JP2006232986A - 導電性高分子並びにそれを用いた有機電子デバイス及び電界効果トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 下記一般式(1)で表わされる構造の導電性高分子であって、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が1.3以下であり、且つ、隣り合うチオフェン環の結合に対する2,5’−結合の占める割合が95%以上である。
(式(1)中、Rは、炭素数4以上のアルキル基を表わし、X及びX’はそれぞれ独立に、水素原子、塩素原子又は臭素原子を表わし、nは、110以上、220以下の整数を表わす。)
【選択図】 なし
Description
<I−1.導電性高分子の特徴>
本発明に係る導電性高分子は、下記一般式(1)で表わされる構造を有する立体規則的ポリ(3−アルキルチオフェン)であって、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(gel permeation chromatography:以下適宜「GPC」と略する。)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が1.3以下であり、且つ、隣り合うチオフェン環の結合のうち2,5’−結合の占める割合が95%以上であることを特徴とする。
は、GPCにより測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)のことを表わす。
本発明の導電性高分子は、例えば、通常の立体規則的ポリ(3−アルキルチオフェン)と同様に、Ni触媒やPd触媒等の遷移金属触媒の存在下で、下記一般式(3)で表されるアルキルチオフェン誘導体(以下「アルキルチオフェン誘導体(3)」と呼ぶ。)をカップリング反応させることにより製造される。
本発明の導電性高分子は、絶縁体よりは電気を通しやすいが、本質的な電荷を持っていないために、金属領域の電気伝導度よりは電気を通しにくいものである。その電気伝導度は通常10-6S/cm以下、好ましくは10-7S/cm以下、また、通常10-12S/cm以上、好ましくは10-11S/cm以上である。
本発明に係る有機電子デバイスは、本発明の導電性高分子を有機半導体として用い、2個以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を、電気、光、磁気、又は化学物質等により制御するデバイス、あるいは、印加した電圧や電流により、光や電場、磁場を発生させる装置である。例えば、電圧や電流の印加により電流や電圧を制御する素子、磁場の印加による電圧や電流を制御する素子、化学物質を作用させて電圧や電流を制御する素子が挙げられる。この制御としては、整流、スイッチング、増幅、発振が挙げられる。現在シリコン等で実現されている対応するデバイスとしては、抵抗器、整流器(ダイオード)、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)、増幅素子(トランジスタ)、メモリー素子、化学センサー等、あるいはこれらの素手の組み合わせや集積化したデバイスが挙げられる。
熱処理により、成膜時に生じた膜中の歪みを緩和することができ、特性の向上や安定化を図ることができる。更に、酸素や水素等の酸化性或いは還元性の気体や液体にさらすことにより、酸化或いは還元による特性変化を誘起することもできる。これは例えば膜中のキャリア密度の増加或いは減少の目的で利用することができる。
上述の参考文献Aに記載の方法により製造された立体規則的ポリ(3−ヘキシルチオフェン)を用い、溶剤分割及びカラム分離(日本分析工業製LC−908W型、カラムJAIGEL−5H及びJAIGEL−3H使用、展開溶媒トルエン)を行なうことにより、GPC(東ソー製HLC−8220型)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、及び、重量平均分子量(Mw)とGPCで測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が、それぞれ下記の表1に示す値のポリ(3−ヘキシルチオフェン)を取得した。これらを下記の表1に従って、それぞれ実施例1及び比較例1〜7の導電性高分子と呼ぶ。
上述の実施例1、比較例1、比較例2の導電性高分子を、それぞれトルエンに加熱溶解することにより、1.4重量%のトルエン溶液を調製した。これらの溶液を用いて、吸光度計測器(島津製作所製 UV-3100PC UV-VIS-NIR Scanning Spectrophotometer、密封可能型光路長1mmセル使用)を用い、紫外−可視吸収の室温における経時変化を測定した。その結果を図2に示す。610nm近辺の吸収ピークは、上述の非特許文献3、非特許文献5などに記載されているように、図1に示す結晶構造において、立体規則的ポリ(3−ヘキシルチオフェン)主鎖における隣接チオフェン間同士の平面性が高いために起こる振電(バイブロニック)構造における0−0遷移に帰属される。従って、このピーク強度は、高濃度溶液における立体規則的ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の凝集による、図1に示す結晶構造の形成の程度を表わしている。加熱溶解後はいずれの分子量の溶液においてもこのピークは観測されなかった。図2から分かるように、9時間後における実施例1の導電性高分子の溶液(図2の符号4)におけるピーク強度は、9時間後における比較例1の導電性高分子の溶液(図2符号5)におけるピーク強度、及び、16時間後における比較例2の導電性高分子の溶液(図2符号6)におけるピーク強度よりも強かった。
上述の実施例1、比較例1、比較例4、比較例6、比較例7の導電性高分子を用い、ドライアルゴン雰囲気下で0.6重量%のトルエン溶液を調製し、2インチSi基板のヘキサメチルジシラザン処理を行なったSiO2膜(厚み2000Å)上にキャストして製膜した。膜厚は全て1μmであった。これらキャスト膜に対して、斜入射X線回折測定(リガク製 RINT 2000、インプレーンゴニオメーター使用)を行なった。主鎖間π−πスタッキングの方向は、図1に示すように基板(図1符号3)と平行となっており、膜面内での主鎖配向の異方性は見られなかった。測定結果を図3(a)、(b)、(c)に示す。図3(a)の回折ピークは主鎖間π−πスタッキング配列の基板に垂直方向への積層に由来する(符号7:1次の回折ピーク、符号8:2次の回折ピーク、符号9:3次の回折ピーク)。図3(b)は図3(a)の回折ピークにおける1次の回折ピーク近辺のものである。図3(c)の回折ピークは主鎖間π−πスタッキングに由来する。図3(b)から分かるように、実施例1の導電性高分子の立体規則的ポリ(3−ヘキシルチオフェン)を用いたキャスト膜の回折ピーク(符号10)面積は、比較例6の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク(符号11)面積、比較例4の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク(符号12)面積よりも広く、また、比較例7の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク(符号13)面積、比較例1の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク(符号14)面積よりも広い。また、図3(c)から分かるように、実施例1の導電性高分子を用いたキャスト膜の回折ピーク(符号15)面積は、比較例6、比較例4、比較例7の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク(符号16)面積、及び、比較例1の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク(符号17)面積よりも広い。
実施例1、比較例7の導電性高分子を用い、ドライアルゴン雰囲気下で0.6重量%トルエン溶液を調製し、2インチSi基板のヘキサメチルジシラザン処理を行なったSiO2膜(厚み2000Å)上にキャストして製膜した。膜厚は全て1μmであった。これらキャスト膜に対して真空蒸着法によりシャドウマスクを用いてチャネル長20μm、チャネル幅5mmの金ソース・ドレイン電極を形成し、トップコンタクト型電界効果トランジスタを作成した。電極厚みは約500Åであった。ゲート電圧を変化させ測定したソース・ドレイン間の電流−電圧特性(Keithley製 Model 2400 Source Meter, Model 6430 Sub- Femtoamp Remote Source Meter)における飽和電流領域から算出した移動度は、実施例1の導電性高分子を用いた電界効果トランジスタにおいて0.01cm2/Vsであり、比較例7の導電性高分子を用いた電界効果トランジスタにおいて0.005cm2/Vsであった。
2 主鎖間π−πスタッキング配列の積層方向
3 基板
4 実施例1の導電性高分子の溶液の9時間後におけるスペクトル
5 比較例2の導電性高分子の溶液の9時間後におけるスペクトル
6 比較例1の導電性高分子の溶液の16時間後におけるスペクトル
7 主鎖間π−πスタッキング配列の基板に垂直方向への積層に由来する1次の回折ピーク
8 主鎖間π−πスタッキング配列の基板に垂直方向への積層に由来する2次の回折ピーク
9 主鎖間π−πスタッキング配列の基板に垂直方向への積層に由来する3次の回折ピーク
10 実施例1の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク
11 比較例6の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク
12 比較例4の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク
13 比較例7の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク
14 比較例1の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク
15 実施例1の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク
16 比較例6の導電性高分子、比較例4の導電性高分子、比較例7の導電性高分子のキャスト膜の回折ピーク
17 比較例1の導電性高分子の立体規則的ポリ(3−ヘキシルチオフェン)キャスト膜の回折ピーク
100 支持基板
200 ゲート電極
300 絶縁体層
400 電荷輸送層(半導体層)
500 ソース電極
600 ドレイン電極
Claims (3)
- 請求項1記載の導電性高分子を含有する半導体層を備えた
ことを特徴とする、有機電子デバイス。 - 基板と、
該基板上に設けられた絶縁体層と、
該絶縁体層により隔離されるように設けられたゲート電極及び電荷輸送層と、
該電荷輸送層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極とを備え、
該電荷輸送層が、請求項1記載の導電性高分子を含有する半導体層である
ことを特徴とする、電界効果トランジスタ。
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