JP2005281180A - 縮合多環芳香族化合物微粒子及びその製造方法、並びに、縮合多環芳香族化合物薄膜及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ペンタセンと1,2,4−トリクロロベンゼンとの混合物を加熱して、均一溶液を調整した。この溶液を急冷し、ペンタセンの微粒子を析出させて、ペンタセン微粒子が1,2,4−トリクロロベンゼンに分散した分散物を得た。ソース・ドレイン電極として金電極のパターンを形成したシリコン基板を100℃に加熱し、その表面に分散物を塗布した。すると、ペンタセン微粒子がシリコン基板上で1,2,4−トリクロロベンゼンに溶解して、赤紫色溶液を形成した。そして、その後、1,2,4−トリクロロベンゼンが蒸発してペンタセンの青紫色薄膜が形成され、トランジスタが形成された。
【選択図】 なし
Description
有機半導体材料としては、ポリフェニレンビニレン,ポリピロール,ポリチオフェン等の共役系高分子化合物やそのオリゴマーとともに、アントラセン,テトラセン,ペンタセン等のポリアセン化合物を中心とする芳香族化合物が研究されている。特に、ポリアセン化合物は分子間凝集力が強いため高い結晶性を有していて、これによって高いキャリア移動度と、それによる優れた半導体デバイス特性とを発現することが報告されている。
また、蒸着法以外の方法でポリアセン化合物の薄膜を形成する方法として、ポリアセン化合物の一種であるペンタセンの前駆体の溶液を基板上に塗布し、加熱処理してペンタセン薄膜を形成する方法が報告されている(非特許文献4を参照)。この方法は、ポリアセン化合物のような縮合多環芳香族化合物は一般的な溶媒に対する溶解性が低く、ウェットプロセスによって溶液から薄膜を形成することが困難であるため、溶解性の高い前駆体の溶液を用いて薄膜を形成し、熱により前駆体をポリアセン化合物に変換するというものである。
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そこで、本発明は、前述のような従来技術が有する問題点を解決し、高い移動度を発現する有機半導体薄膜及びその製造方法、並びに該有機半導体薄膜をウェットプロセスによって製造するための材料及びその製造方法を提供することを課題とする。また、電子特性の優れた有機半導体素子を提供することを併せて課題とする。
また、本発明に係る請求項2の縮合多環芳香族化合物微粒子の製造方法は、請求項1に記載の縮合多環芳香族化合物微粒子を製造する方法であって、前記縮合多環芳香族化合物が溶解した溶液を冷却すること、又は、前記縮合多環芳香族化合物が溶解した溶液を前記縮合多環芳香族化合物の難溶性溶媒と混合することにより、前記溶液から前記縮合多環芳香族化合物の微粒子を析出させることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項4の縮合多環芳香族化合物の分散物は、請求項3に記載の縮合多環芳香族化合物の分散物において、前記縮合多環芳香族化合物を溶解可能な有機化合物を含有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項5の縮合多環芳香族化合物薄膜の製造方法は、請求項3又は請求項4に記載の縮合多環芳香族化合物の分散物をベース上に配する工程と、前記ベース上の前記分散物を加熱する工程と、を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項7の縮合多環芳香族化合物薄膜は、請求項5又は請求項6に記載の縮合多環芳香族化合物薄膜の製造方法により製造された縮合多環芳香族化合物薄膜である。
さらに、本発明に係る請求項8の有機半導体素子は、請求項7に記載の縮合多環芳香族化合物薄膜で少なくとも一部を構成したことを特徴とする。
本発明において用いられる縮合多環芳香族化合物としては、複数(例えば、2個以上15個以下)のベンゼン環が縮合した多環構造の芳香族化合物が好ましい。このような化合物としては、例えば、アントラセン,テトラセン,ペンタセン,ヘキサセン,オバレン,コロネン,ジベンゾコロネン,ヘキサベンゾコロネン,テリレン,クオテリレン,イソビオラントレン,ビスアンテン,アンタンスレン,サーカムアントラセン,テトラベンゾコロネン,ジコロニレン,サーコビフェニルがあげられる。
これらのハロゲン化炭化水素や炭化水素は、縮合多環芳香族化合物の溶解性の高さを考えると好適であり、芳香族ハロゲン化炭化水素がより好ましい。
縮合多環芳香族化合物が分散媒に分散された分散物を基板等のベース上に配し、常温よりも高い温度に加熱すると、加熱された分散物から分散媒(縮合多環芳香族化合物を溶解可能な有機化合物が分散物に含有されている場合には、分散媒及び有機化合物)が蒸発して除去され、ベース上に縮合多環芳香族化合物薄膜が形成される。
前記分散物全体における有機化合物の含有量は、30質量%以上99.9質量%以下とすることが好ましい。30質量%未満であると、分散物中の縮合多環芳香族化合物の溶解が不十分となるため好ましくない。良好な薄膜の形成には、縮合多環芳香族化合物の含有量は0.1質量%超過であることが好ましいため、有機化合物の含有量の上限値は99.9質量%となる。
さらに、縮合多環芳香族化合物を含有する分散物を基板等のベース上に配する方法としては、塗布,噴霧の他、ベースを前記分散物に接触させる方法等があげられる。具体的には、スピンコート,ディップコート,スクリーン印刷,インクジェット印刷,ブレード塗布,印刷(平版印刷,凹版印刷,凸版印刷等)等の公知の方法があげられる。
このようにして製造された縮合多環芳香族化合物薄膜は高い結晶性を有しているため、高い移動度を有するなど、半導体特性に優れている。このため、本発明の縮合多環芳香族化合物薄膜を用いた有機半導体素子は、高性能となり好ましい。
また、半導体素子がダイオードである場合には、その素子構造としては、例えば、電極/n型半導体層/p型半導体層/電極という構造があげられる。そして、p型半導体層に本発明の縮合多環芳香族化合物薄膜が使用され、n型半導体層に前述のn型半導体が使用される。
また、本発明の有機半導体素子は、ICカード,スマートカード,及び電子タグにおける演算素子,記憶素子としても利用することができる。その場合、これらが接触型であっても非接触型であっても、問題なく適用可能である。このICカード,スマートカード,及び電子タグは、メモリ,パルスジェネレータ,信号分割器,コントローラ,キャパシタ等で構成されており、さらにアンテナ,バッテリを備えていてもよい。
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
ペンタセン粉末(アルドリッチ社製)30mgと1,2,4−トリクロロベンゼン30mlとの混合物を、窒素雰囲気下で120℃に加熱して、青紫色の均一溶液を調整した。この溶液をステンレス製容器に一気に移し、溶液を急冷したところ、ペンタセンの微粒子が析出し、ペンタセン微粒子が1,2,4−トリクロロベンゼンに分散した分散物が得られた。この分散物から遠心分離により固形分を取り出し、得られたペンタセン微粒子を電子顕微鏡で観察したところ、平均粒径0.2μmの板状粒子であることが分かった。
実施例1と同様にして調整した均一溶液に、室温のイソプロパノール100mlを添加したところ、ペンタセンの微粒子が析出し、ペンタセン微粒子が1,2,4−トリクロロベンゼンとイソプロパノールとの混合物に分散した分散物が得られた。この分散物から遠心分離により固形分を取り出し、得られたペンタセン微粒子を電子顕微鏡で観察したところ、平均粒径230nmの微粒子であることが分かった。
まず、n型ドーパントでヘビードープされたシリコン基板(厚さ200nmの酸化膜を表面に備えている)を用意し、その表面にソース・ドレイン電極として金電極のパターンを形成した。このような電極パターンが形成されたシリコン基板を100℃に加熱し、実施例1で得られた分散物(遠心分離前のもの)をシリコン基板の表面に塗布した。すると、ペンタセン微粒子がシリコン基板上で1,2,4−トリクロロベンゼンに溶解して、赤紫色溶液が形成された後、1,2,4−トリクロロベンゼンが蒸発してペンタセンの青紫色薄膜が形成された。
このようにして形成されたトランジスタの電界効果トランジスタ特性を、シリコン基板をゲート電極、表面の金電極をソース・ドレイン電極、ペンタセン薄膜を半導体層として評価した。その結果、移動度は0.23cm2 /V・sで、on/off電流比は1×105 であった。
実施例1で得られたペンタセン微粒子10mgをメチルエチルケトン5mlに分散して、液状の分散物を調整した。さらに、この分散物にo−ジクロロベンゼン(縮合多環芳香族化合物を溶解可能な有機化合物に相当する)1mlを添加した。実施例3と同様のシリコン基板を用意し、その表面に分散物を塗布した後、シリコン基板を加熱した。その結果、シリコン基板の表面上で、実施例3と同様に赤紫色溶液が形成された後、溶媒が蒸発して青色のペンタセン薄膜が形成された。
このようにして形成されたトランジスタの電界効果トランジスタ特性を、シリコン基板をゲート電極、表面の金電極をソース・ドレイン電極、ペンタセン薄膜を半導体層として評価した。その結果、移動度は0.18cm2 /V・sで、on/off電流比は1×105 であった。
実施例1で得られたペンタセン微粒子10mgをメチルエチルケトン5mlに分散して、液状の分散物を調整した。実施例3と同様のシリコン基板を用意し、その表面に分散物を塗布した後、メチルエチルケトンを蒸発させてシリコン基板上にペンタセン粉末層を形成した。
このペンタセン粉末層にジクロロベンゼンを数滴滴下した後、120℃に加熱したホットプレート上にシリコン基板を載置して加熱した。その結果、ジクロロベンゼンを滴下した部分のペンタセン微粒子が溶解し、赤紫色溶液が形成された後、ジクロロベンゼンが蒸発してペンタセン薄膜が形成された。
実施例1と同様にして調整した均一溶液を、100℃に加熱した金属製噴霧器を用いてガラス板に噴霧した。ガラス板の表面に付着したペンタセンを電子顕微鏡で観察したところ、平均粒径3μmのペンタセン微粒子であることが分かった。
また、実施例3と同様のシリコン基板を用意して180℃に加熱し、その表面に前記均一溶液を前記噴霧器を用いて噴霧した。シリコン基板を室温に冷却した後、上記のようにして形成されたトランジスタの電界効果トランジスタ特性を、シリコン基板をゲート電極、表面の金電極をソース・ドレイン電極、ペンタセン薄膜を半導体層として評価した。その結果、移動度は0.08cm2 /V・sで、on/off電流比は1×105 であった。
オバレン10mg(Dr.Ehrenstofer社製)と1,2,4−トリクロロベンゼン10mlとを混合した後、150℃で加熱して溶液を調整した。この溶液を実施例1と同様にステンレス製容器に一気に移し、溶液を急冷したところ、オバレンの薄黄色微粒子が析出し、オバレン微粒子が1,2,4−トリクロロベンゼンに分散した分散物が得られた。この分散物から遠心分離により固形分(オバレン微粒子)を取り出し、得られたオバレン微粒子を電子顕微鏡で観察したところ、平均粒径(長径)5μmの針状粒子であることが分かった。
Claims (8)
- 複数のベンゼン環が縮合した多環構造を有する縮合多環芳香族化合物の微粒子において、平均粒径が5nm以上30μm以下であることを特徴とする縮合多環芳香族化合物微粒子。
- 請求項1に記載の縮合多環芳香族化合物微粒子を製造する方法であって、前記縮合多環芳香族化合物が溶解した溶液を冷却すること、又は、前記縮合多環芳香族化合物が溶解した溶液を前記縮合多環芳香族化合物の難溶性溶媒と混合することにより、前記溶液から前記縮合多環芳香族化合物の微粒子を析出させることを特徴とする縮合多環芳香族化合物微粒子の製造方法。
- 請求項1に記載の縮合多環芳香族化合物微粒子を分散媒に分散させたことを特徴とする縮合多環芳香族化合物の分散物。
- 前記縮合多環芳香族化合物を溶解可能な有機化合物を含有することを特徴とする請求項3に記載の縮合多環芳香族化合物の分散物。
- 請求項3又は請求項4に記載の縮合多環芳香族化合物の分散物をベース上に配する工程と、前記ベース上の前記分散物を加熱する工程と、を備えることを特徴とする縮合多環芳香族化合物薄膜の製造方法。
- 請求項3に記載の縮合多環芳香族化合物の分散物をベース上に配する工程と、前記縮合多環芳香族化合物を溶解可能な有機化合物を前記ベース上の前記分散物に供給する工程と、前記ベース上の前記分散物を加熱する工程と、を備えることを特徴とする縮合多環芳香族化合物薄膜の製造方法。
- 請求項5又は請求項6に記載の縮合多環芳香族化合物薄膜の製造方法により製造された縮合多環芳香族化合物薄膜。
- 請求項7に記載の縮合多環芳香族化合物薄膜で少なくとも一部を構成したことを特徴とする有機半導体素子。
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