layer, adsorptive or reactive substituent X S is, interacting with the reactive sites (e.g., -OH groups) of the corresponding surface of the gate insulating layer, by forming the adsorption or reaction bonded Formed on the gate insulating layer.
- the reactive sites e.g., -OH groups
- the surface of the self-assembled monolayer provides a smoother surface with a lower surface energy. Therefore, the main skeleton of the compound represented by the above formula 1S is linear. It is preferable that the molecular length is uniform.
- specific examples of the compound represented by Formula 1S include alkyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, butyltrichlorosilane, octyltrichlorosilane, decyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, phenethyltrichlorosilane, and the like.
- Alkyltrialkoxysilane compounds such as chlorosilane compounds, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, butyltrimethoxysilane, octyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, octadecyltrimethoxysilane, alkylphosphonic acid, arylphosphonic acid, alkylcarboxylic Examples include acids, arylphosphonic acids, alkylboric acid groups, arylboric acid groups, alkylthiol groups, and arylthiol groups.
- the self-assembled monolayer may be formed using a method in which the above compound is deposited on the gate insulating layer under vacuum, a method in which the gate insulating layer is immersed in a solution of the above compound, a Langmuir-Blodgett method, or the like. it can. Further, for example, the gate insulating layer can be formed by treating the alkyl chlorosilane compound or the alkylalkoxysilane compound with a solution of 1 to 10% by mass in an organic solvent. In the present invention, the method for forming the self-assembled monolayer is not limited to these. For example, as a preferable method for obtaining a denser self-assembled monolayer, Langmuir 19, 1159 (2003) and J. Org. Phys. Chem. B 110, 21101 (2006) etc. are mentioned.
- the gate insulating layer is immersed in a highly volatile dehydrating solvent in which the above compound is dispersed to form a film, the gate insulating layer is taken out, and if necessary, the above compound such as annealing and the gate insulating layer
- the film can be washed with a dehydrated solvent and then dried to form a self-assembled monolayer.
- a dehydrating solvent For example, chloroform, a trichloroethylene, anisole, diethyl ether, hexane, toluene etc. can be used individually or in mixture.
- an inert gas such as nitrogen as the dry gas.
- the organic semiconductor layer is a layer that exhibits semiconductor properties and can accumulate carriers.
- the organic semiconductor layer may be a layer containing the organic semiconductor and the block copolymer, and preferably, as described above, the organic semiconductor and the block copolymer are unevenly distributed in the thickness direction of the organic semiconductor layer. is doing. It does not specifically limit as an organic semiconductor, An organic polymer, its derivative (s), a low molecular weight compound, etc. are mentioned.
- the low molecular compound means a compound other than the organic polymer and its derivative. That is, it refers to a compound having no repeating unit. As long as the low molecular weight compound is such a compound, the molecular weight is not particularly limited.
- the molecular weight of the low molecular weight compound is preferably 300 to 2000, more preferably 400 to 1000.
- Examples of the low molecular weight compound include condensed polycyclic aromatic compounds.
- acene such as naphthacene, pentacene (2,3,6,7-dibenzoanthracene), hexacene, heptacene, dibenzopentacene, tetrabenzopentacene, anthradithiophene, pyrene, benzopyrene, dibenzopyrene, chrysene, perylene, coronene, terylene , Ovalene, quaterrylene, circumanthracene, and derivatives obtained by substituting a part of these carbon atoms with atoms such as N, S, O, etc., or at least one hydrogen atom bonded to the carbon atom is a functional group such as a carbonyl group Derivatives substituted with a group (dioxaanthanthrene compounds including perixanthenoxanthene and derivatives thereof, triphenodio
- metal phthalocyanines represented by copper phthalocyanine, tetrathiapentalene and derivatives thereof, naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (4-trifluoromethylbenzyl) naphthalene— 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (1H, 1H-perfluorooctyl), N, N′-bis (1H, 1H-perfluorobutyl), N, N′-dioctylnaphthalene -1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide derivatives, naphthalene tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid diimide, anthracene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid Condensed ring tetracarboxylic acid di
- Further examples include polyanthracene, triphenylene, and quinacridone.
- low molecular weight compound examples include 4,4′-biphenyldithiol (BPDT), 4,4′-diisocyanobiphenyl, 4,4′-diisocyano-p-terphenyl, 2,5-bis (5 '-Thioacetyl-2'-thiophenyl) thiophene, 2,5-bis (5'-thioacetoxyl-2'-thiophenyl) thiophene, 4,4'-diisocyanophenyl, benzidine (biphenyl-4,4'- Diamine), TCNQ (tetracyanoquinodimethane), tetrathiafulvalene (TTF) and its derivatives, tetrathiafulvalene (TTF) -TCNQ complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTF-iodine complex , A charge transfer complex represented by TCNQ-iod
- the organic semiconductor is preferably a low-molecular compound because it tends to be unevenly distributed with the block copolymer, and among them, a condensed polycyclic aromatic compound is preferable.
- a condensed polycyclic aromatic compound is preferable.
- the condensed polycyclic aromatic compound is used in combination with a block copolymer, the effect of improving carrier mobility and durability is high, and further, an excellent effect of reducing the threshold voltage is also exhibited.
- the condensed polycyclic aromatic compound is preferably an acene represented by any one of formulas (A1) to (A4) and a compound represented by any one of the following general formulas (C) to (T).
- a compound represented by any one of the following general formulas (C) to (T) is more preferable because it tends to be unevenly distributed with the polymer.
- a preferable acene as the condensed polycyclic aromatic compound is represented by the following formula (A1) or (A2).
- R A1 to R A6 , X A1 and X A2 represent a hydrogen atom or a substituent.
- Z A1 and Z A2 represent S, O, Se, or Te.
- nA1 and nA2 represent an integer of 0 to 3. However, nA1 and nA2 are not 0 at the same time.
- R A1 to R A6 , X A1 and X A2 are not particularly limited, but are alkyl groups (eg, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, tert-butyl, pentyl, tert-pentyl, hexyl).
- R A7 , R A8 , X A1 and X A2 represent a hydrogen atom or a substituent.
- R A7 , R A8 , X A1 and X A2 may be the same or different.
- the substituents represented by R A7 and R A8 are preferably those listed above as substituents that can be employed as R A1 to R A6 in formulas (A1) and (A2).
- Z A1 and Z A2 represent S, O, Se, or Te.
- nA1 and nA2 represent an integer of 0 to 3. However, nA1 and nA2 are not 0 simultaneously.
- R A7 and R A8 are preferably those represented by the following formula (SG1).
- R A9 to R A11 represent substituents.
- X A represents Si, Ge or Sn.
- the substituents represented by R A9 to R A11 are preferably those listed above as substituents that can be employed as R A1 to R A6 in formulas (A1) and (A2).
- acene or acene derivative represented by formulas (A1) to (A4) are shown below, but are not limited thereto.
- a C1 and A C2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
- both A C1 and A C2 represent an oxygen atom and a sulfur atom, more preferably a sulfur atom.
- R C1 to R C6 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R C1 to R C6 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X D1 and X D2 represent NR D9 , an oxygen atom or a sulfur atom.
- a D1 represents CR D7 or a nitrogen atom
- a D2 represents CR D8 or a nitrogen atom
- R D9 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group or an acyl group.
- R D1 to R D8 represent a hydrogen atom or a substituent
- at least one of R D1 to R D8 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X E1 and X E2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or NR E7 .
- a E1 and A E2 represent CR E8 or a nitrogen atom.
- R E1 to R E8 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R E1 to R E8 is a substituent represented by the following general formula (W).
- XF1 and XF2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom.
- X F1 and X F2 preferably represent an oxygen atom or a sulfur atom, and more preferably represent a sulfur atom.
- R F1 to R F10 , R Fa and R Fb represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R F1 to R F10 , R Fa and R Fb is a substituent represented by the general formula (W).
- p and q each represents an integer of 0-2.
- X G1 and X G2 represent NR G9 , an oxygen atom, or a sulfur atom.
- a G1 represents CR G7 or a nitrogen atom.
- a G2 represents CR G8 or a nitrogen atom.
- R G9 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an acyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
- R G1 to R G8 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R G1 to R G8 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X H1 to X H4 represent NR H7 , an oxygen atom or a sulfur atom.
- X H1 to X H4 preferably represent a sulfur atom.
- R H7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an acyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
- R H1 to R H6 each represents a hydrogen atom or a substituent. At least one of R H1 to R H6 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X J1 and X J2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR J9 .
- X J3 and X J4 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
- X J1 , X J2 , X J3 and X J4 preferably represent a sulfur atom.
- R J1 to R J9 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R J1 to R J9 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X K1 and X K2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR K9 .
- X K3 and X K4 represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
- X K1 , X K2 , X K3 and X K4 preferably represent a sulfur atom.
- R K1 to R K9 represent a hydrogen atom or a substituent.
- At least one of R K1 to R K9 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X L1 and X L2 represent an oxygen atom, a sulfur atom or NR L11 .
- X L1 and X L2 preferably represent an oxygen atom or a sulfur atom.
- R L1 to R L11 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R L1 to R L11 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X M1 and X M2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR M9 .
- X M1 and X M2 preferably represent a sulfur atom.
- R M1 to R M9 represent a hydrogen atom or a substituent.
- At least one of R M1 to R M9 is a substituent represented by the following general formula (W).
- XN1 and XN2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NRN13 .
- X N1 and X N2 preferably represent a sulfur atom.
- R N1 to R N13 each represent a hydrogen atom or a substituent.
- At least one of R N1 to R N13 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X P1 and X P2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NRP13 .
- X P1 and X P2 preferably represent a sulfur atom.
- R P1 to R P13 each represents a hydrogen atom or a substituent.
- At least one of R P1 to R P13 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X Q1 and X Q2 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR Q13 .
- X Q1 and X Q2 preferably represent a sulfur atom.
- R Q1 to R Q13 each represents a hydrogen atom or a substituent.
- At least one of R Q1 to R Q13 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X R1 , X R2 and X R3 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR R9 .
- X R1 , X R2 and X R3 preferably represent a sulfur atom.
- R R1 to R R9 represent a hydrogen atom or a substituent.
- At least one of R R1 to R R9 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X S1 , X S2 , X S3 and X S4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR S7 .
- X S1 , X S2 , X S3 and X S4 preferably represent a sulfur atom.
- R S1 to R S7 represent a hydrogen atom or a substituent. At least one of R S1 to R S7 is a substituent represented by the following general formula (W).
- X T1 , X T2 , X T3 , and X T4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or NR T7 .
- X T1 , X T2 , X T3 and X T4 preferably represent a sulfur atom.
- R T1 to R T7 each represents a hydrogen atom or a substituent. At least one of R T1 to R T7 is a substituent represented by the following general formula (W).
- Substituents R C to R T can be a halogen atom, an alkyl group (methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl Alkyl groups having 1 to 40 carbon atoms such as 2,6-dimethyloctyl, 2-decyltetradecyl, 2-hexyldecyl, 2-ethyloctyl, 2-decyltetradecyl, 2-butyldecyl, 1-octylnonyl , 2-ethyloctyl, 2-octyltetradecyl, 2-ethylhexyl, cycloalkyl, bicycloalkyl, tricycloalkyl, etc.),
- the substituents that the substituents R C to R T can take include an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an alkylthio group, and a general formula (W) described later.
- the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, acyl group, and aryl group of R D9 , R G9, and R H7 are the alkyl groups and alkenyl groups described above for the substituents that R C to R T can take.
- the heteroaryl group has the same meaning as the heteroaryl group described for the substituents of R A1 to R A6 .
- L is a divalent linking group represented by any one of the following general formulas (L-1) to (L-25) or 2 or more (preferably 2 to 10, more preferably 2).
- R W is a substituted or unsubstituted alkyl group, a cyano group, a vinyl group, an ethynyl group, an oxyethylene group, repetition number v of oxyethylene units is more than one oligo oxyethylene group, a siloxane group, the number of silicon atoms is more than one It represents an oligosiloxane group or a substituted or unsubstituted trialkylsilyl group.
- the wavy line represents the bonding position with any ring forming each skeleton represented by the general formulas (C) to (T).
- L represents a divalent linking group in which two or more divalent linking groups represented by any of the general formulas (L-1) to (L-25) are bonded
- the moiety is a bonding position with any ring forming each skeleton represented by the general formulas (C) to (T) and a divalent group represented by the general formulas (L-1) to (L-25).
- R LZ in the general formulas (L-1), (L-2), (L-6) and (L-13) to (L-24) each independently represents a hydrogen atom or a substituent
- the general formula (L -1) and (L-2) R LZ may form a condensed ring by combining with R W adjacent L respectively in.
- R N represents a hydrogen atom or a substituent
- R si each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group.
- the divalent linking groups represented by the general formulas (L-17) to (L-21), (L-23) and (L-24) are represented by the following general formulas (L-17A) to (L It is more preferably a divalent linking group represented by -21A), (L-23A) and (L-24A).
- a substituted or unsubstituted alkyl group an oxyethylene group, an oligooxyethylene group having a repeating number v of 2 or more, a siloxane group, an oligosiloxane group having 2 or more silicon atoms, or a substituted or unsubstituted group. If a trialkylsilyl group substitutions present on the end of the substituent of the general formula (W) -R W alone and can also be interpreted in, be interpreted as -L-R W in the general formula (W) it can.
- two (2) R LZ is a hydrogen atom (L-1) and n-heptyl having 7 carbon atoms.
- the substituent represented by the general formula (W) is an alkoxy group having 8 carbon atoms
- one linking group represented by the general formula (L-4) which is —O— and two R This is interpreted as a substituent in which one linking group represented by (L-1), in which LZ is a hydrogen atom, and an n-heptyl group having 7 carbon atoms are bonded.
- an oxyethylene group an oligooxyethylene group having a repeating number v of 2 or more, a siloxane group, an oligosiloxane group having 2 or more silicon atoms, or a substituted or unsubstituted trialkylsilyl group. If a group is present at the end of the substituents on including a linking group as possible from the end of the substituent, it is interpreted as R W alone in the general formula (W).
- the substituent R LZ in the general formulas (L-1), (L-2), (L-6) and (L-13) to (L-24) is represented by the general formulas (C) to (T). It may be mentioned those exemplified as the substituents of the substituents R C ⁇ R T can be taken.
- substituents R LZ of the general formula (L-6) in among them is an alkyl group, if (L-6) in the R LZ is an alkyl group, number of carbon atoms in the alkyl group 1-9 It is preferably 4 to 9, more preferably 5 to 9, and more preferably 5 to 9 from the viewpoints of chemical stability and carrier transportability.
- R LZ in (L-6) is an alkyl group
- the alkyl group is preferably a linear alkyl group from the viewpoint of increasing carrier mobility.
- the R N may be mentioned those exemplified as the substituents which may take the substituents R C ⁇ R T. Among them a hydrogen atom or a methyl group is preferable as also R N.
- R si is preferably an alkyl group. There are no particular limitations on the alkyl group R si can take, the preferred range of the alkyl group R si can take is the same as the preferred ranges of the alkyl group can take silyl group when R W is a silyl group.
- the alkenyl group that R si can take is not particularly limited, but is preferably a substituted or unsubstituted alkenyl group, more preferably a branched alkenyl group, and the alkenyl group preferably has 2 to 3 carbon atoms.
- the alkynyl group that R si can take is not particularly limited, but is preferably a substituted or unsubstituted alkynyl group, more preferably a branched alkynyl group, and the alkynyl group preferably has 2 to 3 carbon atoms. .
- L is a divalent linking group represented by any one of the general formulas (L-1) to (L-5), (L-13), (L-17) or (L-18), or A divalent linkage in which two or more divalent linking groups represented by any one of (L-1) to (L-5), (L-13), (L-17) or (L-18) are bonded.
- divalent divalent linking group represented by the linking group and formula (L-1) of that is a divalent linking group attached is particularly preferred.
- There divalent linking group bonded is preferably a divalent linking group represented by formula (L-1) binds to R W side.
- a divalent linking group including a divalent linking group represented by the general formula (L-1) is particularly preferred, represented by the general formula (L-1).
- L is a divalent linking group represented by the general formulas (L-18) and (L-1), and (L-1) bonded to R W, more particularly preferably more that R W is a substituted or unsubstituted alkyl group, a divalent linking group L is represented by the general formula (L-18A) and (L-1) Yes, (L-1) via bonded to R W, it is even more particularly preferred R W is a substituted or unsubstituted alkyl group.
- R W may be a substituted or unsubstituted alkyl group.
- R W represents a substituted or unsubstituted alkyl group, an oxyethylene group, It is preferably an oligooxyethylene group having 2 or more repeating oxyethylene units, a siloxane group, or an oligosiloxane group having 2 or more silicon atoms, more preferably a substituted or unsubstituted alkyl group.
- R W when L adjacent to R W is a divalent linking group represented by formula (L-2) and (L-4) ⁇ (L -25) is, R W is It is more preferably a substituted or unsubstituted alkyl group.
- R W when L adjacent to R W is a divalent linking group represented by the general formula (L-3) is, R W represents a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted The silyl group is preferable.
- R W is a substituted or unsubstituted alkyl group, it preferably has a carbon number of 4-17, it is chemically stable is 6 to 14, more preferably from the viewpoint of carrier transportability, 6-12 More preferably it is.
- R W are long-chain alkyl group having the above-mentioned range, and particularly a straight-chain alkyl group of chain increases the linearity of the molecule, from the viewpoint of capable of enhancing the carrier mobility. If R W represents an alkyl group, a straight-chain alkyl group, even branched alkyl group, it may be a cyclic alkyl group, a straight-chain alkyl groups, increases the linearity of the molecules, to increase the carrier mobility It is preferable from the viewpoint that can be achieved.
- a divalent linking group L in formula (C) ⁇ (T) is represented by formula (L-1), and either an alkyl group R W is 1-4 carbon atoms, straight-chain 17; or, L is the general formula (L-3), any one Tsudehyo of (L-13) or (L-18) a divalent divalent divalent linking group linking group is attached, which is represented by the linking group and formula (L-1) that are, and that R W is a straight chain alkyl group, This is preferable from the viewpoint of increasing carrier mobility.
- L is a divalent linking group represented by formula (L-1), and, if R W is an alkyl group having a carbon number of 4 to 17 linear, carbon atoms R W is a linear 6 From the viewpoint of increasing carrier mobility, a linear alkyl group having 6 to 12 carbon atoms is particularly preferable.
- L is a divalent linking group represented by any one of general formulas (L-3), (L-13) or (L-18) and a divalent linking group represented by general formula (L-1).
- a divalent linking group of the linking group is bonded, and, if R W is a straight chain alkyl group, more preferably R W is an alkyl group having a carbon number of 4 to 17 linear, straight-chain
- the alkyl group having 6 to 14 carbon atoms is more preferable from the viewpoints of chemical stability and carrier transport properties, and the straight chain alkyl group having 6 to 12 carbon atoms is particularly preferable from the viewpoint of increasing carrier mobility. preferable.
- R W is a branched alkyl group.
- R W is an alkyl group having a substituent
- a fluorine atom is preferred. It is also possible if R W is an alkyl group having a fluorine atom is substituted at all the hydrogen atoms of the alkyl group fluorine atom to form a perfluoroalkyl group. However, it is preferred that R W is an unsubstituted alkyl group.
- R W is ethylene group or an oligo ethylene group, and represented by R W "oligooxyethylene group" herein, - (OCH 2 CH 2) v refers to the group represented by OY (
- the repeating number v of the oxyethylene unit represents an integer of 2 or more, and Y at the terminal represents a hydrogen atom or a substituent.
- Y at the terminal of the oligooxyethylene group is a hydrogen atom, it becomes a hydroxy group.
- the number of repeating oxyethylene units v is preferably 2 to 4, and more preferably 2 to 3.
- the terminal hydroxy group of the oligooxyethylene group is preferably sealed, that is, Y represents a substituent.
- the hydroxy group is preferably sealed with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, that is, Y is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and Y is a methyl group or an ethyl group. Is more preferable, and a methyl group is particularly preferable.
- R W is, for siloxane group or an oligosiloxane groups, the number of repetitions of the siloxane units is preferably from 2 to 4, more preferably 2-3. Further, it is preferable that a hydrogen atom or an alkyl group is bonded to the Si atom. When an alkyl group is bonded to the Si atom, the alkyl group preferably has 1 to 3 carbon atoms, and for example, a methyl group or an ethyl group is preferably bonded. The same alkyl group may be bonded to the Si atom, or different alkyl groups or hydrogen atoms may be bonded thereto. Moreover, although all the siloxane units which comprise an oligosiloxane group may be the same or different, it is preferable that all are the same.
- R W is a substituted or unsubstituted silyl group. If R W is a substituted or unsubstituted silyl group Among them, it is preferred that R W is a substituted silyl group. Although there is no restriction
- R W is a trialkylsilyl group
- the carbon number of the alkyl group bonded to the Si atom is 1-3, for example, it is preferable to bind a methyl group or an ethyl group or an isopropyl group.
- the same alkyl group may be bonded to the Si atom, or different alkyl groups may be bonded thereto.
- the substituent when R W is a trialkylsilyl group having a substituent on the alkyl group is not particularly limited.
- the total number of carbon atoms contained in L and R W is 5 to 18. If the total number of carbon atoms contained in L and R W is at least the lower limit within the above range, the carrier mobility is high, lower the driving voltage. If the total number of carbon atoms contained in L and R W is not more than the upper limit of the above range, solubility in an organic solvent is increased. Preferably the total number of carbon atoms contained in L and R W is 5 to 14, more preferably 6 to 14, particularly preferably from 6 to 12, in particular more to be 8-12 preferable.
- the number of the groups represented by the general formula (W) is 1 to 4, and the carrier mobility is It is preferable from the viewpoint of increasing the solubility in an organic solvent, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 2.
- the position of the group represented by the general formula (W) is not particularly limited.
- any one of R C1 , R C2 , R C3 and R C6 is preferably a group represented by the general formula (W), and R C1 and R C2 It is more preferable that both or both R C3 and R C6 are groups represented by the general formula (W).
- R D6 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R D5 and R D6 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
- R E6 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R E5 and R E6 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group. Further, when R E5 and R E6 are substituents other than the group represented by the general formula (W), it is also preferable that two R E7 are groups represented by the general formula (W).
- R F2 , R F3 , R F8 and R F9 is a substituent represented by the general formula (W).
- R G5 or R G6 is a group represented by the general formula (W) from the viewpoint of increasing carrier mobility and increasing solubility in an organic solvent. preferable.
- R H4 or R H6 is preferably a group represented by the general formula (W), and R H4 or R H6 and R H3 or R H5 are generally used. The group represented by the formula (W) is more preferable.
- R J8 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R J8 and R J4 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
- R K7 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R K7 and R K3 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
- R L2 , R L3 , R L6 and R L7 is a group represented by the general formula (W).
- R M2 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R M2 and R M6 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
- R N3 is represented by the general formula (W)
- both R N3 and R N9 are represented by formula (W) More preferably, it is a group.
- R P2 or R P3 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R P2 and R P8 or both R P3 and R P9 It is more preferable that both are groups represented by the general formula (W).
- R Q3 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R Q3 and R Q9 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
- R R2 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R R2 and R R7 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
- R S2 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R S2 and R S5 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
- R T2 is preferably a group represented by the general formula (W), and both R T2 and R T5 are represented by the general formula (W). More preferably, it is a group.
- the number of substituents other than the group represented by the general formula (W) is preferably 0 to 4, more preferably 0 to 2.
- the compound represented by the general formula (C) preferably has a molecular weight of 3000 or less, more preferably 2000 or less, further preferably 1000 or less, and particularly preferably 850 or less.
- the molecular weight is within the above range, solubility in a solvent can be enhanced.
- the molecular weight is preferably 300 or more, more preferably 350 or more, and further preferably 400 or more.
- the molecular weight of the compound represented by the general formula (D) is preferably the same as that of the compound represented by the general formula (C) because the solubility in a solvent can be increased.
- the molecular weight is preferably 400 or more, more preferably 450 or more, and further preferably 500 or more.
- the molecular weights of the compound E, the compound F, the compound G, and the compound H are preferably the same as the compound C whose upper limit is represented by the general formula (C), so that the solubility in a solvent can be improved. .
- the lower limit of the molecular weight is the same as the compound represented by the general formula (D).
- the upper limit of the molecular weights of the compound J and the compound K is the same as that of the compound C represented by the general formula (C), so that the solubility in a solvent can be improved.
- the lower limit of the molecular weight is the same as the compound represented by the general formula (D).
- the molecular weights of the compound L, the compound M, the compound N, the compound P, and the compound Q are the same as those of the compound C represented by the general formula (C) in the upper limit, which increases the solubility in a solvent. It is possible and preferable.
- the lower limit of the molecular weight is the same as the compound represented by the general formula (D).
- the molecular weights of the compound R, the compound S, and the compound T are preferably the same as those of the compound C represented by the general formula (C), because the solubility in the solvent can be improved.
- the lower limit of the molecular weight is the same as the compound represented by the general formula (D).
- organic polymer and derivatives thereof examples include polypyrrole and substituted products thereof, polydiketopyrrole and substituted products thereof, polythiophene and derivatives thereof, isothianaphthene such as polyisothianaphthene, thienylene vinylene such as polythienylene vinylene, poly Poly (p-phenylene vinylene) such as (p-phenylene vinylene), polyaniline and its derivatives, polyacetylene, polydiacetylene, polyazulene, polypyrene, polycarbazole, polyselenophene, polyfuran, poly (p-phenylene), polyindole, poly Examples thereof include polymers such as pyridazine, polytellurophene, polynaphthalene, polyvinylcarbazole, polyphenylene sulfide, and polyvinylene sulfide, and polymers of condensed polycyclic aromatic compounds.
- the polythiophene and derivatives thereof are not particularly limited.
- poly-3-hexylthiophene (P3HT) in which hexyl group is introduced into polythiophene, polyethylenedioxythiophene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrenesulfone An acid (PEDOT / PSS) etc. are mentioned.
- the oligomer for example, oligothiophene which has the same repeating unit as these polymers can also be mentioned.
- Examples of the organic polymer include polymer compounds in which compounds represented by the following general formulas (C) to (T) have a repeating structure.
- a compound represented by the general formulas (C) to (T) has a ⁇ -conjugated structure in which a repeating structure is formed via at least one arylene group or heteroarylene group (thiophene, bithiophene, etc.).
- Examples thereof include a polymer and a pendant polymer in which compounds represented by the general formulas (C) to (T) are bonded to a polymer main chain via a side chain.
- the polymer main chain is preferably polyacrylate, polyvinyl, polysiloxane or the like, and the side chain is preferably an alkylene group or a polyethylene oxide group.
- the polymer main chain may be formed by polymerizing at least one of the substituents R C to R T having a group derived from a polymerizable group.
- These organic polymers preferably have a weight average molecular weight of 30,000 or more, more preferably 50,000 or more, and even more preferably 100,000 or more.
- the weight average molecular weight is not less than the above lower limit value, the intermolecular interaction can be enhanced and high mobility can be obtained.
- the block copolymer contained in the organic semiconductor layer is as described above.
- the resin (D) include polystyrene, poly ⁇ -methylstyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polysiloxane, polysilsesquioxane, polysulfone, polymethacrylate represented by polymethylmethacrylate, Insulating polymers such as polyacrylates typified by polymethyl acrylate, celluloses typified by triacetyl cellulose, polyethylene, polypropylene, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, etc., and two or more of these components are copolymerized. And a copolymer obtained in the above manner.
- the mass ratio of the block copolymer to the total amount of the block copolymer and the resin (D) is preferably 10% by mass or more and less than 100% by mass, and 20% by mass or more and less than 100% by mass. It is more preferable that
- the total content of the block copolymer and the resin (D) used in the present invention in the organic semiconductor layer is preferably 1 to 80% by mass, more preferably 5 to 60% by mass, and further preferably 10 to 50% by mass.
- the block copolymer used in the present invention and the organic semiconductor can be unevenly distributed, and the mobility maintenance ratio (durability) ), An organic semiconductor conductive path can be secured, and mobility can be improved.
- the content of the organic semiconductor is preferably the same as the content in the total solid content of the coating liquid described later.
- the wet method is preferable as the method for forming the organic semiconductor layer.
- the wet method is not particularly limited.
- the wet method is formed by applying a semiconductor material by spin coating, ink jet printing, nozzle printing, stamp printing, screen printing, gravure printing, electrospray deposition, and the like, and then drying it. can do.
- the organic semiconductor layer is preferably crystallized by heating or laser irradiation because the OTFT tends to have high performance. It is particularly preferred that the treatment has been performed.
- the method for the crystallization treatment is not particularly limited, and examples thereof include heating with a hot plate and an oven or laser irradiation.
- the heating temperature a high temperature is preferable from the viewpoint of easy crystallization, and a low temperature is preferable from the viewpoint of hardly affecting the substrate or the like.
- 100 ° C. or higher is preferable, 150 or higher is particularly preferable, and 300 ° C. or lower is preferable, and 250 ° C. or lower is particularly preferable.
- the film thickness of the organic semiconductor layer is arbitrary, but is preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more. Further, it is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or less, and particularly preferably 500 nm or less.
- the source electrode is an electrode through which current flows from the outside through the wiring.
- the drain electrode is an electrode that sends current to the outside through wiring, and is usually provided in contact with the semiconductor layer.
- a conductive material used in a conventional organic thin film transistor can be used, and examples thereof include the conductive material described for the gate electrode.
- the source electrode and the drain electrode can be formed by a method similar to the method for forming the gate electrode, respectively.
- a lift-off method or an etching method can be employed.
- the source electrode and the drain electrode can be preferably formed by an etching method.
- the etching method is a method of removing unnecessary portions by etching after forming a conductive material.
- the conductive material remaining on the base when the resist is removed can be peeled off, and the resist residue or the removed conductive material can be prevented from reattaching to the base, and the shape of the electrode edge portion is excellent. This is preferable to the lift-off method.
- a resist is applied to a part of the base, a conductive material is formed thereon, and the resist is removed together with the solvent by elution or peeling with a solvent.
- This is a method of forming a film of a conductive material only on a portion where no is applied.
- a source electrode and a drain electrode is arbitrary, 1 nm or more is preferable respectively and 10 nm or more is especially preferable. Moreover, 500 nm or less is preferable and 300 nm or less is especially preferable.
- the interval (channel length) between the source electrode and the drain electrode is arbitrary, but is preferably 100 ⁇ m or less, and particularly preferably 50 ⁇ m or less.
- the channel width is preferably 5000 ⁇ m or less, and particularly preferably 1000 ⁇ m or less.
- the OTFT of the present invention may have an overcoat layer.
- the overcoat layer is usually a layer formed as a protective layer on the surface of the OTFT.
- a single layer structure or a multilayer structure may be used.
- the overcoat layer may be an organic overcoat layer or an inorganic overcoat layer.
- the material for forming the organic overcoat layer is not particularly limited, and examples thereof include organic polymers such as polystyrene, acrylic resin, polyvinyl alcohol, polyolefin, polyimide, polyurethane, polyacetylene, and epoxy resin, and these organic polymers. Derivatives in which a crosslinkable group or a water repellent group is introduced may be mentioned.
- organic polymers and derivatives thereof can be used in combination with a crosslinking component, a fluorine compound, a silicon compound, and the like.
- the material for forming the inorganic overcoat layer is not particularly limited, and examples thereof include metal oxides such as silicon oxide and aluminum oxide, and metal nitrides such as silicon nitride. These materials may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.
- the organic overcoat layer is, for example, a solution containing a material to be an overcoat layer is applied and dried on the underlying layer, a solution containing a material to be an overcoat layer is applied, and exposure is performed after drying. It can be formed by a method such as development and patterning. The patterning of the overcoat layer can also be directly formed by a printing method, an inkjet method, or the like. The overcoat layer may be crosslinked by exposure or heating after the patterning of the overcoat layer.
- the inorganic overcoat layer can be formed by a dry method such as a sputtering method or a vapor deposition method or a wet method such as a sol-gel method.
- the OTFT of the present invention may be provided with layers and members other than those described above.
- Examples of other layers or members include banks.
- the bank is used for the purpose of blocking the discharge liquid at a predetermined position when a semiconductor layer, an overcoat layer, or the like is formed by an inkjet method or the like. For this reason, the bank usually has liquid repellency.
- Examples of the bank forming method include a method of performing liquid repellency treatment such as a fluorine plasma method after patterning by a photolithography method or the like, a method of curing a photosensitive composition containing a liquid repellent component such as a fluorine compound, and the like.
- the method of curing the photosensitive composition containing the latter liquid repellent component may cause the gate insulating layer to be affected by the liquid repellent treatment.
- a technique may be used in which a liquid repellent contrast is given to the base without using the bank so as to have the same role as the bank.
- the method for producing an organic thin film transistor of the present invention is a method for producing an OTFT having an organic semiconductor layer containing a block copolymer and an organic semiconductor.
- a coating solution containing an organic semiconductor and a block copolymer is applied on the substrate 6 or the gate insulating layer 2 to form a film, and preferably this film is subjected to a heat treatment to form a block copolymer.
- Self-organize By forming the film, the organic semiconductor and the block copolymer can be phase-separated, and further self-organization can promote the uneven distribution of the organic semiconductor.
- the organic semiconductor and the block copolymer are as described above.
- the coating liquid may contain other components in addition to the organic semiconductor and the block copolymer.
- a resin composed of a copolymer other than the block copolymer, a self-organizing compound such as a silane coupling agent, a surfactant, and the like can be given.
- the coating solution preferably contains a solvent.
- This solvent is not particularly limited as long as it dissolves or disperses the organic semiconductor and the block copolymer.
- an organic solvent, water, and these mixed solvents are mentioned.
- the organic solvent include hydrocarbon solvents such as hexane, octane, decane, toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene, tetralin, decalin, 1-methylnaphthalene, and ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone.
- Halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, chloroform, tetrachloromethane, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, chlorotoluene, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, amyl acetate, methanol, propanol, Alcohol solvents such as butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, dibutyl ether Ether solvents such as tetrahydrofuran, dioxane, anisole, amide or imide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, 1-methyl-2-imidazolidinone, dimethyl Examples thereof
- Organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
- organic solvent toluene, xylene, mesitylene, tetralin, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, dichloromethane, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, anisole, benzonitrile and the like are particularly preferable.
- the total solid concentration in the coating solution is preferably 0.01 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass, and particularly preferably 0.2 to 5% by mass.
- the total content of the block copolymer and the resin (D) in the coating solution is preferably 1 to 80% by mass, more preferably 5 to 60% by mass, and more preferably 10 to 50% by mass in the total solid content of the coating solution. Is more preferable.
- the mass ratio of the block copolymer to the total amount of the block copolymer and the resin (D) is preferably 10 to 100% by mass, and more preferably 20% by mass or more and 100% by mass.
- the content of the organic semiconductor in the coating solution is preferably 20 to 99% by mass, more preferably 40 to 95% by mass, and still more preferably 50 to 90% by mass in the total solid content of the coating solution.
- a coating solution is applied.
- the coating solution is applied on the substrate or the gate insulating layer depending on the form of the OTFT to be manufactured. That is, when manufacturing a bottom gate type OTFT, a gate electrode and a gate insulating layer are provided on a substrate, and a coating solution is applied on the gate insulating layer.
- a coating solution is applied on a substrate (a source electrode and a drain electrode provided on the substrate in the bottom contact type).
- the method for applying the coating solution is not particularly limited, and the above-described method can be adopted. Of these, the printing method is preferable, and the spin coating method is more preferable.
- the application conditions are not particularly limited.
- the coating temperature is preferably 15 to 150 ° C., more preferably 15 to 100 ° C., further preferably 15 to 50 ° C., and particularly preferably around room temperature (20 to 30 ° C.).
- the rotational speed is preferably set to 100 to 3000 rpm.
- the applied coating solution is preferably dried.
- the drying conditions may be any conditions that can volatilize and remove the solvent, and examples include methods such as standing at room temperature, drying by heating, drying by blowing, and drying under reduced pressure.
- the layer containing a block copolymer and an organic semiconductor can be formed into a film.
- the coating solution when the coating solution is applied and dried in this manner, the block copolymer and the organic semiconductor are unevenly distributed as described above.
- the layer containing the block copolymer and the organic semiconductor is heated to cause phase separation of the block copolymer by self-assembly.
- This heating is preferably performed at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the block copolymer.
- the heating temperature is preferably 50 to 250 ° C., more preferably 60 to 200 ° C., and particularly preferably 80 to 160 ° C.
- the heating time is preferably 1 second to 10 hours, and more preferably 1 minute to 2 hours.
- Lamellar phase separation can be achieved by setting the composition of the block units in the block copolymer within the above-described preferred range. In this way, when the block copolymer is phase-separated, the organic semiconductor is unevenly distributed by the phase formed by each block of the block copolymer in the layer, so that the block copolymer and the organic semiconductor are separated. (Uneven distribution) is promoted.
- the gate electrode, the gate insulating film, the source electrode, and the drain electrode can be formed or provided by the above-described method.
- the OTFT of the present invention can be manufactured.
- a coating solution containing a block copolymer and an organic semiconductor is applied, preferably dried, and then heat-treated, whereby the block copolymer is phase-separated by self-organization and organic
- the organic semiconductor layer 2 in which the semiconductor and the block copolymer are unevenly distributed in the thickness direction can be preferably provided. Therefore, it is possible to form the organic semiconductor layer 2 exhibiting the above excellent characteristics while taking advantage of the solution coating method using the organic semiconductor.
- Display panel A display panel is mentioned as an example of the use of the organic thin-film transistor of this invention.
- Examples of the display panel include a liquid crystal panel, an organic EL panel, and an electronic paper panel.
- the above compound L9 is a compound represented by the general formula (L), Journal of Organic Physics / Bioelectronics, 2011, 22, 9-12. And synthesized according to the method described in International Publication No. 2009/148016 pamphlet and the like.
- the compound C16 is a compound represented by the general formula (C), and was synthesized according to the following synthesis method of the following compound C1.
- P-1 to P-16 used in each example and their characteristics are shown below.
- P-1 to P-8 are styrene-methyl methacrylate block copolymers (PS-b-PMMA)
- P-9 and P-10 are styrene-dimethylsiloxane block copolymers (PS-b-PDMS)
- P- 11 is a styrene-b-POSS substituted propyl methacrylate block copolymer (PS-POSSisoBuMA)
- P-12 is methyl methacrylate-b-POSS substituted propyl methacrylate block copolymer (PMMA-POSSisoBuMA)
- P-13 is styrene- Vinylpyridine block copolymer (PS-b-P4VP)
- P-14 is vinylnaphthalene-methyl methacrylate block copolymer (PVNp-b-PMMA)
- P-15 is styrene-hydroxystyrene block copolymer
- PS-b-PMMA manufactured by Polymer Source, catalog No. P4961
- PS-b-PMMA manufactured by Polymer Source, catalog No. P4961
- PS-b-PMMA manufactured by Polymer Source, catalog No. P4418
- PS Mn18500 PMMA Mn 18000 Copolymer Mn36500
- Component mass ratio PS: PMMA
- PMMA 51:49 Dispersity 1.06
- P-3 PS-b-PMMA (manufactured by Polymer Source, catalog No.
- PS PS Mn195000 Mn 204000 of P4VP Copolymer Mn 399000 Component mass ratio (PS: P4VP) 49:51 Dispersity 1.09 P-14: PVNp-b-PMMA (manufactured by Polymer Source, catalog No. P3400 ) PVNp Mn61000 PMMA Mn68000 Copolymer Mn129000 Mass ratio of components (PVNp: PMMA) 47:53 Dispersity 1.15 ⁇ SP1.5 P-15: PS-b-PHS (manufactured by Polymer Source, catalog No.
- P-16 Styrene- (ethylene-propylene) block copolymer (KRATON G) 1701E (registered trademark), manufactured by KRATON Polymers)
- BP-1A, BP-4A, BP-5F, BP-6C, CBP-2A, and CBP-3A were synthesized according to a conventional method. Note that ⁇ SP of these block copolymers is as described above.
- cP-1 and cP-2 were used as polymers for comparison.
- cP-1 PS-co-PMMA (polystyrene-polymethyl methacrylate random copolymer (manufactured by Aldrich) Mw134600 Mn67000 Dispersity 2.00 Component mass ratio (PS: PMMA) 40:60
- cP-2 Poly ( ⁇ -methylstyrene) (P ⁇ PS) Mw407000 Mn303000 Dispersity 1.34
- Example 1 Manufacture of bottom gate-bottom contact OTFT
- the gate insulating layer 2 was formed on a doped silicon substrate (also serving as the gate electrode 5) having a thickness of 1 mm as the substrate 6.
- the gate insulating layer 2 was formed as follows.
- a coating solution for forming the organic semiconductor layer was prepared by dissolving 0.5 mg of the organic semiconductor shown in Table 1 below and 0.5 mg of the block copolymer shown in Table 1 below in 1 mL of toluene.
- the prepared coating solution is spin-coated at 25 ° C. (rotation speed: 500 rpm) on the gate insulating layer 2, the source electrode 3, and the drain electrode 4 so that the layer thickness after drying becomes 150 nm. Applied. Then, it dried at 25 degreeC (room temperature), and formed the coating layer containing an organic semiconductor and a block copolymer.
- this coating layer was designated as the organic semiconductor layer 1.
- the coating layer was heated at the annealing temperature shown in Table 1 for 30 minutes to obtain the organic semiconductor layer 1. In this manner, each of the OTFTs shown in FIG.
- phase separation into one layer means that the block copolymer is lamellar-phase-separated and is separated from each block. Is a state in which the layers are phase-separated one by one in the vertical direction.
- B When the block copolymer is phase-separated into multiple layers in the depth direction of the organic semiconductor layer 1 Here, the phase separation is a multi-layered layer in which the block copolymer is lamellar phase-separated and each block is separated. Indicates a state in which a plurality of layers are phase-separated in the vertical direction.
- D When the block copolymer is not phase-separated
- the uneven distribution partially refers to a state in which the block copolymer and the organic semiconductor are mixed, and there is a portion where only the organic semiconductor is unevenly distributed.
- a voltage of ⁇ 40 V is applied between the source electrode 3 and the drain electrode 4 of each OTFT, the gate voltage Vg is changed in the range of 40 V to ⁇ 40 V, and the carrier mobility ⁇ (cm 2 / Vs).
- Id (w / 2L) ⁇ Ci (Vg ⁇ Vth) 2
- L is the gate length
- w is the gate width
- Ci is the capacitance per unit area of the gate insulating layer 2
- Vg is the gate voltage
- Vth is the threshold voltage.
- Carrier mobility maintenance rate (%) mobility (after 2 weeks) / mobility (initial value)
- a threshold voltage Vth was measured by applying a voltage of ⁇ 40 V between the source electrode 3 and the drain electrode 4 of each OTFT and changing the gate voltage in the range of 40 V to ⁇ 40 V.
- the specific block copolymer P-1 to P-15, BP-1A, BP-4A, BP-5F, BP-6C, CBP-2A and CBP-3A are organic semiconductors. It was found that when the organic semiconductor layer was formed in combination with the organic semiconductor layer, the organic semiconductor was unevenly distributed in the thickness direction in the organic semiconductor layer regardless of the phase separation of the block copolymer. As described above, the organic semiconductor layer in which the block copolymer and the organic semiconductor are unevenly distributed has a region in which the organic semiconductor is unevenly adjacent to the gate insulating layer, and is a bottom gate type OTFT, particularly a bottom gate-bottom contact type OTFT. Suitable for improving performance.
- the OTFT of the present invention having an organic semiconductor layer in which a block copolymer and an organic semiconductor are unevenly distributed is the specific block copolymer used in the present invention.
- OTFTs Sample Nos. C1-1 to c1-3, c1-5 to c1-7, c1-9 to c1-11, and c1-13 to c1-15
- carrier mobility ⁇ and carrier mobility compared to OTFTs Sample Nos. C1-4, c1-8, c1-12 and c1-16
- the maintenance rate of degree ⁇ was high (excellent in durability). Also, the On / Off ratio was high, the threshold voltage Vth was low, and excellent characteristics were obtained.
- PS-b-PDMS, PS-b-POSISSoBuMA, PMMA-b-POSISOBuMA, BP-1A, BP-4A, BP-5F, BP-6C, CBP-2A, CBP-3A and CBP-3B are all available. It was confirmed that the lamellar phase was separated into one layer. This is presumably because the interaction parameter ⁇ of these block copolymers is large. In this way, when focusing on the phase separation of the block copolymer, the block copolymer is separated into a lamellar phase in one layer according to the number average molecular weight or the interaction parameter ⁇ . The effect of promoting uneven distribution has increased, and the performance improvement effect of OTFT has further increased. In particular, the block copolymers BP-5F and CBP-3A having fluorine atoms had a high effect of improving the performance of OTFT.
- Example 2 [Manufacture and Evaluation of Bottom Gate OTFT]
- a bottom gate type OTFT was manufactured using an organic semiconductor, a block copolymer, and P ⁇ MS, and its characteristics and the like were evaluated. That is, in samples 1-11, 1-31, 1-43 and 1-60 of Example 1, half (0.25 mg) of block copolymer P-9 was replaced with P ⁇ MS (block copolymer P OTFTs shown in FIG. 1 (A) were produced in the same manner as Samples 1-11, 1-31, 1-43, and 1-60, except that the total of ⁇ 9 and P ⁇ MS was 0.5 mg.
- phase separation of the block copolymer thickness direction
- uneven distribution of the organic semiconductor horizontal direction and thickness direction
- carrier mobility ⁇ carrier mobility ⁇ retention rate
- On / Off ratio threshold voltage Vth
- Example 3 [Manufacture and Evaluation of Bottom Gate OTFT]
- a bottom gate OTFT was manufactured using an organic semiconductor other than the organic semiconductor, and its characteristics and the like were evaluated. That is, in Example 1, as the organic semiconductor, A26, A27, C1, C4, C7, D1, E2, F2, F5, F10, G12, G14, H10, H11, J2, J3, K2, K3, L2,
- the OTFTs shown in FIG. 1A were produced in the same manner as in Example 1 except that L5, L6, L8, L15, M8, N4, P3, Q3, R1, S1, or T1 was used. .
- phase separation of the block copolymer thickness direction
- uneven distribution of the organic semiconductor horizontal direction and thickness direction
- carrier mobility ⁇ carrier mobility ⁇ retention rate
- On / Off ratio threshold voltage Vth
- Example 4 [Manufacture and evaluation of bottom gate-bottom contact OTFT]
- a bottom gate type OTFT was manufactured by replacing the organic polymer forming the gate insulating layer 2, and its characteristics and the like were evaluated. That is, in Example 1, the organic polymer forming the gate insulating layer 2 is replaced with poly (4-vinylphenol), polyvinylphenol (manufactured by Nippon Soda, VP-8000, Mn 11000, dispersity 1.1), As in Example 1, except that rusesquioxane (manufactured by Toagosei Co., Ltd., OX-SQ HDXOX-SQ NDX) or fluororesin (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., CYTOP (registered trademark) CTL-809M) was used.
- Each of the OTFTs shown in 1 (A) was produced.
- phase separation of the block copolymer in the same manner as in Example 1, phase separation of the block copolymer: thickness direction, uneven distribution of the organic semiconductor: horizontal direction and thickness direction, carrier mobility ⁇ , carrier mobility ⁇ retention rate , On / Off ratio and threshold voltage Vth were evaluated. As a result, the same results as in Example 1 were obtained.
- Example 5 [Manufacture and evaluation of bottom gate-bottom contact OTFT]
- a bottom gate type OTFT including the gate insulating layer 2 formed of an inorganic oxide was manufactured, and its characteristics and the like were evaluated. That is, in Example 1, in place of the organic polymer to form a gate insulating layer 2, except for using a silicon substrate formed with SiO 2 surface 0.3 ⁇ m by thermal oxidation as the gate insulating layer 2
- Example 1 In the same manner as in Example 1, the OTFTs shown in FIG.
- phase separation of the block copolymer thickness direction
- uneven distribution of the organic semiconductor horizontal direction and thickness direction
- carrier mobility ⁇ carrier mobility ⁇ retention rate
- On / Off ratio threshold voltage Vth
- Example 6 [Manufacture and Evaluation of Bottom Gate-Bottom Contact Type OTFT with Underlayer]
- a bottom gate-bottom contact type OTFT 1 (FIG. 1A) in which the base layer 7 of the organic semiconductor layer 1 was formed on the gate insulating layer 2 was manufactured, and its characteristics were evaluated. More specifically, in each of the OTFTs using PS-b-PMMA (P-1 to P-8) as a block copolymer in Example 1 above, PS and PS, which are the same monomer components as PS-b-PMMA, are used.
- the underlayer 7 made of the following random copolymer RP-1 or BRP-1 as the underlayer-forming copolymer A containing PMMA as a constituent component is formed on the gate insulating layer to have the underlayer 7 OTFT 1 was produced respectively.
- a base layer 7 made of -2 or BRP-2 was formed on the gate insulating layer to manufacture OTFTs 1 having the base layer.
- Each underlayer 7 was formed by spin coating to prepare a coating solution in which 10 mg of a random copolymer was dissolved in 1 mL of PGMEA.
- diphenyliodonium hexafluorophosphate salt was added as an acid catalyst at a concentration of 1% by mass with respect to the solid content in the coating solution, The film was heated at 100 ° C. to form a crosslinked structure.
- the thickness of the base layer 7 thus formed was 50 nm.
- the numerical value attached to the repeating unit of the random copolymer indicates the mass ratio of the repeating unit.
- phase separation of the block copolymer thickness direction, organic semiconductor uneven distribution: horizontal direction and thickness direction, crystal grain size, carrier mobility ⁇ , carrier mobility
- ⁇ retention rate, On / Off ratio, and threshold voltage Vth were evaluated. As a result, the same results as in Example 1 were obtained.
- Example 7 [Manufacture and evaluation of bottom gate-bottom contact type OTFT having a gate insulating layer which also serves as an underlayer]
- a bottom gate type OTFT having a gate insulating layer that also serves as a base layer was manufactured, and its characteristics and the like were evaluated.
- the above random copolymer as the base layer forming copolymer A is used as the gate insulating layer itself.
- Each of the OTFTs having the gate insulating layer 2 which is also formed of the combined RP-1 or BRP-1 and also serves as a base layer was manufactured.
- each OTFT using P-3 to P-11, BP-4A, and CBP-3A as a block copolymer has PS as one of its monomer components as a constituent component.
- the gate insulating layer itself was formed with the following random copolymer BRP-3 as the underlying layer forming copolymer B, and OTFTs having the gate insulating layer also serving as the underlying layer were produced.
- each OTFT using BP-6C, BP-5F, and BP-1A as a block copolymer has t-butylstyrene as one of the monomer components as a constituent component.
- the gate insulating layer itself was formed with the following random copolymer BRP-4 as the underlying layer forming copolymer B, and OTFTs having the gate insulating layer also serving as the underlying layer were produced.
- BRP-4 random copolymer
- OTFTs having the gate insulating layer also serving as the underlying layer were produced.
- diphenyliodonium hexafluorophosphate salt was added as an acid catalyst at a concentration of 1% by mass with respect to the solid content in the coating solution. After coating and film formation, the structure was heated at 100 ° C. to form a crosslinked structure.
- phase separation of the block copolymer thickness direction, organic semiconductor uneven distribution: horizontal direction and thickness direction, crystal grain size, carrier mobility ⁇ , carrier mobility
- the ⁇ retention rate, On / Off ratio, and threshold voltage Vth were evaluated.
- a random copolymer copolymer for forming the underlayer containing the same monomer components as all the monomer components constituting the block copolymer used in the organic semiconductor layer as a constituent component.
- Example 1 Even if a polymer A) is used, or a random copolymer (copolymer B for forming an underlayer) having the same monomer component as one of the monomer components constituting the block copolymer is used, Even when a random copolymer containing a crosslinking group-containing monomer component as a constituent component was used, the same result as in Example 1 was obtained.
- Example 8 Manufacture of OTFT in top gate-top contact form
- a top gate-top contact OTFT shown in FIG. 1D was manufactured, and its characteristics and the like were evaluated.
- a glass substrate manufactured by NEC Corning, OA10
- a butyl acetate solution of polymethyl methacrylate (concentration: 5 w / v%) was applied by spin coating (rotation speed: 2400 rpm) and then dried at 60 ° C. for 10 minutes. In this way, a base layer 7 having a thickness of 500 nm was formed.
- a coating solution for forming the organic semiconductor layer was prepared by dissolving 0.5 mg of the organic semiconductor shown in Table 2 below and 0.5 mg of the block copolymer shown in Table 2 below in 1 mL of toluene. Each of the prepared coating solutions was applied onto the underlayer 7 by spin coating (rotation speed: 500 rpm) at 25 ° C. so that the layer thickness after drying was 150 nm. Then, it dried at 25 degreeC (room temperature), and formed the coating layer containing an organic semiconductor and a block copolymer. Next, when the coating layer was not heat-treated (indicated in table 2 as “None” in the “annealing temperature” column), this coating layer was designated as the organic semiconductor layer 1. On the other hand, when heat-treating the coating layer, the coating layer was heated at the annealing temperature shown in Table 1 for 30 minutes to obtain the organic semiconductor layer 1.
- This solution was filtered through a membrane filter made of polytetrafluoroethylene (PTFE) having a diameter of 0.2 ⁇ m.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- 0.18 g of diphenyliodonium hexafluorophosphate salt was added as an acid catalyst, applied on the organic semiconductor layer 1, the source electrode 3 and the drain electrode 4, and dried to form a film. Thereafter, the film was heated to 100 ° C. for crosslinking to form a gate insulating layer 2 having a thickness of 0.7 ⁇ m.
- an Ag fine particle aqueous dispersion was applied at 25 ° C. by an ink jet method and dried to form the gate electrode 5.
- the thickness of the gate electrode 5 was 200 nm. In this way, the OTFTs shown in FIG. 1D were manufactured.
- the performance improvement effect of the OTFT was obtained even in the OTFT of the top gate-top contact type, similarly to the OTFT of the bottom gate-bottom contact type of Example 1. This is presumably because the block copolymer used in Example 8 is likely to cause the lamellar phase separation of the PS block on the gate insulating layer 2 side. In addition, since the underlayer 7 is formed of PMMA, it is considered that this lamellar phase separation is promoted.
- the organic semiconductor when an organic semiconductor layer is formed using the specific block copolymer together with an organic semiconductor, the organic semiconductor is formed in the thickness direction in the organic semiconductor layer regardless of the phase separation of the block copolymer. It was found that a high-performance organic thin film transistor can be obtained by uneven distribution. In particular, it was found that when a block copolymer is phase-separated, a high-performance organic thin film transistor can be obtained not only with a specific block copolymer but also with other block copolymers.
- Organic semiconductor layer 1A Area with a high content of block copolymer (layer made of block copolymer) 1B Areas with high organic semiconductor content (layers that become organic semiconductors) 2 Gate insulating layer 3 Source electrode 4 Drain electrode 5 Gate electrode 6 Substrate 7 Underlayer
Landscapes
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Abstract
Description
しかし、近年、印刷法等の塗布法により、無機材料よりも低温で、例えば常温付近で、高速、効率的に、しかも低コストで成膜できる有機材料が着目され、研究されている。
また、このような有機半導体と有機半導体以外のポリマーとを併用したものも報告されている。例えば、特許文献1の実施例12では、「末端がキャップされている2,4-ジメチルポリマー(式12)」と「ポリスチレン-(エチレン-プロピレン)ジブロックコポリマー」とが併用されている。
また、本発明は、上記の優れた特性を有する有機薄膜トランジスタを製造する方法を提供することを課題とする。
さらに有機半導体と併用するブロック共重合体について検討を進めたところ、有機半導体層において有機半導体の存在下でブロック共重合体を相分離させることにより、有機半導体層の電荷移動チャネルを確保でき、有機薄膜トランジスタにおいて高いキャリア移動度を維持し、さらには閾値電圧の低下をさらに改善できることを、見出した。
本発明は、これらの知見に基づいて完成された。
(1)基板上に、ゲート電極と、有機半導体層と、ゲート電極及び有機半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、有機半導体層に接して設けられ、有機半導体層を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する有機薄膜トランジスタであって、
有機半導体層が、有機半導体とブロック共重合体とを含有し、
ブロック共重合体が、スチレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体、スチレン-(メタ)アクリル酸ブロック共重合体、スチレン-ジアルキルシロキサンブロック共重合体、スチレン-アルキルアリールシロキサンブロック共重合体、スチレン-ジアリールシロキサンブロック共重合体、スチレン-シルセスキオキサン置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体、(メタ)アクリル酸エステル-シルセスキオキサン置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体、スチレン-ビニルピリジンブロック共重合体、スチレン-ヒドロキシスチレンブロック共重合体、スチレン-エチレンオキシドブロック共重合体、及び、ビニルナフタレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体から選択される少なくとも1種のブロック共重合体である有機薄膜トランジスタ。
(2)基板上に、ゲート電極と、有機半導体層と、ゲート電極及び有機半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、有機半導体層に接して設けられ、有機半導体層を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する有機薄膜トランジスタであって、
有機半導体層が、有機半導体とブロック共重合体とを含有し、このブロック共重合体が相分離している有機薄膜トランジスタ。
(3)有機半導体が、ブロック共重合体の各ブロックが形成する相のうち親和性が高いブロックが形成する相、又は、この相とゲート絶縁層との間に、偏在している(2)に記載の有機薄膜トランジスタ。
(4)有機半導体が、ゲート絶縁層側に偏在している(3)に記載の有機薄膜トランジスタ。
(5)有機半導体が、低分子化合物である(1)~(4)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
(6)有機半導体が、縮合多環芳香族化合物である(1)~(5)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
(7)有機半導体が、下記一般式(C)~(T)のいずれかで表される化合物である(1)~(6)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又は窒素原子を表し、AD2はCRD8又は窒素原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1~RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1~RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1~RE8は水素原子又は置換基を表し、RE1~RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(F)中、XF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RF1~RF10、RFa及びRFbは水素原子又は置換基を表し、RF1~RF10、RFa及びRFbのうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基である。p及びqは0~2の整数を表す。
一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又は窒素原子を表し、AG2はCRG8又は窒素原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表し、RG1~RG8は水素原子又は置換基を表し、RG1~RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(H)中、XH1~XH4はNRH7、酸素原子又は硫黄原子を表し、RH7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RH1~RH6は水素原子又は置換基を表し、RH1~RH6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(J)中、XJ1及びXJ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRJ9を表す。XJ3及びXJ4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RJ1~RJ9は水素原子又は置換基を表し、RJ1~RJ9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RK1~RK9は水素原子又は置換基を表し、RK1~RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。RL1~RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1~RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(M)中、XM1及びXM2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRM9を表す。RM1~RM9は水素原子又は置換基を表し、RM1~RM9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。RN1~RN13は水素原子又は置換基を表し、RN1~RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。RP1~RP13は水素原子又は置換基を表し、RP1~RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(Q)中、XQ1及びXQ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRQ13を表す。RQ1~RQ13は水素原子又は置換基を表し、RQ1~RQ13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。RR1~RR9は水素原子又は置換基を表し、RR1~RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(S)中、XS1、XS2、XS3及びXS4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRS7を表す。RS1~RS7は水素原子又は置換基を表し、RS1~RS7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(T)中、XT1、XT2、XT3及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。RT1~RT7は水素原子又は置換基を表し、RT1~RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(W): -L-RW
一般式(W)中、Lは下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基又は2以上の下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した2価の連結基を表す。
RWは置換又は無置換のアルキル基、シアノ基、ビニル基、エチニル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基を表す。
一般式(L-13)におけるmは4を表し、一般式(L-14)及び(L-15)におけるmは3を表し、一般式(L-16)~(L-20)におけるmは2を表し、(L-22)におけるmは6を表す。
一般式(L-1)、(L-2)、(L-6)及び(L-13)~(L-24)におけるRLZはそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。
RNは水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。
(9)ブロック共重合体の分散度が、1.20未満である(1)~(8)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
(10)ブロック共重合体が、スチレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体、スチレン-ジアルキルシロキサンブロック共重合体、スチレン-シルセスキオキサン置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体、(メタ)アクリル酸エステル-シルセスキオキサン置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体、スチレン-ビニルピリジンブロック共重合体、スチレン-ヒドロキシスチレンブロック共重合体及びビニルナフタレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体から選択される少なくとも1種のブロック共重合体である(1)~(9)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
(11)ブロック共重合体が、下記一般式(I)で表される繰り返し単位からなるブロックと、下記一般式(II)で表される繰り返し単位からなるブロックとを有する(1)~(10)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
一般式(II)中、R2は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。R3は、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
(14)ブロック共重合体を構成するブロックが2種類である場合、2種類の繰り返し単位のSP値の差の絶対値が、0.5~4.0MPa1/2である(1)~(10)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
(15)ゲート絶縁層が、有機高分子で形成されている(1)~(14)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
(16)有機半導体層の、基板側に下地層を有する(1)~(15)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタ。
(17)下地層が、ブロック共重合体を構成する少なくとも1つのモノマー成分と同じモノマー成分を構成成分として有する重合体Bを含有する(16)に記載の有機薄膜トランジスタ。
(18)下地層が、ブロック共重合体を構成するすべてのモノマー成分と同じモノマー成分を構成成分として有するランダム共重合体Aを含有する(16)に記載の有機薄膜トランジスタ。
(19)ランダム共重合体A及び重合体Bが、架橋基含有モノマー成分を構成成分として含有する(17)又は(18)に記載の有機薄膜トランジスタ。
(20)薄膜トランジスタがボトムゲート形態であり、ゲート絶縁層が下地層を兼ねている(16)~(19)のいずれか1つに記載の薄膜トランジスタ。
(21)(2)~(20)のいずれか1つに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法であって、有機半導体とブロック共重合体とを含有する塗布液を、基板又はゲート絶縁層上に塗布して成膜し、得られた膜を加熱してブロック共重合体を相分離させる有機薄膜トランジスタの製造方法。
(22)塗布により、有機半導体を偏在させる(21)に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
これは置換又は無置換を明記していない化合物(重合体を含む)についても同義である。例えば、ブロック共重合体というときは、無置換のブロック共重合体と、置換基を有するブロック共重合体とを包含する。ここで、置換基は、ブロック共重合体の分子鎖を形成する主鎖に有していても、主鎖から枝分かれしている側鎖に有していてもよい。
したがって、例えば、α-メチルスチレンはスチレンの主鎖メチル置換体であるが、上記考えに基づき、スチレンを有するブロック共重合体には、α-メチルスチレンを有するブロック共重合体が好ましく包含される。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、相分離したブロック共重合体を含有する有機半導体を備え、上記の優れた特性を有する有機薄膜トランジスタを製造できる。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
本発明の有機薄膜トランジスタ(以下、単に「本発明のOTFT」という。)の形態を以下に説明する。
また、図1(A)は、ボトムゲート-ボトムコンタクト形態(構造)、図1(B)は、ボトムゲート-トップコンタクト形態、図1(C)はトップゲート-ボトムコンタクト形態、図1(D)はトップゲート-トップコンタクト形態のOTFTを示している。
本発明のOTFTには上記4つの形態のすべてが包含される。図示を省略するが、各OTFTの図面最上部(基板6に対して反対側の最上部)には、オーバーコート層が形成されている場合もある。図1(A)の円A内は、有機半導体及びブロック共重合体の偏在状態を模式的に示す有機半導体層1の概略拡大図である。また、図1(A)の円B内はOTFT1が下地層7を有する場合の絶縁層2の表面近傍を示す概略拡大図であり、図1(D)の円C内はOTFT1が下地層7を有する場合の基板6の表面近傍を示す概略拡大図である。
また、ボトムコンタクト形態は、有機半導体層1に対して基板6側(すなわち、図1において下方)にソース電極3及びドレイン電極4が配置されたものである。一方、トップコンタクト形態は、有機半導体層1に対して基板6の反対側にソース電極3及びドレイン電極4が配置されたものである。
本発明に用いるブロック共重合体として、上記に具体的に例示した、スチレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体等の特定のブロック共重合体を「ブロック共重合体(I)」といい、相分離を必須とするブロック共重合体を「ブロック共重合体(II)」という。また、ブロック共重合体というときは、特に断らない限り、ブロック共重合体(I)及びブロック共重合体(II)の両者をいう。これらブロック共重合体については後述する。
好ましくは、有機半導体とブロック共重合体とが互いに相分離している。この場合、有機半導体層1は、有機半導体からなる層1Bと、ブロック共重合体からなる層1Aとを有する。
ここで、「偏在」とは、有機半導体又はブロック共重合体のどちらかの成分がその全体質量比よりも多いものの、もう一方の成分も存在する相を有する状態を意味し、「相分離」とは、有機半導体又はブロック共重合体いずれかが単独で存在する相を有する状態を意味する。
このように、偏在と相分離とは、成分の質量比の程度が異なり、偏在の程度が高くなると相分離になる。その境界は、学術的には特に明確に定められているわけではないが、有機半導体又はブロック共重合体のいずれかが99%以上の質量比で存在する相が形成される場合、本願では「相分離」状態であると定めることとする。したがって、本発明において、偏在というときは、特に断らない限り、相分離を含むことがある。
1+cosθH2O=2√[γS d(√γH2O d/γH2O,V)]+2√[γS h(√γH2O h/γH2O,V)]
1+cosθgly=2√[γS d(√γgly d/γgly,V)]+2√[γS h(√γgly h/γgly,V)]
一方、ブロック共重合体(II)の場合、上記に加えて、さらにブロック共重合体(II)の自己組織化による相分離に影響されて有機半導体も偏在が促進、助長されると、考えられる。詳しくは後述する。
好ましくは、有機半導体層において、有機半導体がゲート絶縁層側に偏在し、ブロック共重合体がゲート絶縁層の反対側に偏在する。これにより、ゲート絶縁層と有機半導体層との界面に十分な電荷移動チャネルを確保でき、より高いキャリア移動度を示す。
ボトムゲート形態の場合、有機半導体層の下面に接してソース電極及びドレイン電極が設けられるボトムコンタクト形態であるのが好ましい。また、トップゲート形態の場合、有機半導体層の上面に接してソース電極及びドレイン電極が設けられるトップコンタクト形態であるのが好ましい。これにより、ソース電極から有機半導体層にキャリアが注入されやすく、また注入されたキャリアがドレイン電極に流れやすくなって閾値電圧が低下する。
特に、本発明のOTFTが、ボトムゲート-ボトムコンタクト形態であると、有機半導体層において電荷移動チャネルを確保したうえで、有機半導体層のうち有機半導体が偏在した領域をブロック共重合体が保護することにより、キャリア移動度、キャリア移動度の維持率(耐久性)の向上効果をさらに増大させることができる。さらには閾値電圧の低下効果にも優れる。
一方、有機半導体層1に含有されるブロック共重合体が後述するブロック共重合体(II)である場合、ブロック共重合体(II)は自己組織化により相分離している。
したがって、ブロック共重合体が相分離する場合、有機半導体は、ブロック共重合体の各ブロックが形成する相のうち親和性がより高いブロックが形成する相(ブロック共重合体がミクロ相分離してなる1つの相)中に偏在し、又は、この相とゲート絶縁層との間に偏在、すなわちブロック共重合体と互いに相分離し、異なる層を形成しているのが好ましい。異なる層として、ブロック共重合体がミクロ相分離してなる1つの相に隣接する、有機半導体からなる層が挙げられる。このように、ブロック共重合体が相分離し、かつ有機半導体が偏在しているのが好ましい。これにより、キャリア移動度及び耐久性の向上効果が高く、さらには優れた閾値電圧の低減効果をも示す。
下地層7は、より好ましくは、下地層用重合体A又は下地層用重合体Bで構成される。
下地層用重合体Aの各モノマー成分の質量比は、対応するブロック共重合体におけるモノマー成分の質量比と同じであっても異なっていてもよい。
下地層用重合体Bは、有機半導体層に含有されるブロック共重合体を構成するモノマー成分と異なるモノマー成分を構成成分とする共重合体でもよいが、上記少なくとも1つのモノマー成分と同じモノマー成分のみを構成成分とするホモ重合体が好ましい。
下地層用重合体A及び下地層用重合体Bが架橋構造を有する場合、下地層用重合体A及び下地層用重合体Bは、その全モノマー成分の合計質量中、架橋性基含有モノマー成分が1~20質量%であることが好ましく、1~10質量%であることがより好ましい。
相分離するものは以下に記載の数平均分子量等の特性、物性等をさらに満たすものがより好ましく、相分離しないものは以下に記載の特性、物性等を満たしていなくてもよい。
好ましいブロック共重合体は、相分離が起こる組み合わせで複数種類のブロックを有している。ブロック共重合体(I)は後述する特定の組み合わせのブロックを有している。一方、ブロック共重合体(II)のブロックの組み合わせは特に限定されるものではない。互いに非相溶であるブロック同士の組み合わせが好ましく選択される。
このような組み合わせとしては、種々のものが知られており、例えば、後述するブロック共重合体における複数のブロックの組み合わせが挙げられる。
ブロック同士が互いに非相溶であるか否かは、溶解性パラメータ(SP値)によって、判断できる。例えば、ブロック共重合体を構成するブロックが2種類である場合、互いに非相溶となる2種類のブロックの組み合わせは、これらの溶解性パラメータ(SP値)の差の絶対値、すなわち2種類のブロックを形成する繰り返し単位のSP値の差の絶対値が、0.5~4.0MPa1/2となるのが好ましく、0.5~3.0MPa1/2となるのがより好ましい。
本明細書において「溶解性パラメータ(SP値)」は、ハンセンの方法によって求めることができる。ハンセンの方法は当業界で周知のSP値を算出する方法の一つであり、分散項、極性項、水素結合項からなる多次元ベクトルでSP値を表記する。ハンセンのSP値は、Int. J. Thermophys, 2008,29,568-585頁に記載の方法で予測でき、本明細書中に記載のSP値はこの文献の方法により予測した値である。
本明細書において、ブロック共重合体の特定ブロックのSP値は、当該特定ブロック(換言すれば特定の繰り返し単位のみからなるホモポリマー)を構成する繰り返し単位のSP値とする。例えば、ポリスチレンの繰り返し単位(スチレンユニット)のSP値は20.8MPa1/2であり、ポリメタクリル酸メチルの繰り返し単位(メタクリル酸メチルユニット)のSP値は20.5MPa1/2であることから、ポリスチレンとポリメタクリル酸メチルの2つブロックを結合してなる共重合体の、ブロック間のSP値の差の絶対値は0.3MPa1/2となる。
また、本発明に用いるブロック共重合体の数平均分子量(Mn)は、3,000~1,000,000であることが好ましく、10,000~800,000であることがより好ましく、20,000~600,000であることがさらに好ましい。ブロック共重合体のMnが上記範囲内にあると、層厚40~1000nm、好ましくは50~400nmの有機半導体層において、ブロック共重合体を厚さ方向に、好ましくはブロック共重合体のそれぞれのブロック1層ずつに相分離を生起させることができる。さらには有機半導体層中の有機半導体の結晶粒径を大きくすることができる。したがって、OTFTのキャリア移動度をより向上させることができる。
上記好ましいブロック共重合体としては、例えば、スチレン又はスチレン誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックと、(メタ)アクリル酸エステル又は(メタ)アクリル酸エステル誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体;スチレン又はスチレン誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックと、(メタ)アクリル酸又は(メタ)アクリル酸誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体;スチレン又はスチレン誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックと、シロキサン又はシロキサン誘導体からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体;(メタ)アクリル酸エステルをモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックと、(メタ)アクリル酸エステル誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体;スチレン又はスチレン誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックと、ビニルピリジン又はビニルピリジン誘導体からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体;スチレン又はスチレン誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックと、ヒドロキシスチレン又はヒドロキシスチレン誘導体からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体;スチレン又はスチレン誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックと、アルキレンオキシド又はアルキレンオキシド誘導体からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体;ビニルナフタレン又はビニルナフタレン誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックと、(メタ)アクリル酸エステル又は(メタ)アクリル酸エステル誘導体をモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体;及び;アルキレンオキシドからなるブロックと、(メタ)アクリル酸エステルをモノマー成分とする繰り返し単位からなるブロックとを結合してなるブロック共重合体が挙げられる。
上記(メタ)アクリル酸エステル又はその誘導体の具体例として、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸アントラセニル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルメチル、及び、(メタ)アクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピル、並びに、これらの誘導体が挙げられる。
上記シロキサン又はシロキサン誘導体の具体例としては、例えば、ジメチルシロキサン、ジエチルシロキサン、ジフェニルシロキサン、及びメチルフェニルシロキサンが挙げられる。
スチレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体(アルキル(メタ)アクリレートのアルキル基の炭素数は1~12が好ましく、1~8がより好ましく、1~4がさらに好ましい。)、
スチレン-(メタ)アクリル酸ブロック共重合体、
スチレン-ジアルキルシロキサンブロック共重合体(ジアルキルシロキサンのアルキル基の炭素数は1~12が好ましく、1~8がより好ましく、1~4がさらに好ましい。)、
スチレン-アルキルアリールシロキサンブロック共重合体(アルキルアリールシロキサンのアルキル基の炭素数は1~12が好ましく、1~8がより好ましく、1~4がさらに好ましい。また、アルキルアリールシロキサンのアリール基の炭素数は6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~12がさらに好ましく、フェニル基であることがさらに好ましい。)、
スチレン-ジアリールシロキサンブロック共重合体(ジアリールシロキサンのアリール基の炭素数は6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~12がさらに好ましく、フェニル基であることがさらに好ましい。)、
スチレン-POSS置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体(POSS置換アルキル(メタ)アクリレートのアルキル基の炭素数は1~12が好ましく、1~8がより好ましく、1~4がさらに好ましい。)、
(メタ)アクリル酸エステル-POSS置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体(アルキル(メタ)アクリレート及びPOSS置換アルキル(メタ)アクリレートのアルキル基の炭素数は1~12が好ましく、1~8がより好ましく、1~4がさらに好ましい。)、
スチレン-ビニルピリジンブロック共重合体、
スチレン-ヒドロキシスチレンブロック共重合体、
スチレン-エチレンオキシドブロック共重合体、
ビニルナフタレン-アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体。
上記「POSS」(登録商標)とはシルセスキオキサンである。すなわち、本発明に用いるブロック共重合体は、特開2012-036078号公報等に記載のシルセスキオキサン構造を有する共重合体であることも好ましい。
ましくは2~9であり、さらに好ましくは4~6である。R1がアルキル基である場合、無置換のアルキル基が好ましい。アルキル基は直鎖状でもよいし、分岐構造であってもよい。
R1がアルケニル基又はアルキニル基である場合、その炭素数は好ましくは2~12であり、より好ましくは2~9であり、さらに好ましくは4~6である。
R1がシクロアルキル基である場合、その炭素数は好ましくは3~12であり、より好ましくは3~9であり、さらに好ましくは3~6である。R1がシクロアルキル基である場合、無置換のシクロアルキル基が好ましい。
R1がアリール基である場合、その炭素数は好ましくは6~12であり、より好ましくは6~9である。R1がアリール基である場合、無置換のアリール基が好ましい。
R1がアラルキル基である場合、その炭素数は好ましくは7~12であり、より好ましくは7~9である。
R1における炭素数を上記の好ましい範囲内とすることで、一般式(I)で表される繰り返し単位の疎水性がより高まり、一般式(I)で表される繰り返し単位からなるブロックと上記一般式(II)で表される繰り返し単位からなるブロックとの相分離性をより高めることができる。
後述のR11が水素原子の場合は、R1は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基のいずれかであることが好ましく、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、アルキル基であることがさらに好ましく、t-ブチル基であることが特に好ましい。
後述のR11がアルキル基の場合は、R1は水素原子又はアルキル基が好ましく、水素原子がさらに好ましい。
この置換基Tを有する形態及び異なる置換基Tを有していてもよいことは、R1以外にも置換基Tを有しうるもの(例えばR2、R3等)にも適用される。
ブロック共重合体のガラス点移転(Tg)を高め、一度形成されたブロック共重合体層の相分離構造を安定的に維持する観点から、R2はアルキル基(好ましくは炭素数1~12、より好ましくは炭素数1~8、さらに好ましくは炭素数1~4のアルキル基)又はシクロアルキル基(好ましくは炭素数3~12、より好ましくは炭素数3~8のシクロアルキル基)であることが好ましく、炭素数1~4のアルキル基であることがより好ましく、メチルであることがさらに好ましい。
また、R3がシクロアルキル基である場合、その炭素数は、好ましくは3~12であり、より好ましくは3~8である。
R3は置換基Tを有していてもよい。
R3は、置換基としてハロゲン原子を有するものが好ましく、ハロゲンが置換したアルキル基がより好ましく、特にフッ素が置換したアルキル基が好ましい。この場合、一般式(II)で表される繰り返し単位は下記一般式(II-2)で表されるものが好ましい。
上記一般式(II-1)において、R7は、炭素数1~12の無置換アルキル基、又は、炭素数が3~12の無置換シクロアルキル基を表す。R7が無置換アルキル基である場合、その炭素数は1~8であることが好ましく、1~4であることがより好ましい。R7はさらに好ましくはメチル又はエチルである。また、R7が無置換シクロアルキル基である場合、その炭素数は4~10であることが好ましく、5~8であることがより好ましい。R7はさらに好ましくはシクロヘキシルである。
R10がアルキル基である場合、その炭素数は1~12であることが好ましく、より好ましくは1~8であり、さらに好ましくは1~4である。R10がアルキル基である場合、R10はさらに好ましくはエチル又はメチルである。
R10がシクロアルキル基である場合、その炭素数は3~12であることが好ましく、より好ましくは3~8である。R10がシクロアルキル基である場合、R10はさらに好ましくはシクロへキシルである。
R10がアリール基である場合、一般式(I)におけるR1のアリール基と同義であり、好ましい形態も同じである
各繰り返し単位の溶解パラメータ(SP値)の差を上記範囲内とすることで、ブロック共重合体の相分離をより高品位かつ高効率に行うことができる。
また、各ブロック共重合体の比率(a、b)は、NMR測定装置(ブルカー・バイオスピン社製;AVANCEIII400型)を用いて1H-NMR又は13C-NMRにより算出した値である。
基板は、OTFT及びその上に作製される表示パネル等を支持できるものであればよい。基板は、表面に絶縁性があり、シート状で、表面が平坦であれば特に限定されない。
基板がステンレスシート、アルミ箔、銅箔又はシリコンウェハ等の導電性あるいは半導体性の材料で形成されている場合、通常は、表面に絶縁性の高分子材料あるいは金属酸化物等を塗布又は積層して用いられる。
このような可撓性を有するプラスチック基板等を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器へのOTFTの組込みあるいは一体化が可能となる。
また、基板を構成する有機材料は、OTFT作製時に用いる溶媒に対する耐性を有する材料が好ましく、また、ゲート絶縁層及び電極との密着性に優れる材料が好ましい。
さらに、ガスバリア性の高い有機ポリマーからなるプラスチック基板を用いることも好ましい。
基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けたり、無機材料を蒸着又は積層したりすることも好ましい。
ゲート電極は、OTFTのゲート電極として用いられている従来公知の電極を用いることができる。ゲート電極を構成する導電性材料(電極材料ともいう)としては、特に限定されない。例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、モリブデン、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム、パラジウム、鉄、マンガン等の金属;InO2、SnO2、インジウム-錫酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等の導電性金属酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)等の導電性高分子;塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等のドーパントを添加した上記導電性高分子、並びに、カーボンブラック、グラファイト粉、金属微粒子等を分散した導電性の複合材料等が挙げられる。これらの材料は、1種のみを用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、ゲート電極は、上記導電性材料からなる1層でもよく、2層以上を積層してもよい。
塗布法では、上記材料の溶液、ペースト又は分散液を調製、塗布し、乾燥、焼成、光硬化又はエージング等により、膜を形成し、又は直接電極を形成できる。
また、インクジェット印刷、スクリーン印刷、(反転)オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、熱転写印刷、マイクロコンタクトプリンティング法等は、所望のパターニングが可能であり、工程の簡素化、コスト低減、高速化の点で好ましい。
スピンコート法、ダイコート法、マイクログラビアコート法、ディップコート法を採用する場合も、下記フォトリソグラフィー法等と組み合わせてパターニングすることができる。
他のパターニング方法として、上記材料に、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して、研磨し、又は材料の導電性を変化させる方法も挙げられる。
さらに、基板以外の支持体に印刷したゲート電極用組成物を基板等の下地層の上に転写させる方法も挙げられる。
下地層は、上記下地層用重合体A及び下地層用重合体Bにより、形成される。これらの下地層用重合体は上記した通りである。
下地層用重合体A及び下地層用重合体Bの重量平均分子量及び数平均分子量の好ましい範囲は、上記ブロック共重合体の重量平均分子量及び数平均分子量と同じである。
下地層の厚さは、特に限定されないが、例えば、5~2000nmが好ましく、10~1000nmがより好ましい。
下地層を形成する方法としては、例えば、下地層用重合体A又は下地層用重合体Bを塗工する方法が挙げられる。塗工方法は、特に限定されず、上記の各印刷法が挙げられる。
ゲート絶縁層は、絶縁性を有する層であれば特に限定されず、単層であってもよいし、多層であってもよい。
ゲート絶縁層は、絶縁性の材料で形成されるのが好ましく、絶縁性の材料として、例えば、有機高分子、無機酸化物等が好ましく挙げられる。
有機高分子及び無機酸化物等は、絶縁性を有するものであれば特に限定されず、薄膜、例えば厚み1μm以下の薄膜を形成できるものが好ましい。
有機高分子及び無機酸化物は、ぞれぞれ、1種を用いても、2種以上を併用してもよく、また、有機高分子と無機酸化物を併用してもよい。
有機高分子は、アルコキシシリル基やビニル基、アクリロイルオキシ基、エポキシ基、メチロール基等の反応性置換基を有する化合物と併用することもできる。
また、特開2013-214649号公報の[0167]~[0177]に記載の「数平均分子量(Mn)が140~5,000であり、架橋性官能基を有し、フッ素原子を有さない化合物(G)」を用いるのも好ましく、これらの内容は好ましくは本願明細書に組み込まれる。
熱により酸を発生させる熱酸発生剤(触媒)として、例えば、特開2010-285518号公報の[0035]~[0038]に記載の熱カチオン重合開始剤、特にオニウム塩等や、特開2005-354012号公報の[0034]~[0035]に記載の触媒、特にスルホン酸類及びスルホン酸アミン塩等を好ましく使用することができ、好ましくはこれらの内容は本明細書に組み込まれる。
また、特開2005-354012号公報の[0032]~[0033]に記載の架橋剤、特に二官能以上のエポキシ化合物、オキセタン化合物、特開2006-303465号公報の[0046]~[0062]に記載の架橋剤、特に2個以上の架橋基を有し、架橋基の少なくとも一つがメチロール基もしくはNH基であることを特徴とする化合物、及び、特開2012-163946号公報の[0137]~[0145]に記載の、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を分子内に2個以上有する化合物を用いるのも好ましく、これらの内容は好ましくは本明細書に組み込まれる。
有機高分子及び無機酸化物は、ぞれぞれ、1種を用いても、2種以上を併用してもよく、また、有機高分子と無機酸化物を併用してもよい。
また、それぞれの金属酸化物に対応する前駆体、具体的には塩化物、臭化物等の金属ハロゲン化物や金属アルコキシド、金属水酸化物等を、アルコールや水中で塩酸、硫酸、硝酸等の酸や水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基と反応させて加水分解することにより、形成してもよい。このような溶液系のプロセスを用いる場合、上記ウエットコーティング法を用いることができる。
ゲート絶縁層上には、自己組織化単分子膜層を形成することもできる。
自己組織化単分子膜層を形成する化合物としては、自己組織化する化合物であれば特に限定されず、例えば、自己組織化する化合物として、下記式1Sで表される一種類以上の化合物を用いることができる。
式1S:R1S-XS
XSは吸着性又は反応性置換基を表し、具体的には、-SiX4X5X6基(X4は、ハライド基又はアルコキシ基を表し、X5、X6はそれぞれ独立にハライド基、アルコキシ基、アルキル基、アリール基を表す。X4、X5、X6はそれぞれ同じであることが好ましく、クロロ基、メトキシ基、エトキシ基であることがより好ましい)、ホスホン酸基(-PO3H2)、ホスフィン酸基(-PRO2H、Rはアルキル基)、リン酸基、亜リン酸基、アミノ基、ハライド基、カルボキシ基、スルホン酸基、ホウ酸基(-B(OH)2)、ヒドロキシ基、チオール基、エチニル基、ビニル基、ニトロ基又はシアノ基のいずれかを表す。
例えば、より緻密な自己組織化単分子膜層を得る好ましい方法として、Langmuir 19, 1159 (2003)及びJ. Phys. Chem. B 110, 21101 (2006)等に記載の方法が挙げられる。
脱水溶媒としては、特に限定されないが、例えば、クロロホルム、トリクロロエチレン、アニソール、ジエチルエーテル、ヘキサン、トルエン等を単独又は混合して用いることかできる。
さらに、乾燥雰囲気中又は乾燥気体の噴きつけによって、膜を乾燥させることが好ましい。乾燥気体には窒素等の不活性気体を用いるのが好ましい。このような自己組織化単分子膜層の製造方法を用いることにより、緻密で凝集や欠損のない自己組織化単分子膜層が形成されることから、自己組織化単分子膜層の表面粗さを0.3nm以下に抑えることができる。
有機半導体層は、有機半導体と上記ブロック共重合体とを含有する層であればよく、好ましくは、上記のように、有機半導体層の厚さ方向に有機半導体とブロック共重合体とが互いに偏在している。
有機半導体としては、特に限定されず、有機ポリマー及びその誘導体、低分子化合物等が挙げられる。
本発明において、低分子化合物は、有機ポリマー及びその誘導体以外の化合物を意味する。すなわち、繰り返し単位を有さない化合物をいう。低分子化合物は、このような化合物である限り、分子量は特に限定されるものではない。低分子化合物の分子量は、好ましくは300~2000であり、さらに好ましくは400~1000である。
ZA1及びZA2は、S、O、Se又はTeを表す。
nA1及びnA2は0~3の整数を表す。ただし、nA1及びnA2が同時に0になることはない。
これらの置換基は、さらに置換基を複数有していてもよい。複数有していてもよい置換基としては、上記、RA1~RA6で表される置換基が挙げられる。
ZA1及びZA2は、S、O、Se又はTeを表す。
nA1及びnA2は0~3の整数を表す。ただし、nA1とnA2が同時に0になることはない。
一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又は窒素原子を表し、AD2はCRD8又は窒素原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1~RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1~RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1~RE8は水素原子又は置換基を表す。RE1~RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又は窒素原子を表す。AG2はCRG8又は窒素原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RG1~RG8は水素原子又は置換基を表す。RG1~RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。XK1、XK2、XK3及びXK4は好ましくは硫黄原子を表す。RK1~RK9は水素原子又は置換基を表す。RK1~RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。XL1及びXL2は好ましくは酸素原子又は硫黄原子を表す。RL1~RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1~RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。XN1及びXN2は好ましくは硫黄原子を表す。RN1~RN13は水素原子又は置換基を表す。RN1~RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。XP1及びXP2は好ましくは硫黄原子を表す。RP1~RP13は水素原子又は置換基を表す。RP1~RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。XR1、XR2及びXR3は好ましくは硫黄原子を表す。RR1~RR9は水素原子又は置換基を表す。RR1~RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(T)中、XT1、XT2、XT3、及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。XT1、XT2、XT3及びXT4は好ましくは硫黄原子を表す。RT1~RT7は水素原子又は置換基を表す。RT1~RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
また、ヘテロアリール基は、RA1~RA6の置換基で説明したヘテロアリール基と同義である。
*はRwとの結合位置又は一般式(L-1)~(L-25)の波線部分との結合位置を表す。
一般式(L-13)におけるmは4を表し、一般式(L-14)及び(L-15)におけるmは3を表し、一般式(L-16)~(L-20)におけるmは2を表し、(L-22)におけるmは6を表す。
一般式(L-1)、(L-2)、(L-6)及び(L-13)~(L-24)におけるRLZはそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表し、一般式(L-1)及び(L-2)中のRLZはそれぞれLに隣接するRWと結合して縮合環を形成してもよい。
RNは水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。
本発明では、主鎖が炭素数N個の置換又は無置換のアルキル基が置換基の末端に存在する場合は、置換基の末端から可能な限りの連結基を含めた上で一般式(W)における-L-RWと解釈することとし、一般式(W)における-RW単独とは解釈しない。具体的には「一般式(W)におけるLに相当する(L-1)1個」と「一般式(W)におけるRWに相当する主鎖が炭素数N-1個の置換又は無置換のアルキル基」とが結合した置換基として解釈する。例えば、炭素数8のアルキル基であるn-オクチル基が置換基の末端に存在する場合、2個のRLZが水素原子である(L-1)1個と、炭素数7のn-ヘプチル基とが結合した置換基として解釈する。また、一般式(W)で表される置換基が炭素数8のアルコキシ基である場合、-O-である一般式(L-4)で表される連結基1個と、2個のRLZが水素原子である(L-1)で表される連結基1個と、炭素数7のn-ヘプチル基とが結合した置換基として解釈する。
一方、本発明では、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基が置換基の末端に存在する場合は、置換基の末端から可能な限りの連結基を含めた上で、一般式(W)におけるRW単独と解釈する。例えば、-(OCH2CH2)-(OCH2CH2)-(OCH2CH2)-OCH3基が置換基の末端に存在する場合、オキシエチレン単位の繰り返し数vが3のオリゴオキシエチレン基単独の置換基として解釈する。
RNとしては、置換基RC~RTが採りうる置換基として例示したものを挙げることができる。その中でもRNとしては水素原子又はメチル基が好ましい。
Rsiは、アルキル基であることが好ましい。Rsiがとり得るアルキル基としては特に制限はないが、Rsiがとり得るアルキル基の好ましい範囲はRWがシリル基である場合にシリル基がとり得るアルキル基の好ましい範囲と同様である。Rsiがとり得るアルケニル基としては特に制限はないが、置換又は無置換のアルケニル基が好ましく、分枝アルケニル基であることがより好ましく、アルケニル基の炭素数は2~3であることが好ましい。Rsiがとり得るアルキニル基としては特に制限はないが、置換又は無置換のアルキニル基が好ましく、分枝アルキニル基であることがより好ましく、アルキニル基の炭素数は2~3であることが好ましい。
化学的安定性、キャリア輸送性の観点から一般式(L-1)で表される2価の連結基を含む2価の連結基であることが特に好ましく、一般式(L-1)で表される2価の連結基であることがより特に好ましく、Lが一般式(L-18)及び(L-1)で表される2価の連結基であり、(L-1)を介してRWと結合し、RWが置換又は無置換のアルキル基であることがさらにより特に好ましく、Lが一般式(L-18A)及び(L-1)で表される2価の連結基であり、(L-1)を介してRWと結合し、RWが置換又は無置換のアルキル基であることがさらにより特に好ましい。
一般式(W)において、RWに隣接するLが一般式(L-2)及び(L-4)~(L-25)で表される2価の連結基である場合は、RWは置換又は無置換のアルキル基であることがより好ましい。
一般式(W)において、RWに隣接するLが一般式(L-3)で表される2価の連結基である場合は、RWは置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のシリル基であることが好ましい。
RWがアルキル基を表す場合、直鎖アルキル基でも、分枝アルキル基でも、環状アルキル基でもよいが、直鎖アルキル基であることが、分子の直線性が高まり、キャリア移動度を高めることができる観点から好ましい。
これらの中でも、一般式(W)におけるRWとLの組み合わせとしては、一般式(C)~(T)のLが一般式(L-1)で表される2価の連結基であり、かつ、RWが直鎖の炭素数4~17のアルキル基であるか;あるいは、Lが一般式(L-3)、(L-13)又は(L-18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L-1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基であり、かつ、RWが直鎖のアルキル基であることが、キャリア移動度を高める観点から好ましい。
一方、有機溶媒への溶解度を高める観点からは、RWが分枝アルキル基であることが好ましい。
L及びRWに含まれる炭素数の合計は5~14であることが好ましく、6~14であることがより好ましく、6~12であることが特に好ましく、8~12であることがより特に好ましい。
一般式(C)で表される化合物においては、RC1、RC2、RC3、RC6のいずれかが一般式(W)で表される基であることが好ましく、RC1とRC2との両方又はRC3とRC6の両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。
一般式(D)で表される化合物においては、RD6が一般式(W)で表される基であることが好ましく、RD5とRD6との両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。
一般式(E)で表される化合物においては、RE6が一般式(W)で表される基であることが好ましく、RE5とRE6との両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。また、RE5及びRE6が一般式(W)で表される基以外の置換基である場合、2つのRE7が一般式(W)で表される基であるのも好ましい。
一般式(G)で表される化合物においては、RG5又はRG6が一般式(W)で表される基であることが、キャリア移動度を高め、有機溶媒への溶解性を高める観点から好ましい。
一般式(H)で表される化合物においては、RH4又はRH6が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RH4又はRH6、及び、RH3又はRH5が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(K)で表される化合物においては、RK7が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RK7とRK3との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(L)で表される化合物においては、RL2、RL3、RL6及びRL7のうち少なくとも一つが一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(N)で表される化合物においては、RN3が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RN3とRN9との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(P)で表される化合物においては、RP2又はRP3が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RP2とRP8との両方又はRP3とRP9との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(R)で表される化合物においては、RR2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RR2とRR7との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(T)で表される化合物においては、RT2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RT2とRT5との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一方で、薄膜の膜質安定性の観点からは、分子量は300以上であることが好ましく、350以上であることがより好ましく、400以上であることがさらに好ましい。
ポリチオフェン及びその誘導体としては、特に限定されないが、例えば、ポリチオフェンにヘキシル基を導入したポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)等が挙げられる。
また、これらのポリマーと同じ繰り返し単位を有するオリゴマー(例えば、オリゴチオフェン)を挙げることもできる。
このような高分子化合物としては、一般式(C)~(T)で表される化合物が少なくとも1つ以上のアリーレン基、ヘテロアリーレン基(チオフェン、ビチオフェン等)を介して繰り返し構造を示すπ共役ポリマーや、一般式(C)~(T)で表される化合物が高分子主鎖に側鎖を介して結合したペンダント型ポリマーが挙げられる。高分子主鎖としては、ポリアクリレート、ポリビニル、ポリシロキサン等が好ましく、側鎖としては、アルキレン基、ポリエチレンオキシド基等が好ましい。ペンダント型ポリマーの場合、高分子主鎖は置換基RC~RTの少なくとも1つが重合性基由来の基を有し、これが重合してなるものであってもよい。
有機半導体層中、上記有機半導体の含有率は、後述する、塗布液の全固形分中の含有率と同じであることが好ましい。
湿式法としては、特に限定されないが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ノズルプリント、スタンプ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、エレクトロスプレイデポジション法等により半導体材料を塗布した後、乾燥させることにより形成することができる。
結晶化処理の方法としては、特に限定されないが、ホットプレート、オーブン等による加熱又はレーザー照射等が挙げられる。加熱温度については、結晶化が進行しやすい点では高温が好ましく、また、一方で、基板等に熱の影響を与え難い点では低温が好ましい。具体的には、100℃以上が好ましく、150以上が特に好ましく、また、一方で、300℃以下が好ましく、250℃以下が特に好ましい。
本発明のOTFTにおいて、ソース電極は、配線を通じて外部から電流が流入する電極である。また、ドレイン電極は、配線を通じて外部に電流を送り出す電極であり、通常、上記半導体層に接して設けられる。
ソース電極及びドレイン電極の材料としては、従来の有機薄膜トランジスタに用いられている導電性材料を用いることができ、例えば、上記ゲート電極で説明した導電性材料等が挙げられる。
特に、ゲート絶縁層がエッチング液や剥離液に対する耐性に優れていることから、ソース電極及びドレイン電極はエッチング法でも好適に形成することができる。エッチング法は、導電性材料を成膜した後に不要部分をエッチングにより除去する方法である。エッチング法によりパターニングすると、レジスト除去時に下地に残った導電性材料の剥がれ、レジスト残渣や除去された導電性材料の下地への再付着を防止でき、電極エッジ部の形状に優れる。この点で、リフトオフ法よりも好ましい。
ソース電極とドレイン電極との間の間隔(チャネル長)は、任意であるが、100μm以下が好ましく、50μm以下が特に好ましい。また、チャネル幅は、5000μm以下が好ましく、1000μm以下が特に好ましい。
本発明のOTFTは、オーバーコート層を有していてもよい。オーバーコート層は、通常、OTFTの表面に保護層として形成される層である。単層構造でも多層構造でもよい。
オーバーコート層は、有機系のオーバーコート層でも無機系のオーバーコート層でもよい。
有機系のオーバーコート層を形成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアセナチレン、エポキシ樹脂等の有機ポリマー、及び、これらの有機ポリマーに架橋性基や撥水基等を導入した誘導体等が挙げられる。これらの有機ポリマーやその誘導体は、架橋成分、フッ素化合物、シリコン化合物等と併用することもできる。
無機系のオーバーコート層を形成する材料としては、特に限定されないが、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の金属酸化物、窒化ケイ素等の金属窒化物等が挙げられる。
これらの材料は、1種を用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
例えば、有機系のオーバーコート層は、例えば、その下地となる層に、オーバーコート層となる材料を含む溶液を塗布後に乾燥させる、オーバーコート層となる材料を含む溶液を塗布、乾燥後に露光、現像してパターニングする等の方法により形成することができる。なお、オーバーコート層のパターニングは、印刷法やインクジェット法等により直接形成することもできる。また、オーバーコート層のパターニング後に、露光や加熱することにより、オーバーコート層を架橋させてもよい。
一方、無機系のオーバーコート層は、スパッタリング法、蒸着法等の乾式法やゾルゲル法のような湿式法により形成することができる。
本発明のOTFTは、上記以外の層や部材を設けてもよい。
その他の層又は部材としては、例えば、バンク等が挙げられる。バンクは、インクジェット法等により半導体層やオーバーコート層等を形成するときに、吐出液を所定の位置に塞き止める目的等で用いられる。このため、バンクには、通常、撥液性がある。バンクの形成方法としては、フォトリソグラフィー法等によりパターニングした後にフッ素プラズマ法等の撥液処理を施す方法、フッ素化合物等の撥液成分を含む感光性組成物等を硬化させる方法等が挙げられる。
本発明の有機薄膜トランジスタの場合、ゲート絶縁層が有機層であることから、後者の撥液成分を含む感光性組成物を硬化させる方法が、ゲート絶縁層が撥液処理の影響を受ける可能性がなく、好ましい。なお、バンクを用いずに下地に撥液性のコントラストを持たせてバンクと同じ役割を持たせる技術を用いてもよい。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法(以下、本発明の方法ということがある)は、ブロック共重合体と有機半導体とを含有する有機半導体層を備えたOTFTを製造する方法である。
本発明の方法は、有機半導体とブロック共重合体とを含有する塗布液を、基板6又はゲート絶縁層2上に塗布して成膜し、好ましくはこの膜に熱処理を施してブロック共重合体を自己組織化する。
成膜により、有機半導体とブロック共重合体とを相分離させることができ、さらに自己組織化することにより、有機半導体の偏在を促進させることができる。
塗布液は、有機半導体及びブロック共重合体以外に、他の成分を含有してもよい。例えば、上記ブロック共重合体以外の共重合体からなる樹脂、シランカップリング剤等自己組織化する化合物、界面活性剤等が挙げられる。
有機溶媒としては、例えば、ヘキサン、オクタン、デカン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、テトラリン、デカリン、1-メチルナフタレン等の炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶媒、メタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール等のアルコール系溶媒、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール等のエーテル系溶媒、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1-メチルー2-ピロリドン、1-メチル-2-イミダゾリジノン等のアミド又はイミド系溶媒、ジメチルスルフォキサイド等のスルホキシド系溶媒、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒等が挙げられる。
ブロック共重合体及び樹脂(D)の合計の塗布液中の含有率は、塗布液の全固形分中、1~80質量%が好ましく、5~60質量%がより好ましく、10~50質量%がさらに好ましい。
なお、ブロック共重合体と樹脂(D)の総量に対するブロック共重合体の質量割合は10~100質量%であることが好ましく、20質量%以上100質量%であることがより好ましい。
有機半導体の塗布液中の含有率は、塗布液の全固形分中、20~99質量%が好ましく40~95質量%がより好ましく、50~90質量%がさらに好ましい。
塗布液を塗布する方法は、特に限定されず、上記した方法を採用できる。なかでも、印刷法が好ましく、スピンコート法がより好ましい。
塗布条件は、特に限定されない。室温付近で塗布してもよいし、有機半導体の塗布溶媒への溶解性を増すために加熱状態で塗布してもよい。塗布温度は、好ましくは15~150℃であり、より好ましくは15~100℃であり、さらに好ましくは15~50℃であり、特に好ましくは室温付近(20~30℃)である。
スピンコート法では、回転数を100~3000rpmにするのが好ましい。
本発明の方法において、このようにして塗布液を塗布、乾燥すると、上記した通り、ブロック共重合体と有機半導体とが互いに偏在する。
本発明においては、加熱アニール以外にも、溶媒蒸気にさらす溶媒アニール等を採用できる。
このブロック共重合体は、有機半導体層の厚さ方向に沿って、ラメラ相分離されることが好ましい。ブロック共重合体におけるブロック単位の組成を上述した好ましい範囲とすることで、ラメラ相分離させることができる。
このようにして、ブロック共重合体を相分離させると、上記層中において、ブロック共重合体の各ブロックが形成する相によって有機半導体が偏在させられて、ブロック共重合体と有機半導体との分離(偏在)が促進される。
本発明の方法は、ブロック共重合体と有機半導体とを含有する塗布液を塗布し、好ましくは乾燥し、次いで加熱処理することにより、ブロック共重合体が自己組織化により相分離し、かつ有機半導体とブロック共重合体とが厚さ方向に偏在している有機半導体層2を好ましく設けることができる。したがって、有機半導体を用いた溶液塗布法の利点を生かしつつ、上記の優れた特性を発揮する有機半導体層2を成膜することができる。
本発明の有機薄膜トランジスタの用途の一例として表示パネルが挙げられる。表示パネルとしては、例えば、液晶パネル、有機ELパネル、電子ペーパーパネル等が挙げられる。
各例に用いた有機半導体としての化合物を以下に示す。
1,5-ジアミノナフタレン(10g)のピリジン溶液(125mL)に、p-トルエンスルホニルクロリド(34g)をゆっくりと添加し、室温で2時間撹拌した。反応液を氷水に注ぎ、析出物を減圧ろ過した。得られた粗結晶をメタノールで洗浄し、化合物C1a(29g)を得た。
化合物C1a(10g)の氷酢酸溶液を95℃で加熱撹拌し、そこに氷酢酸10mLで希釈した臭素(2mL)をゆっくりと滴下した。10分間反応させ、放冷後にろ過することで粗結晶を灰色固体として得た。粗結晶をニトロベンゼン中で再結晶することで化合物C1b(6.8g)を得た。
化合物C1b(5g)の濃硫酸溶液を室温で24時間撹拌した。反応液を氷水に注ぎ、析出している固体をろ過して回収した。その固体を氷水中に再度分散し、アンモニア水で中和し、化合物C1c(0.5g)を得た。
室温下、化合物C1c(2g)のピリジン溶液にペンタノイルクロリド(バレリン酸クロリド)(2.6mL)を滴下して2時間撹拌した。氷水に反応液を注ぎ、固体を減圧ろ過した。メタノール中に分散し1時間撹拌した後、固体をろ過することで化合物C1d(1.39g)を得た。
THF(360mL)及びトルエン(72mL)の混合溶液中に化合物C1d(1.2g)とローソン試薬(1.48g)を添加した後、加熱還流しながら3時間撹拌した。エバポレーションでTHFのみ除去してトルエン溶液とした後、60℃で1時間撹拌した。その後、不溶物をろ過することで化合物C1e(0.5g)を得た。
化合物C1e(0.4g)と炭酸セシウム(1.33g)をジメチルアセトアミド中、120℃で2時間反応させた。反応液を水に注ぎ析出物をろ過した。ろ過した固体をTHF中で再結晶を繰り返し、目的化合物C1(0.12g)を合成した。得られた化合物C1の同定は、1H-NMR及びMassスペクトルにより行った。
P-1~P-8はスチレン-メチルメタクリレートブロック共重合体(PS-b-PMMA)、P-9及びP-10はスチレン-ジメチルシロキサンブロック共重合体(PS-b-PDMS)、P-11はスチレン-b-POSS置換プロピルメタアクリレートブロック共重合体(PS-POSSisoBuMA)、P-12はメチルメタクリレート-b-POSS置換プロピルメタクリレートブロック共重合体(PMMA-POSSisoBuMA)、P-13はスチレン-ビニルピリジンブロック共重合体(PS-b-P4VP)、P-14はビニルナフタレン-メチルメタクリレートブロック共重合体(PVNp-b-PMMA)、P-15はスチレン-ヒドロキシスチレンブロック共重合体(PS-b-PHS)としてP-15、並びに、P-16はポリスチレン-(エチレン-プロピレン)ジブロック共重合体である。なおΔSPの単位はMPa1/2である。
PS(ポリスチレン)のMn25000
PMMA(ポリメチルメタクリレート)のMn26000
共重合体のMn51000
構成成分の質量比(PS:PMMA)49:51
分散度1.06
ΔSP0.3
P-2:PS-b-PMMA(ポリマーソース社製、カタログNo.P4418)
PSのMn18500
PMMAのMn18000
共重合体のMn36500
構成成分の質量比(PS:PMMA)51:49
分散度1.06
ΔSP0.3
P-3:PS-b-PMMA(ポリマーソース社製、カタログNo.P10294)
PSのMn50000
PMMAのMn47000
共重合体のMn97000
構成成分の質量比(PS:PMMA)52:48
分散度1.09
ΔSP0.3
P-4:PS-b-PMMA(ポリマーソース社製、カタログNo.P8205)
PSのMn68000
PMMAのMn33000
共重合体のMn101000
構成成分の質量比(PS:PMMA)67:33
分散度1.08
ΔSP0.3
P-5:PS-b-PMMA(ポリマーソース社製、カタログNo.P5543)
PSのMn160000
PMMAのMn160000
共重合体のMn320000
構成成分の質量比(PS:PMMA)50:50
分散度1.09
ΔSP0.3
P-6:PS-b-PMMA(ポリマーソース社製、カタログNo.P10435)
PSのMn280000
PMMAのMn290000
共重合体のMn570000
構成成分の質量比(PS:PMMA)49:51
分散度1.15
ΔSP0.3
P-7:PS-b-PMMA(ポリマーソース社製、カタログNo.P10324)
PSのMn400000
PMMAのMn225000
共重合体のMn625000
構成成分の質量比(PS:PMMA)64:36
分散度1.15
ΔSP0.3
P-8:PS-b-PMMA(ポリマーソース社製、カタログNo.P800)
PSのMn139500
PMMAのMn232600
共重合体のMn372100
構成成分の質量比(PS:PMMA)37:63
分散度1.09
ΔSP0.3
P-9:PS-b-PDMS(ポリマーソース社製、カタログNo.P8709)
PSのMn22000
PDMSのMn21000
共重合体のMn43000
構成成分の質量比(PS:PDMS)51:49
分散度1.08
P-10:PS-b-PDMS(ポリマーソース社製、カタログNo.P2617)
PSのMn36000
PDMSのMn14800
共重合体のMn50800
構成成分の質量比(PS:PDMS)71:29
分散度1.04
P-11:PS-b-POSSisoBuMA(ポリマーソース社製、カタログNo.
P14022)
PSのMn6000
POSSisoBuMAのMn23000
共重合体のMn29000
構成成分の質量比(PS:POSSisoBuMA)21:79
分散度1.6
P-12:PMMA-b-POSSisoBuMA(ポリマーソース社製、カタログN
o.P9793)
PMMAのMn22000
POSSisoBuMAのMn22500
共重合体のMn44500
構成成分の質量比(PMMA:POSSisoBuMA)49:51
分散度1.10
P-13:PS-b-P4VP(ポリマーソース社製、カタログNo.P9892)
PSのMn195000
P4VPのMn204000
共重合体のMn399000
構成成分の質量比(PS:P4VP)49:51
分散度1.09
P-14:PVNp-b-PMMA(ポリマーソース社製、カタログNo.P3400
)
PVNpのMn61000
PMMAのMn68000
共重合体のMn129000
構成成分の質量比(PVNp:PMMA)47:53
分散度1.15
ΔSP1.5
P-15:PS-b-PHS(ポリマーソース社製、カタログNo.P8616)
PSのMn9000
PHSのMn6000
共重合体のMn15000
構成成分の質量比(PS:PHS)60:40
分散度1.12
ΔSP2.8
P-16:スチレン-(エチレン-プロピレン)ブロック共重合体(KRATON G
1701E(登録商標)、KRATON Polymers社製)
なお、これらブロック共重合体のΔSPは上記の通りである。
cP-1:PS-co-PMMA(ポリスチレン-ポリメチルメタクリレートランダム
共重合体(Aldrich社製)
Mw134600
Mn67000
分散度2.00
構成成分の質量比(PS:PMMA)40:60
cP-2:ポリ(α-メチルスチレン)(PαPS)
Mw407000
Mn303000
分散度1.34
[ボトムゲート-ボトムコンタクト形態のOTFTの製造]
図1(A)に示すボトムゲート-ボトムコンタクト形態のOTFTを製造した。
基板6として厚さ1mmのドープシリコン基板(ゲート電極5を兼ねる)の上にゲート絶縁層2を形成した。
ゲート絶縁層2は以下のように形成した。すなわち、ポリ(4-ビニルフェノール)(日本曹達社製、商品名:VP-8000、Mn11000、分散度1.1)6.3gと、架橋剤として2,2-ビス(3,5-ジヒドロキシメチル-4-ヒドロキシ)プロパン2.7gとを、1-ブタノール/エタノール=1/1(体積比)の混合溶媒91gに室温で完全に溶解させた。この溶解液をφ0.2μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製メンブランフィルタでろ過した。得られたろ液に酸触媒としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩0.18gを加え、基版6上に塗布し、乾燥して成膜した。その後、100℃に加熱して架橋させて、厚さ0.7μmのゲート絶縁層2を形成した。
次いで、塗布層を加熱処理しない場合(表1において「アニール温度」欄に「無し」と表記する)は、この塗布層を有機半導体層1とした。一方、塗布層を加熱処理する場合は、この塗布層を表1に示すアニール温度で30分間加熱し、有機半導体層1とした。
このようにして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造した各OTFTの特性について、下記評価をした。その結果を表1に示す。
(ブロック共重合体の相分離の評価:厚さ方向)
各OTFTの有機半導体層について、エッチング用イオンビームを併用して飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)により、元素マッピング測定をし、ブロック共重合体の自己組織化による相分離状態を、下記評価基準により、評価した。
A:有機半導体層1の深さ方向にブロック共重合体が1層に相分離していた場合
ここで、1層に相分離とはブロック共重合体がラメラ相分離して、それぞれのブロックからなる層が垂直方向に1層ずつ相分離した状態をいう。
B:有機半導体層1の深さ方向にブロック共重合体が多層に相分離していた場合
ここで、多層に相分離とはブロック共重合体がラメラ相分離して、それぞれのブロックからなる層が垂直方向に複数層ずつ相分離した状態をいう。
D:ブロック共重合体が相分離していなかった場合
得られた各OTFTについて、エッチング用イオンビームを併用し、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)により元素マッピング測定をして、有機半導体層の厚さ方向の偏在状態を評価した。評価は、下記評価基準により、行った。
A:有機半導体層1の深さ方向の表面(ゲート絶縁層2等との界面)の全面に有機半導体が偏在していた場合
B:有機半導体層1の深さ方向の表面の一部に有機半導体が偏在していた場合
ここで、一部に偏在とは、ブロック共重合体と有機半導体が混ざっており、一部に
有機半導体のみ偏在している部分がある状態をいう。
C:有機半導体層1の表面側に有機半導体が偏在していた場合
D:有機半導体が偏在していなかった場合
各OTFTのソース電極3及びドレイン電極4間に-40Vの電圧を印加し、ゲート電圧Vgを40V~-40Vの範囲で変化させ、ドレイン電流Idを表す下記式を用いてキャリア移動度μ(cm2/Vs)を算出した。
式中、Lはゲート長、wはゲート幅、Ciはゲート絶縁層2の単位面積当たりの容量、Vgはゲート電圧、Vthは閾値電圧
大気下25度にて2週間放置した後に、キャリア移動度μを測定し、下記式よりキャリア移動度維持率を算出した。
キャリア移動度維持率(%)=移動度(2週間放置後)/移動度(初期値)
各OTFTのソース電極3及びドレイン電極4間にかかる電圧を-40Vに固定し、ゲート電圧Vgを40~-40Vまでスイープさせた時の(|Id|の最大値)/(|Id|の最小値)をOn/Off比とした。
各OTFTのソース電極3及びドレイン電極4間に-40Vの電圧を印加し、ゲート電圧を40V~-40Vの範囲で変化させて、閾値電圧Vthを測定した。
このようにブロック共重合体と有機半導体とが偏在してなる有機半導体層は、有機半導体が偏在した領域がゲート絶縁層に隣接し、ボトムゲート形態のOTFT、特にボトムゲート-ボトムコンタクト形態のOTFTの性能向上に適している。具体的には、いずれの有機半導体を用いても、ブロック共重合体と有機半導体とが偏在してなる有機半導体層を備えた本発明のOTFTは、本発明に用いる上記特定のブロック共重合体以外のポリマーを用いて形成した有機半導体層を備えたOTFT(試料No.c1-1~c1-3、c1-5~c1-7、c1-9~c1-11及びc1-13~c1-15)、及び、有機半導体のみを用いて形成した有機半導体層を備えたOTFT(試料No.c1-4、c1-8、c1-12及びc1-16)に比べて、キャリア移動度μ及びキャリア移動度μの維持率が高かった(耐久性に優れた)。またOn/Off比も高く、さらには閾値電圧Vthが低く、優れた特性を有していた。
この場合、PS-b-PMMA、PS-b-PHS、PS-b-P4VP等の数平均分子量Mnが40000~70000であるとブロック共重合体が多層に相分離し、一方、数平均分子量Mnが90000~600000であるとブロック共重合体のそれぞれのブロックが1層に相分離することが確認できた。
また、PS-b-PDMS、PS-b-POSSisoBuMA、PMMA-b-POSSisoBuMA、BP-1A、BP-4A、BP-5F、BP-6C、CBP-2A、CBP-3A及びCBP-3Bはいずれも1層にラメラ相分離することが確認できた。これは、これらブロック共重合体の相互作用パラメータχが大きいためと、考えられる。
このように、ブロック共重合体の相分離に着目すると、数平均分子量又は相互作用パラメータχに応じてブロック共重合体が1層にラメラ相分離することにより、ブロック共重合体の、有機半導体の偏在助長効果が高くなって、OTFTの性能向上効果がより増大した。
特に、フッ素原子を有するブロック共重合体BP-5F及びCBP-3Aは、OTFTの性能向上効果が高かった。
このように、自己組織化による相分離可能な、特にラメラ相分離可能なブロック共重合体であれば、上記特定のブロック共重合以外のものであっても、OTFTの性能向上効果を奏することが分かった。
[ボトムゲート型OTFTの製造及び評価]
実施例2では、有機半導体と、ブロック共重合体及びPαMSとを用いて、ボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1の試料1-11、1-31、1-43及び1-60において、ブロック共重合体P-9の半分(0.25mg)をPαMSに置き換えたこと(ブロック共重合体P-9とPαMSの合計0.5mg)以外は試料1-11、1-31、1-43及び1-60と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
また、実施例1の試料1-13、1-32、1-44及び1-62において、ブロック共重合体P-11の半分(0.25mg)をPαMSに置き換えたこと(ブロック共重合体P-11とPαMSの合計0.5mg)以外は試料1-13、1-32、1-44及び1-62と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
また、実施例1の試料1-24、1-36、1-48及び1-73において、ブロック共重合体CBP-3Aの半分(0.25mg)をPαMSに置き換えたこと(ブロック共重合体CBP-3AとPαMSの合計0.5mg)以外は試料1-24、1-36、1-48及び1-73と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
[ボトムゲート型OTFTの製造及び評価]
実施例3では、上記有機半導体以外の有機半導体を用いて、ボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1において、有機半導体として、上記A26、A27、C1、C4、C7、D1、E2、F2、F5、F10、G12、G14、H10、H11、J2、J3、K2、K3、L2、L5、L6、L8、L15、M8、N4、P3、Q3、R1、S1又はT1を用いたこと以外は実施例1と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造したOTFTそれぞれについて、実施例1と同様にして、ブロック共重合体の相分離:厚さ方向、有機半導体の偏在:水平方向及び厚さ方向、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比並びに閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。
[ボトムゲート-ボトムコンタクト形態のOTFTの製造及び評価]
実施例4では、ゲート絶縁層2を形成する有機高分子を代えてボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1において、ゲート絶縁層2を形成する有機高分子をポリ(4-ビニルフェノール)に代えて、ポリビニルフェノール(日本曹達製、VP-8000、Mn11000、分散度1.1)、ポリシルセスキオキサン(東亞合成製、OX-SQ HDXOX-SQ NDX)、又は、フッ素樹脂(旭硝子製、CYTOP(登録商標) CTL-809M)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造したOTFTそれぞれについて、実施例1と同様にして、ブロック共重合体の相分離:厚さ方向、有機半導体の偏在:水平方向及び厚さ方向、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比並びに閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。
[ボトムゲート-ボトムコンタクト形態のOTFTの製造及び評価]
実施例5では、無機酸化物で形成したゲート絶縁層2を備えたボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1において、ゲート絶縁層2を形成する有機高分子に代えて、表面0.3μmを熱酸化してSiO2を形成したシリコン基板をゲート絶縁層2として用いたこと以外は実施例1と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造したOTFTそれぞれについて、実施例1と同様にして、ブロック共重合体の相分離:厚さ方向、有機半導体の偏在:水平方向及び厚さ方向、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比並びに閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。
[下地層を有する、ボトムゲート-ボトムコンタクト形態のOTFTの製造及び評価]
実施例6では、有機半導体層1の下地層7をゲート絶縁層2上に形成した、ボトムゲート-ボトムコンタクト形態のOTFT1(図1(A))を製造し、その特性を評価した。
より詳細には、上記実施例1において、ブロック共重合体としてPS-b-PMMA(P-1~P-8)を用いたOTFTそれぞれについて、PS-b-PMMAと同じモノマー成分であるPS及びPMMAそれぞれを構成成分とする下地層形成用共重合体Aとしての下記ランダム共重合体RP-1又はBRP-1からなる下地層7をゲート絶縁層上に成膜して、下地層7を有するOTFT1をそれぞれ製造した。
同様に、実施例1において、ブロック共重合体としてBP-6Cを用いたOTFTそれぞれについて、これと同じモノマー成分それぞれを構成成分とする下地層形成用共重合体Aとしての下記ランダム共重合体RP-2又はBRP-2からなる下地層7をゲート絶縁層上に成膜して、下地層を有するOTFT1をそれぞれ製造した。
各下地層7は、それぞれ、ランダム共重合体10mgをPGMEA1mLに溶解した塗布液を調製し、スピンコート法により、成膜した。
なお、BRP-1及びBRP-2を用いた下地層の形成に際しては、酸触媒としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩を塗布液中の固形分に対し1質量%の濃度で含有させて、塗布、成膜後に100℃で加熱して架橋構造を形成させた。
成膜した下地層7の厚さはいずれも50nmであった。
[下地層を兼ねるゲート絶縁層を有する、ボトムゲート-ボトムコンタクト形態のOTFTの製造及び評価]
実施例7では、下地層を兼ねるゲート絶縁層を有するボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
実施例1において、ブロック共重合体としてPS-b-PMMA(P-1~P-8)を用いたOTFTそれぞれについて、ゲート絶縁層自体を下地層形成用共重合体Aとしての上記ランダム共重合体RP-1又はBRP-1で形成して、下地層を兼ねるゲート絶縁層2を有するOTFTをそれぞれ製造した。
同様に、実施例1において、ブロック共重合体としてP-3~P-11、BP-4A、CBP-3Aを用いたOTFTそれぞれについて、これのモノマー成分の1つであるPSを構成成分とする下地層形成用共重合体Bとしての下記ランダム共重合体BRP-3でゲート絶縁層自体を形成して、下地層を兼ねるゲート絶縁層を有するOTFTをそれぞれ製造した。
また同様に、実施例1において、ブロック共重合体としてBP-6C、BP-5F、BP-1Aを用いたOTFTそれぞれについて、これのモノマー成分の1つであるt-ブチルスチレンを構成成分とする下地層形成用共重合体Bとしての下記ランダム共重合体BRP-4でゲート絶縁層自体を形成して、下地層を兼ねるゲート絶縁層を有するOTFTをそれぞれ製造した。
なお、BRP-1、BRP-3及びBRP-4を用いたゲート絶縁層の形成に際しては、酸触媒としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩を塗布液中の固形分に対し1質量%の濃度で含有させ、塗布、成膜後に100℃で加熱して架橋構造を形成させた。
その結果、ゲート絶縁層を形成する有機高分子として、有機半導体層に用いるブロック共重合体を構成するすべてのモノマー成分と同じモノマー成分を構成成分として含有するランダム共重合体(下地層形成用共重合体A)を用いても、またブロック共重合体を構成するモノマー成分の1つと同じモノマー成分を構成成分とするランダム共重合体(下地層形成用共重合体B)を用いても、さらに架橋基含有モノマー成分を構成成分として含有するランダム共重合体を用いても、実施例1と同様の結果が得られた。
[トップゲート-トップコンタクト形態のOTFTの製造]
実施例8では、図1(D)に示すトップゲート-トップコンタクト形態のOTFTを製造し、その特性等を評価した。
ガラス基板(NECコーニング社製、OA10)を水で洗浄し、乾燥したものを基板6として用いた。
次いで、ポリメチルメタクリレートの酢酸ブチル溶液(濃度5w/v%)を、スピンコート法(回転数2400rpm)により塗布した後、60℃で10分間乾燥した。このようにして厚さ500nmの下地層7を成膜した。
調製した塗布液を、ぞれぞれ、下地層7上に、乾燥後の層厚が150nmとなるように、25℃でスピンコート法(回転数500rpm)により塗布した。その後、25℃(室温)で乾燥して、有機半導体及びブロック共重合体を含有する塗布層を成膜した。
次いで、塗布層を加熱処理しない場合(表2において「アニール温度」欄に「無し」と表記する)は、この塗布層を有機半導体層1とした。一方、塗布層を加熱処理する場合は、この塗布層を表1に示すアニール温度で30分間加熱し、有機半導体層1とした。
次いで、ポリ(4-ビニルフェノール)(日本曹達社製、商品名:VP-8000、Mn11000、分散度1.1)6.3gと、架橋剤として2,2-ビス(3,5-ジヒドロキシメチル-4-ヒドロキシ)プロパン2.7gとを、1-ブタノール/エタノール=1/1(体積比)の混合溶媒91gに室温で完全に溶解させた。この溶解液をφ0.2μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製メンブランフィルタでろ過した。得られたろ液に酸触媒としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩0.18gを加え、有機半導体層1並びにソース電極3及びドレイン電極4上に塗布し、乾燥して成膜した。その後、100℃に加熱して架橋させて、厚さ0.7μmのゲート絶縁層2を形成した。
このようにして、図1(D)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造した各OTFTの特性について、実施例1と同様にして、ブロック共重合体の相分離:厚さ方向、有機半導体の偏在:水平方向及び厚さ方向、結晶粒径、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比並びに閾値電圧Vthを評価した。なお、有機半導体の偏在評価は、下記順により、評価した。結果を表2に示す。
A:有機半導体層1の基板6と反対側表面(ゲート絶縁層2等との界面)の全面に有機半導体が偏在していた場合
B:有機半導体層1の基板6と反対側表面の一部に有機半導体が偏在していた場合
C:有機半導体層1の深さ方向(下地層7側)に有機半導体が偏在していた場合
D:有機半導体が偏在していなかった場合
これは、実施例8で用いたブロック共重合体が、PSブロックがゲート絶縁層2側にラメラ相分離しやすいためと、考えられる。加えて、下地層7をPMMAで成膜していることから、このラメラ相分離が助長されたためとも、考えられる。
特に、ブロック共重合体を相分離させると、特定のブロック共重合はもちろん、これ以外のブロック共重合体であっても、高性能の有機薄膜トランジスタが得られることがわかった。具体的には、特定のブロック共重合体を相分離させると、さらに高性能の有機薄膜トランジスタが得られ、特定のブロック共重合体以外のブロック共重合体であっても高性能の有機薄膜トランジスタが得られた。
1A ブロック共重合体の含有率が多い領域(ブロック共重合体からなる層)
1B 有機半導体の含有率が多い領域(有機半導体かならる層)
2 ゲート絶縁層
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
6 基板
7 下地層
Claims (22)
- 基板上に、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極及び前記有機半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、前記有機半導体層に接して設けられ、前記有機半導体層を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する有機薄膜トランジスタであって、
前記有機半導体層が、有機半導体とブロック共重合体とを含有し、
前記ブロック共重合体が、スチレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体、スチレン-(メタ)アクリル酸ブロック共重合体、スチレン-ジアルキルシロキサンブロック共重合体、スチレン-アルキルアリールシロキサンブロック共重合体、スチレン-ジアリールシロキサンブロック共重合体、スチレン-シルセスキオキサン置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体、(メタ)アクリル酸エステル-シルセスキオキサン置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体、スチレン-ビニルピリジンブロック共重合体、スチレン-ヒドロキシスチレンブロック共重合体、スチレン-エチレンオキシドブロック共重合体、及び、ビニルナフタレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体から選択される少なくとも1種のブロック共重合体である有機薄膜トランジスタ。 - 基板上に、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極及び前記有機半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、前記有機半導体層に接して設けられ、前記有機半導体層を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する有機薄膜トランジスタであって、
前記有機半導体層が、有機半導体とブロック共重合体とを含有し、
前記ブロック共重合体が相分離している有機薄膜トランジスタ。 - 前記有機半導体が、前記ブロック共重合体の各ブロックが形成する相のうち親和性が高いブロックが形成する相、又は、該相とゲート絶縁層との間に、偏在している請求項2に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体が、前記ゲート絶縁層側に偏在している請求項3に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体が、低分子化合物である請求項1~4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体が、縮合多環芳香族化合物である請求項1~5のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体が、下記一般式(C)~(T)のいずれかで表される化合物である請求項1~6のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
一般式(C)中、AC1、AC2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RC1~RC6は水素原子又は置換基を表し、RC1~RC6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又は窒素原子を表し、AD2はCRD8又は窒素原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1~RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1~RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1~RE8は水素原子又は置換基を表し、RE1~RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(F)中、XF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RF1~RF10、RFa及びRFbは水素原子又は置換基を表し、RF1~RF10、RFa及びRFbのうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基である。p及びqは0~2の整数を表す。
一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又は窒素原子を表し、AG2はCRG8又は窒素原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表し、RG1~RG8は水素原子又は置換基を表し、RG1~RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(H)中、XH1~XH4はNRH7、酸素原子又は硫黄原子を表し、RH7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RH1~RH6は水素原子又は置換基を表し、RH1~RH6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(J)中、XJ1及びXJ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRJ9を表す。XJ3及びXJ4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RJ1~RJ9は水素原子又は置換基を表し、RJ1~RJ9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RK1~RK9は水素原子又は置換基を表し、RK1~RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。RL1~RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1~RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(M)中、XM1及びXM2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRM9を表す。RM1~RM9は水素原子又は置換基を表し、RM1~RM9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。RN1~RN13は水素原子又は置換基を表し、RN1~RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。RP1~RP13は水素原子又は置換基を表し、RP1~RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(Q)中、XQ1及びXQ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRQ13を表す。RQ1~RQ13は水素原子又は置換基を表し、RQ1~RQ13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。RR1~RR9は水素原子又は置換基を表し、RR1~RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(S)中、XS1、XS2、XS3及びXS4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRS7を表す。RS1~RS7は水素原子又は置換基を表し、RS1~RS7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(T)中、XT1、XT2、XT3及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。RT1~RT7は水素原子又は置換基を表し、RT1~RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(W): -L-RW
一般式(W)中、Lは下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基又は2以上の下記一般式(L-1)~(L-25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した2価の連結基を表す。
RWは置換又は無置換のアルキル基、シアノ基、ビニル基、エチニル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基を表す。
一般式(L-1)~(L-25)中、波線部分は上記一般式(C)~(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置を表す。*はRwとの結合位置又は一般式(L-1)~(L-25)の波線部分との結合位置を表す。
一般式(L-13)におけるmは4を表し、一般式(L-14)及び(L-15)におけるmは3を表し、一般式(L-16)~(L-20)におけるmは2を表し、(L-22)におけるmは6を表す。
一般式(L-1)、(L-2)、(L-6)及び(L-13)~(L-24)におけるRLZはそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。
RNは水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。 - 前記有機半導体が、前記一般式(C)、前記一般式(F)、前記一般式(J)又は前記一般式(L)のいずれかで表される化合物である請求項7に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記ブロック共重合体の分散度が、1.20未満である請求項1~8のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記ブロック共重合体が、スチレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体、スチレン-ジアルキルシロキサンブロック共重合体、スチレン-シルセスキオキサン置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体、(メタ)アクリル酸エステル-シルセスキオキサン置換アルキル(メタ)アクリレートブロック共重合体、スチレン-ビニルピリジンブロック共重合体、スチレン-ヒドロキシスチレンブロック共重合体及びビニルナフタレン-(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体から選択される少なくとも1種のブロック共重合体である請求項1~9のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記一般式(II)で表される繰り返し単位からなるブロックが、下記一般式(II-1)、(II-2)及び(II-3)のいずれかで表される繰り返し単位からなるブロックである請求項11に記載の有機薄膜トランジスタ。
一般式(II-1)、(II-2)及び(II-3)中、R2は前記一般式(II)におけるR2と同義である。R4a及びR5aは水素原子又はメチルを表す。R7は炭素数1~12の無置換アルキル基又は炭素数3~12の無置換シクロアルキル基を表す。R8及びR9は水素原子又はフッ素原子を表す。ただし、同一の炭素原子に結合するR8及びR9の少なくとも1つはフッ素原子である。R10は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。n1aは2~4の整数を、n2aは1~6の整数を表す。n3は1又は2を表し、n4は1~8の整数を表す。 - 前記一般式(I)で表される繰り返し単位のSP値と前記一般式(II)で表される繰り返し単位のSP値との差の絶対値が、0.5~4.0MPa1/2である請求項11又は12に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記ブロック共重合体を構成するブロックが2種類である場合、該2種類の繰り返し単位のSP値の差の絶対値が、0.5~4.0MPa1/2である請求項1~10のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁層が、有機高分子で形成されている請求項1~14のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体層の、前記基板側に下地層を有する請求項1~15のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記下地層が、前記ブロック共重合体を構成する少なくとも1つのモノマー成分と同じモノマー成分を構成成分として有する重合体Bを含有する請求項16に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記下地層が、前記ブロック共重合体を構成するすべてのモノマー成分と同じモノマー成分を構成成分として有するランダム共重合体Aを含有する請求項16に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記ランダム共重合体A及び前記重合体Bが、架橋基含有モノマー成分を構成成分として含有する請求項17又は18に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記薄膜トランジスタがボトムゲート形態であり、前記ゲート絶縁層が前記下地層を兼ねている請求項16~19のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 請求項2~20のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記有機半導体と前記ブロック共重合体とを含有する塗布液を、前記基板又は前記ゲート絶縁層上に塗布して成膜し、得られた膜を加熱して前記ブロック共重合体を相分離させる有機薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記塗布により、前記有機半導体を偏在させる請求項21に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
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