JP3150318B2 - 有機薄膜素子 - Google Patents
有機薄膜素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は有機薄膜素子に関する。
（従来の技術） 近年、ラングミュア・ブロジェット法（以下、LB法と
いう）に代表される有機分子の超薄膜形成技術の進展に
より、有機薄膜の各種素子への応用技術開発が活発化し
ている。例えば、ダーラム（Duhram）大学のロバーツ
（G.G.Roberts）による、有機薄膜を用いたMIS素子の研
究を代表として、この種の研究が各所で行われている。
しかし現状では、有機薄膜の性質を有効に利用した新し
い機能の素子は未だ実現されていない。
いう）に代表される有機分子の超薄膜形成技術の進展に
より、有機薄膜の各種素子への応用技術開発が活発化し
ている。例えば、ダーラム（Duhram）大学のロバーツ
（G.G.Roberts）による、有機薄膜を用いたMIS素子の研
究を代表として、この種の研究が各所で行われている。
しかし現状では、有機薄膜の性質を有効に利用した新し
い機能の素子は未だ実現されていない。
素子応用の面から見て、有機材料において特に注目さ
れるのは、分子間の電荷移動の現象である。有機材料に
は、イオン化ポテンシャルが小さく他の分子に電子を供
給して自らは正のイオンになりやすいドナー性分子と、
電子親和力が大きく他の分子から電子を受取って自らは
負のイオン状態になりやすいアクセプタ性分子とがあ
る。これら２種の分子間には、電荷移動錯体と称される
化合物が形成されることはよく知られている。例えば、
ペリレンとテトラシアノキノジメタン（TCNQ）との化合
物は電荷の移動しない中性分子からなる化合物である
が、テトラメチルフェニレンジアミン（TMPD）とTCNQで
はそれぞれの分子が正，負となったイオン性の化合物と
なる。また、テトラチアフルバレン（TTF）とクロラニ
ル（CA）の場合のように、温度や圧力によって中性−イ
オン性転移が観測されることも知られている（J.B.Torr
ance et al.:Phys.Rev.Lett.,46,253（1981））。
れるのは、分子間の電荷移動の現象である。有機材料に
は、イオン化ポテンシャルが小さく他の分子に電子を供
給して自らは正のイオンになりやすいドナー性分子と、
電子親和力が大きく他の分子から電子を受取って自らは
負のイオン状態になりやすいアクセプタ性分子とがあ
る。これら２種の分子間には、電荷移動錯体と称される
化合物が形成されることはよく知られている。例えば、
ペリレンとテトラシアノキノジメタン（TCNQ）との化合
物は電荷の移動しない中性分子からなる化合物である
が、テトラメチルフェニレンジアミン（TMPD）とTCNQで
はそれぞれの分子が正，負となったイオン性の化合物と
なる。また、テトラチアフルバレン（TTF）とクロラニ
ル（CA）の場合のように、温度や圧力によって中性−イ
オン性転移が観測されることも知られている（J.B.Torr
ance et al.:Phys.Rev.Lett.,46,253（1981））。
このような有機分子における電荷移動現象を、電気素
子、光学素子の動作原理として応用する場合に重要な点
は、電場、光によりいかに効率よく、しかも制御性よく
電荷移動を起こさせるかということである。この点に関
して、最近、電荷移動錯体の電気的特性に関して、興味
ある結果が報告されている（十倉好紀ら;1988年秋、物
理学会予稿集、3a−S4−1,3a−S4−2,3a−S4−３他、Y.
Tokura et al.:Physica 143B,527（1986））。すなわ
ち、ドナー性分子とアクセプタ性分子とが、互いに分子
面を向かい合わせて積層されている交互積層型錯体結晶
では、比誘電率の異方性が高いこと、積層軸方向の比誘
電率が100〜1000と極めて高いこと、103〜104V/cmオー
ダーの電界下で非線形な電気伝導やスイッチング特性が
見出されることが報告されている。その原因として、中
性結晶内に熱的又は電気的に生成されたイオン性ドメイ
ン又はイオン性結晶内の中性ドメインが、電界により動
力学的に動くことが考えられている。
子、光学素子の動作原理として応用する場合に重要な点
は、電場、光によりいかに効率よく、しかも制御性よく
電荷移動を起こさせるかということである。この点に関
して、最近、電荷移動錯体の電気的特性に関して、興味
ある結果が報告されている（十倉好紀ら;1988年秋、物
理学会予稿集、3a−S4−1,3a−S4−2,3a−S4−３他、Y.
Tokura et al.:Physica 143B,527（1986））。すなわ
ち、ドナー性分子とアクセプタ性分子とが、互いに分子
面を向かい合わせて積層されている交互積層型錯体結晶
では、比誘電率の異方性が高いこと、積層軸方向の比誘
電率が100〜1000と極めて高いこと、103〜104V/cmオー
ダーの電界下で非線形な電気伝導やスイッチング特性が
見出されることが報告されている。その原因として、中
性結晶内に熱的又は電気的に生成されたイオン性ドメイ
ン又はイオン性結晶内の中性ドメインが、電界により動
力学的に動くことが考えられている。
しかし、この現象は、中性−イオン性転移と関連性は
あるが、極めて局所的な変化であって、結晶全体が巨視
的に変化しているわけではない。一方、中性状態とイオ
ン性状態との変化を表示素子などに応用する場合には、
結晶全体が巨視的に変化することが必須である。このよ
うに、現状では電界、光による巨視的な中性−イオン性
転移は実現していない。
あるが、極めて局所的な変化であって、結晶全体が巨視
的に変化しているわけではない。一方、中性状態とイオ
ン性状態との変化を表示素子などに応用する場合には、
結晶全体が巨視的に変化することが必須である。このよ
うに、現状では電界、光による巨視的な中性−イオン性
転移は実現していない。
したがって、電荷移動錯体において、電界により中性
−イオン性転移を起こすためには、前記の電界強度より
も高い電界強度を実現することが不可欠である。十倉ら
は数mm角のバルク結晶を用いて前述した特性の評価を行
っているが、このような結晶試料では、電界が強くなる
につれ、電流が大幅に増加するため、ある程度以上の電
界を実現することができない。つまり、電荷移動錯体に
印加される電界を高めるためには、強電界を印加しても
電流が増加しないような素子構造が必要とされる。
−イオン性転移を起こすためには、前記の電界強度より
も高い電界強度を実現することが不可欠である。十倉ら
は数mm角のバルク結晶を用いて前述した特性の評価を行
っているが、このような結晶試料では、電界が強くなる
につれ、電流が大幅に増加するため、ある程度以上の電
界を実現することができない。つまり、電荷移動錯体に
印加される電界を高めるためには、強電界を印加しても
電流が増加しないような素子構造が必要とされる。
この問題を解決するために、電荷移動錯体薄膜と電極
との間に絶縁層を介在させる構造が考えられる。このよ
うな構造を有する素子では、電荷移動錯体薄膜内の電界
強度ECTは次式で与えられる。
との間に絶縁層を介在させる構造が考えられる。このよ
うな構造を有する素子では、電荷移動錯体薄膜内の電界
強度ECTは次式で与えられる。
ここで、εCTは電荷移動錯体薄膜の積層方向の比誘電
率、εＩは絶縁層の比誘電率、EIは絶縁層内の電界強度
である。
率、εＩは絶縁層の比誘電率、EIは絶縁層内の電界強度
である。
ところで、電界印加により電荷移動現象が生じるの
は、ドナー／アクセプタのカラム積層方向である。すな
わち、電荷移動錯体薄膜内でカラム積層方向が分布して
いるものと仮定すると、電界印加により電荷移動が生じ
るのは、カラム積層方向が電界に平行（すなわち基板に
垂直）に配位している部分である。ところが、カラム積
層方向の比誘電率は前述したように極めて高いため、絶
縁層として比誘電率の低い材料を用いた場合、式から
明らかなように、カラム積層方向の電界は極めて小さく
なってしまう。例えば、錯体としてTTF−CA、絶縁層と
してSiO2を用いた場合、TTF−CAのカラム積層方向の比
誘電率は300程度、SiO2の比誘電率は3.9であるので、Si
O2層内で破壊電界強度近傍の106V/cm台の電界を実現し
たとしても、そのとき電荷移動錯体薄膜内の電界はたか
だか104V/cm台にまでしかならない。
は、ドナー／アクセプタのカラム積層方向である。すな
わち、電荷移動錯体薄膜内でカラム積層方向が分布して
いるものと仮定すると、電界印加により電荷移動が生じ
るのは、カラム積層方向が電界に平行（すなわち基板に
垂直）に配位している部分である。ところが、カラム積
層方向の比誘電率は前述したように極めて高いため、絶
縁層として比誘電率の低い材料を用いた場合、式から
明らかなように、カラム積層方向の電界は極めて小さく
なってしまう。例えば、錯体としてTTF−CA、絶縁層と
してSiO2を用いた場合、TTF−CAのカラム積層方向の比
誘電率は300程度、SiO2の比誘電率は3.9であるので、Si
O2層内で破壊電界強度近傍の106V/cm台の電界を実現し
たとしても、そのとき電荷移動錯体薄膜内の電界はたか
だか104V/cm台にまでしかならない。
（発明が解決しようとする課題） 前述したようにドナー性分子とアクセプタ性分子との
電荷移動錯体において、電界によって中性−イオン性の
転移を起こさせるためには、強電界を印加する必要があ
る。ところが、バルクの電荷移動錯体結晶では強電界を
印加すると電流が大幅に増加するため、電界がある程度
以上増加しない。また、電極と電荷移動錯体が形成され
る有機薄膜層との間に絶縁層を介在させても、電荷移動
錯体の比誘電率が高いため、絶縁層の比誘電率が低い場
合には電荷移動錯体に印加される実効的な電界は強くな
らない。このため、有機薄膜素子は表示素子などとして
実用化できるには至っていない。
電荷移動錯体において、電界によって中性−イオン性の
転移を起こさせるためには、強電界を印加する必要があ
る。ところが、バルクの電荷移動錯体結晶では強電界を
印加すると電流が大幅に増加するため、電界がある程度
以上増加しない。また、電極と電荷移動錯体が形成され
る有機薄膜層との間に絶縁層を介在させても、電荷移動
錯体の比誘電率が高いため、絶縁層の比誘電率が低い場
合には電荷移動錯体に印加される実効的な電界は強くな
らない。このため、有機薄膜素子は表示素子などとして
実用化できるには至っていない。
本発明の目的は、このような問題を解決し、有機薄膜
層中で形成される電荷移動錯体に実効的に高電界を印加
することができ、表示素子などとして実用化できる有機
薄膜素子を提供することにある。
層中で形成される電荷移動錯体に実効的に高電界を印加
することができ、表示素子などとして実用化できる有機
薄膜素子を提供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の有機薄膜素子は、１対の電極間にドナー性分
子とアクセプタ性分子とが交互に積層された交互積層型
電荷移動錯体からなる有機薄膜層を有する有機薄膜素子
において、少なくとも一方の電極と有機薄膜層との間
に、比誘電率が10以上の絶縁層が設けられ、絶縁層の誘
電率と絶縁破壊電界強度との積が有機薄膜層の誘電率と
絶縁破壊電界強度との積よりも大きいことを特徴とす
る。
子とアクセプタ性分子とが交互に積層された交互積層型
電荷移動錯体からなる有機薄膜層を有する有機薄膜素子
において、少なくとも一方の電極と有機薄膜層との間
に、比誘電率が10以上の絶縁層が設けられ、絶縁層の誘
電率と絶縁破壊電界強度との積が有機薄膜層の誘電率と
絶縁破壊電界強度との積よりも大きいことを特徴とす
る。
本発明において、絶縁層としては、比誘電率が10以上
の絶縁材料が用いられる。また、比誘電率が10以上であ
り、かつ絶縁破壊電界強度が高い（具体的には0.5MV/cm
以上の）絶縁材料が望ましい。このような絶縁材料とし
ては、SrTiO3（比誘電率εＩ＝140、絶縁破壊電界強度E
BD（V/cm）＝２×106、以下省略して表示する）、Y2O3
（εＩ＝11〜12、EBD＝３〜５×106）、Ta2O5（εＩ＝2
2〜25、EBD＝２〜５×106）、Sm2O3（εＩ＝15〜16、E
BD＝２〜４×106）、BaTiO3（εＩ＝14〜55、EBD＝２〜
３×106）、BaTa2O6（εＩ＝22、EED＝3.5×106）のほ
か、PbTiO3、Al2O3、PbNb2O6、ZrO2、TiO2、Bi2O3、ZnS
などの各種常誘電体、強誘電体が挙げられる。
の絶縁材料が用いられる。また、比誘電率が10以上であ
り、かつ絶縁破壊電界強度が高い（具体的には0.5MV/cm
以上の）絶縁材料が望ましい。このような絶縁材料とし
ては、SrTiO3（比誘電率εＩ＝140、絶縁破壊電界強度E
BD（V/cm）＝２×106、以下省略して表示する）、Y2O3
（εＩ＝11〜12、EBD＝３〜５×106）、Ta2O5（εＩ＝2
2〜25、EBD＝２〜５×106）、Sm2O3（εＩ＝15〜16、E
BD＝２〜４×106）、BaTiO3（εＩ＝14〜55、EBD＝２〜
３×106）、BaTa2O6（εＩ＝22、EED＝3.5×106）のほ
か、PbTiO3、Al2O3、PbNb2O6、ZrO2、TiO2、Bi2O3、ZnS
などの各種常誘電体、強誘電体が挙げられる。
これらの絶縁層は、蒸着法、スパッタ法、CVD法、陽
極酸化法、塗布法などにより形成することができる。
極酸化法、塗布法などにより形成することができる。
本発明によれば、有機薄膜層に実効的に印加される電
界は飛躍的に増大し、電界により、中性−イオン性転移
を起こすことができる。すなわち、有機薄膜層の電界
は、式で与えられるが、この式から明らかなように、
絶縁層の比誘電率が高くなれば、有機薄膜層の電界は大
幅に高くなる。
界は飛躍的に増大し、電界により、中性−イオン性転移
を起こすことができる。すなわち、有機薄膜層の電界
は、式で与えられるが、この式から明らかなように、
絶縁層の比誘電率が高くなれば、有機薄膜層の電界は大
幅に高くなる。
また、２種の異なる絶縁膜を積層した構造では、一方
の絶縁膜の絶縁破壊電界強度を超えた電界を印加するこ
ともできることがよく知られている。すなわち、一方の
絶縁膜で部分的に絶縁破壊が起きても、他方の絶縁膜の
存在により、それ以上絶縁破壊が進行せず、部分的破壊
により生じた欠陥が自己修復することが知られている。
この現象を利用して、本発明の有機薄膜素子では、絶縁
層の誘電率と絶縁破壊電界強度との積を、有機薄膜層の
誘電率と絶縁破壊電界強度との積よりも大きくすれば、
有機薄膜層に印加される実効電界を有機薄膜層の絶縁破
壊電界強度より以上に高めることができる（以下、誘電
率と絶縁破壊電界強度との積を最大電荷蓄積量と呼
ぶ）。このような構成では、有機薄膜層の電界ECTが絶
縁破壊電界強度▲ＥBD CT▼を超えても、絶縁層の存在に
より、絶縁破壊が進行せず、素子のブレークダウンには
至らない。換言すれば、素子には、絶縁膜の破壊が起こ
るまで電界を印加することができる。このとき、有機薄
膜層に印加される電界は、次式で与えられる。
の絶縁膜の絶縁破壊電界強度を超えた電界を印加するこ
ともできることがよく知られている。すなわち、一方の
絶縁膜で部分的に絶縁破壊が起きても、他方の絶縁膜の
存在により、それ以上絶縁破壊が進行せず、部分的破壊
により生じた欠陥が自己修復することが知られている。
この現象を利用して、本発明の有機薄膜素子では、絶縁
層の誘電率と絶縁破壊電界強度との積を、有機薄膜層の
誘電率と絶縁破壊電界強度との積よりも大きくすれば、
有機薄膜層に印加される実効電界を有機薄膜層の絶縁破
壊電界強度より以上に高めることができる（以下、誘電
率と絶縁破壊電界強度との積を最大電荷蓄積量と呼
ぶ）。このような構成では、有機薄膜層の電界ECTが絶
縁破壊電界強度▲ＥBD CT▼を超えても、絶縁層の存在に
より、絶縁破壊が進行せず、素子のブレークダウンには
至らない。換言すれば、素子には、絶縁膜の破壊が起こ
るまで電界を印加することができる。このとき、有機薄
膜層に印加される電界は、次式で与えられる。
つまり、前述した構成では有機薄膜層に印加し得る電
界は、有機薄膜単独の場合の絶縁破壊電界強度▲ＥBD CT
▼から、式′で与えられる値まで増加させることがで
きる。
界は、有機薄膜単独の場合の絶縁破壊電界強度▲ＥBD CT
▼から、式′で与えられる値まで増加させることがで
きる。
いま、絶縁層として例えばSrTiO3を用いる場合につい
て説明する。前述したように、この材料の室温での比誘
電率は140、絶縁破壊電界強度は２×106V/cmである。有
機薄膜層としてTTF−CAの交互積層型電荷移動錯体の薄
膜を用いた場合、ドナー性分子−アクセプタ性分子（以
下、Ｄ−Ａと記す）の積層方向の比誘電率は300である
ので、前記絶縁破壊電界強度程度の電界強度で、電荷移
動錯体内において約１×106V/cm程度の電界が実現され
ることがわかる。一方、この電界強度までTTF−CAの比
誘電率が変わらないとすると、１×106V/cmにおいて達
成される分極Ｐの大きさは、 Ｐ＝300×8.8×10-14（Ｆ×cm） ×１×106（V/cm） ＝2.6×10-5（C/cm2） となる。これは強誘電体の飽和分極に匹敵する分極の大
きさである。このような分極が生じたとき、Ｄ−Ａペア
で実現される双極子モーメントの大きさｐは、１つのＤ
−Ａペアの体積が約1.85×10-22cm3であるので、 ｐ＝4.8×10-27（Ｃ・cm） となる。これは、電子１個分の電荷が3.0Å変位したと
きの双極子モーメントの大きさに相当する。一方、Ｄ−
Ａ間の距離は約3.4Åであるので、前記双極子モーメン
トの大きさは、分子の状態が中性からイオン性へ変化す
ることに対応している。
て説明する。前述したように、この材料の室温での比誘
電率は140、絶縁破壊電界強度は２×106V/cmである。有
機薄膜層としてTTF−CAの交互積層型電荷移動錯体の薄
膜を用いた場合、ドナー性分子−アクセプタ性分子（以
下、Ｄ−Ａと記す）の積層方向の比誘電率は300である
ので、前記絶縁破壊電界強度程度の電界強度で、電荷移
動錯体内において約１×106V/cm程度の電界が実現され
ることがわかる。一方、この電界強度までTTF−CAの比
誘電率が変わらないとすると、１×106V/cmにおいて達
成される分極Ｐの大きさは、 Ｐ＝300×8.8×10-14（Ｆ×cm） ×１×106（V/cm） ＝2.6×10-5（C/cm2） となる。これは強誘電体の飽和分極に匹敵する分極の大
きさである。このような分極が生じたとき、Ｄ−Ａペア
で実現される双極子モーメントの大きさｐは、１つのＤ
−Ａペアの体積が約1.85×10-22cm3であるので、 ｐ＝4.8×10-27（Ｃ・cm） となる。これは、電子１個分の電荷が3.0Å変位したと
きの双極子モーメントの大きさに相当する。一方、Ｄ−
Ａ間の距離は約3.4Åであるので、前記双極子モーメン
トの大きさは、分子の状態が中性からイオン性へ変化す
ることに対応している。
なお、前記で例示したSrTiO3は比誘電率が140と極め
て高く、理想的な絶縁層材料である。ただし、実際には
本発明における絶縁層材料の比誘電率がSrTiO3のそれよ
り低くとも、前述した効果は充分得られる。本発明にお
いて、絶縁層の比誘電率を10以上とした理由を次に説明
する。
て高く、理想的な絶縁層材料である。ただし、実際には
本発明における絶縁層材料の比誘電率がSrTiO3のそれよ
り低くとも、前述した効果は充分得られる。本発明にお
いて、絶縁層の比誘電率を10以上とした理由を次に説明
する。
すなわち、双極子モーメントの大きさは、Ｄ−Ａ間の
距離の10％程度の変位（約0.3Å）に対応する値であっ
ても、充分な有機薄膜の物理的特性の変化が生じると考
えられる。この場合、双極子モーメントｐ及び分極Ｐの
大きさが各々 ｐ＝4.8×10-28（Ｃ・cm） Ｐ＝2.6×10-6（Ｃ・cm2） であればよい。いま、で与えられる大きさの分極が実
現するときの電界を考える。
距離の10％程度の変位（約0.3Å）に対応する値であっ
ても、充分な有機薄膜の物理的特性の変化が生じると考
えられる。この場合、双極子モーメントｐ及び分極Ｐの
大きさが各々 ｐ＝4.8×10-28（Ｃ・cm） Ｐ＝2.6×10-6（Ｃ・cm2） であればよい。いま、で与えられる大きさの分極が実
現するときの電界を考える。
Ｐ＝εCT・ε０・ECT ＝εＩ・ε０・EI であるので、絶縁層の電界EIは次式で与えられる。
で与えられる電界が、絶縁材料の絶縁破壊電界強度
よりも小さければ、実用的には表示素子などとして応用
できる。各種絶縁材料の絶縁破壊電界強度は、前記のよ
うな値を示し、ほとんどの絶縁材料は３×106V/cm程度
までは破壊されない。したがって、 つまり、本発明に構造を有する有機薄膜素子は、絶縁材
料の比誘電率が10以上であれば、表示素子などとして応
用できると考えられる。
よりも小さければ、実用的には表示素子などとして応用
できる。各種絶縁材料の絶縁破壊電界強度は、前記のよ
うな値を示し、ほとんどの絶縁材料は３×106V/cm程度
までは破壊されない。したがって、 つまり、本発明に構造を有する有機薄膜素子は、絶縁材
料の比誘電率が10以上であれば、表示素子などとして応
用できると考えられる。
なお、本発明では、比誘電率が10以上の絶縁層を、一
方の電極と有機薄膜層との間に設ければよいが、両方の
電極と有機薄膜層との間に設けてもよいことは勿論であ
る。
方の電極と有機薄膜層との間に設ければよいが、両方の
電極と有機薄膜層との間に設けてもよいことは勿論であ
る。
本発明の有機薄膜素子を表示素子などとして実用化す
ることを考慮すれば、電極はマトリックス状の構造にす
ることが望ましい。マトリックス構成には単純マトリッ
クスとアクティブマトリックスとがある。このうちアク
ティブマトリックスでは、一方の基板状に各画素ごとに
非線形素子を形成させる。この非線形素子としては、薄
膜トランジスタ（TFT）などの３端子型と、MIMダイオー
ドなどの２端子型のものが用いられる。
ることを考慮すれば、電極はマトリックス状の構造にす
ることが望ましい。マトリックス構成には単純マトリッ
クスとアクティブマトリックスとがある。このうちアク
ティブマトリックスでは、一方の基板状に各画素ごとに
非線形素子を形成させる。この非線形素子としては、薄
膜トランジスタ（TFT）などの３端子型と、MIMダイオー
ドなどの２端子型のものが用いられる。
本発明において、有機薄膜層としては、電荷移動吸収
帯のピーク波長λCTが0.8μｍ以上に存在するものを用
いることが望ましい。電荷移動吸収帯は電荷移動錯体の
性質を表わす基本的な値である。電荷移動吸収帯は、電
荷移動錯体の薄膜（又は結晶）の吸収スペクトルを測定
したとき、その最も長波長側に現われるので、容易に決
定することができる。この電荷移動吸収帯は、中性の電
荷移動錯体に光を照射したときに、光励起によってドナ
ーからアクセプタへ電荷移動が生じる現象、つまり局所
的な中性−イオン性転移に対応する。この電荷移動現象
に要するエネルギーが小さいほど、電荷移動吸収帯はよ
り長波長側にシフトする。すなわち、有機薄膜層として
電荷移動吸収帯のピーク波長λCTが0.8μｍ以上に存在
するものを用いるということは、中性−イオン性転移を
起こしやすい電荷移動錯体を用いることに対応する。な
お、従来技術で述べた、温度や圧力によって中性−イオ
ン性転移を起こす中性の電荷移動錯体の例も、TTF−CA
などλCTが0.8μｍ以上に存在するものに限られている
（J.B.Torrance et al.:Phys.Rev.Lett.,46,253（198
1））。
帯のピーク波長λCTが0.8μｍ以上に存在するものを用
いることが望ましい。電荷移動吸収帯は電荷移動錯体の
性質を表わす基本的な値である。電荷移動吸収帯は、電
荷移動錯体の薄膜（又は結晶）の吸収スペクトルを測定
したとき、その最も長波長側に現われるので、容易に決
定することができる。この電荷移動吸収帯は、中性の電
荷移動錯体に光を照射したときに、光励起によってドナ
ーからアクセプタへ電荷移動が生じる現象、つまり局所
的な中性−イオン性転移に対応する。この電荷移動現象
に要するエネルギーが小さいほど、電荷移動吸収帯はよ
り長波長側にシフトする。すなわち、有機薄膜層として
電荷移動吸収帯のピーク波長λCTが0.8μｍ以上に存在
するものを用いるということは、中性−イオン性転移を
起こしやすい電荷移動錯体を用いることに対応する。な
お、従来技術で述べた、温度や圧力によって中性−イオ
ン性転移を起こす中性の電荷移動錯体の例も、TTF−CA
などλCTが0.8μｍ以上に存在するものに限られている
（J.B.Torrance et al.:Phys.Rev.Lett.,46,253（198
1））。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例１ 第１図は本発明は係る有機薄膜素子の一実施例を示す
模式図である。第１図に示されるように、この有機薄膜
素子は、石英ガラス基板11上に、膜厚4000ÅのITO透明
電極12、絶縁保護層として膜厚2000ÅのSrTiO3層13、交
互積層型電荷移動錯体を形成するTTF−クロラニルの薄
膜からなる膜厚5000Åの有機薄膜層14、絶縁層として膜
厚220Åのポリイソブチルメタクリレート（PiBMA）層1
5、膜厚200Åの半透明のAu電極16が順次形成された構造
を有している。
模式図である。第１図に示されるように、この有機薄膜
素子は、石英ガラス基板11上に、膜厚4000ÅのITO透明
電極12、絶縁保護層として膜厚2000ÅのSrTiO3層13、交
互積層型電荷移動錯体を形成するTTF−クロラニルの薄
膜からなる膜厚5000Åの有機薄膜層14、絶縁層として膜
厚220Åのポリイソブチルメタクリレート（PiBMA）層1
5、膜厚200Åの半透明のAu電極16が順次形成された構造
を有している。
ITO電極12はスパッタ法により形成された。SrTiO3層1
3はITO電極12が形成された石英ガラス基板11を500℃に
保持した状態で、スパッタ法により形成された。TTF−
クロラニルからなる有機薄膜層14は昇華法により形成さ
れた。ポリイソブチルメタクリレート層15はLB法（垂直
浸漬法）により膜厚11Åの単分子膜を20層累積すること
により形成された。Au電極16は蒸着法により形成され
た。
3はITO電極12が形成された石英ガラス基板11を500℃に
保持した状態で、スパッタ法により形成された。TTF−
クロラニルからなる有機薄膜層14は昇華法により形成さ
れた。ポリイソブチルメタクリレート層15はLB法（垂直
浸漬法）により膜厚11Åの単分子膜を20層累積すること
により形成された。Au電極16は蒸着法により形成され
た。
ここで、SrTiO3については、比誘電率εＩ＝140、絶
縁破壊電界強度 であるから、真空の誘電率ε０＝8.8×10-14C/V・cmと
して、最大電荷蓄積量はおおよそ、 となる。一方、TTF−クロラニルについては、比誘電率
εCTが約300、絶縁破壊電界強度▲ＥBD CT▼が約１×104
V/cm（Y.Tokura et al.,Mol.Cryst.Liq.Cryst.,125,71
（1985）であるから、最大電荷蓄積量はおおよそ、 となる。
縁破壊電界強度 であるから、真空の誘電率ε０＝8.8×10-14C/V・cmと
して、最大電荷蓄積量はおおよそ、 となる。一方、TTF−クロラニルについては、比誘電率
εCTが約300、絶縁破壊電界強度▲ＥBD CT▼が約１×104
V/cm（Y.Tokura et al.,Mol.Cryst.Liq.Cryst.,125,71
（1985）であるから、最大電荷蓄積量はおおよそ、 となる。
この有機薄膜素子は、電圧を印加しないときには有機
薄膜層14は黄色を呈していた。この有機薄膜素子の２つ
の電極間に電圧を印加していくと、約30Vの印加電圧で
有機薄膜層14がはっきりと赤色に変化した。このことか
ら、TTF−クロラニルからなる有機薄膜層14に有効に電
界が印加され、中性−イオン性転移が起こったことが確
認された。
薄膜層14は黄色を呈していた。この有機薄膜素子の２つ
の電極間に電圧を印加していくと、約30Vの印加電圧で
有機薄膜層14がはっきりと赤色に変化した。このことか
ら、TTF−クロラニルからなる有機薄膜層14に有効に電
界が印加され、中性−イオン性転移が起こったことが確
認された。
実施例２ 第２図は本発明に係る単純マトリックス方式の有機薄
膜素子を示す模式図である。第２図に示されるように、
この有機薄膜素子は、石英ガラス基板21上に、膜厚4000
Åのストライプ状のITO電極（透明電極）22、絶縁層と
して膜厚2000ÅのSrTiO3層23、膜厚5000ÅのTTF−CAの
薄膜層24、絶縁保護層として膜厚220Åのポリイソブチ
ルメタクリレート（PiBMA）層25、ストライプ状のITO電
極（透明電極）22と直交するように膜厚200Åのストラ
イプ状のAl電極（背面電極）26が順次形成された構造を
有している。
膜素子を示す模式図である。第２図に示されるように、
この有機薄膜素子は、石英ガラス基板21上に、膜厚4000
Åのストライプ状のITO電極（透明電極）22、絶縁層と
して膜厚2000ÅのSrTiO3層23、膜厚5000ÅのTTF−CAの
薄膜層24、絶縁保護層として膜厚220Åのポリイソブチ
ルメタクリレート（PiBMA）層25、ストライプ状のITO電
極（透明電極）22と直交するように膜厚200Åのストラ
イプ状のAl電極（背面電極）26が順次形成された構造を
有している。
この有機薄膜素子の各層は実施例１と同様にして形成
された。この有機薄膜素子では、ITO電極22とAl電極26
との交差部に一つの画素が形成される。そして、ITO電
極22をデータ線、Al電極26を走査線として用い、走査電
極を時分割駆動すると、選択された走査電極の各画素に
データ線からデータが入り、画像を構成することが可能
になる。
された。この有機薄膜素子では、ITO電極22とAl電極26
との交差部に一つの画素が形成される。そして、ITO電
極22をデータ線、Al電極26を走査線として用い、走査電
極を時分割駆動すると、選択された走査電極の各画素に
データ線からデータが入り、画像を構成することが可能
になる。
実際に、この有機薄膜素子に、駆動電圧約30Vで信号
を送ると、選択されていない画素は黄色を呈し、選択さ
れた画素は赤色に変化して単純な画像を形成することが
できた。
を送ると、選択されていない画素は黄色を呈し、選択さ
れた画素は赤色に変化して単純な画像を形成することが
できた。
実施例３ 有機薄膜層として第１表に示すものを用い、それぞれ
第１図に示す構造の有機薄膜素子を作製した。有機薄膜
層を形成した段階で吸収スペクトルを測定して電荷移動
吸収帯のピーク波長λCTを調べた。また、作製された有
機薄膜素子に、電圧を徐々に印加していった場合、有機
薄膜層の色が変化するか否かを調べた。これらの結果を
第１表に示す。
第１図に示す構造の有機薄膜素子を作製した。有機薄膜
層を形成した段階で吸収スペクトルを測定して電荷移動
吸収帯のピーク波長λCTを調べた。また、作製された有
機薄膜素子に、電圧を徐々に印加していった場合、有機
薄膜層の色が変化するか否かを調べた。これらの結果を
第１表に示す。
第１表から明らかなように、電荷移動吸収帯のピーク
波長λCTが0.8μｍ以上に存在する有機薄膜層を用いた
場合には、中性−イオン性転移に対応する有機薄膜層の
色の急峻な変化が認められた。
波長λCTが0.8μｍ以上に存在する有機薄膜層を用いた
場合には、中性−イオン性転移に対応する有機薄膜層の
色の急峻な変化が認められた。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の有機薄膜素子は、有機薄
膜層中で形成される電荷移動錯体に実効的に高電界を印
加することができ、表示素子などとして実用化できる。
したがって、その工業的価値は極めて大きい。
膜層中で形成される電荷移動錯体に実効的に高電界を印
加することができ、表示素子などとして実用化できる。
したがって、その工業的価値は極めて大きい。
第１図は本発明の実施例１における有機薄膜素子の模式
図、第２図は本発明の実施例２における単純マトリ クス方式の有機薄膜素子の模式図である。 11……ガラス基板、12……ITO電極、13……SrTiO3層、1
4……有機薄膜層、15……PiBMA層、16……Au電極、21…
…ガラス基板、22……ストライプ状ITO電極、23……SrT
iO3層、24……有機薄膜層、25……PiBMA層、26……スト
ライプ状Al電極。
図、第２図は本発明の実施例２における単純マトリ クス方式の有機薄膜素子の模式図である。 11……ガラス基板、12……ITO電極、13……SrTiO3層、1
4……有機薄膜層、15……PiBMA層、16……Au電極、21…
…ガラス基板、22……ストライプ状ITO電極、23……SrT
iO3層、24……有機薄膜層、25……PiBMA層、26……スト
ライプ状Al電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 東 実 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−161433（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−2413（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−204390（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222668（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 51/00 - 51/40 H05B 33/14
Claims (3)
- 【請求項１】１対の電極間にドナー性分子とアクセプタ
性分子とが交互に積層された交互積層型電荷移動錯体か
らなる有機薄膜層を有する有機薄膜素子において、少な
くとも一方の電極と有機薄膜層との間に、比誘電率が10
以上の絶縁層が設けられ、絶縁層の誘電率と絶縁破壊電
界強度との積が有機薄膜層の誘電率と絶縁破壊電界強度
との積よりも大きいことを特徴とする有機薄膜素子。 - 【請求項２】電極がマトリックス状の構造を有すること
を特徴とする請求項１記載の有機薄膜素子。 - 【請求項３】有機薄膜層の電荷移動吸収帯のピーク波長
λCTが0.8μｍ以上に存在することを特徴とする請求項
１記載の有機薄膜素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25489589A JP3150318B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-09-29 | 有機薄膜素子 |
| DE69011167T DE69011167T2 (de) | 1989-03-31 | 1990-03-29 | Anzeigeelement mit organischem Dünnschichtfilm. |
| EP90303393A EP0390571B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-03-29 | Organic thin film display element |
| US07/500,925 US5144473A (en) | 1989-03-31 | 1990-03-29 | Organic thin film display element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8351589 | 1989-03-31 | ||
| JP1-83515 | 1989-03-31 | ||
| JP25489589A JP3150318B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-09-29 | 有機薄膜素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0373336A JPH0373336A (ja) | 1991-03-28 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25489589A Expired - Fee Related JP3150318B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-09-29 | 有機薄膜素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3150318B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6432740B1 (en) * | 2001-06-28 | 2002-08-13 | Hewlett-Packard Company | Fabrication of molecular electronic circuit by imprinting |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25489589A patent/JP3150318B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0373336A (ja) | 1991-03-28 |
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