JP6699142B2 - 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ - Google Patents
有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ Download PDFInfo
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で示されるヘテロアセン誘導体、半導体性高分子化合物、および有機溶媒を含み、前記ヘテロアセン誘導体の溶解度パラメータと前記半導体性高分子化合物の溶解度パラメータの差が0.1以上、0.6より小さい有機半導体層形成用溶液、それを用いて形成した連続的な相分離構造を有する有機半導体層、並びに有機薄膜トランジスタに関するものである。
一般式(2)中、置換基R3およびR4は、同一でも異なっていてもよく、炭素数1〜10のアルキル基を示し、高溶解性のため、炭素数6〜8のアルキル基であることが好ましい。置換基R5は、炭素数1〜10のアルキル基を示し、高い移動度を得るため、炭素数1〜6のアルキル基であることが好ましい。置換基R6は、水素、炭素数1〜10のアルキル基を示し、高溶解性のため、炭素数6〜8のアルキル基であることが好ましい。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
空気下、10mlサンプル管に、テトラリン(沸点207℃)1.5g、2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェン(溶解度パラメータ=25.17)12mg、および半導体性高分子化合物として上記化合物(2c)(溶解度パラメータ=24.62、ヘテロアセン誘導体の溶解度パラメータとポリマーバインダーの溶解度パラメータの差が0.55、正孔のキャリア移動度0.002cm2/V・s、p型、Mw30,000)10mgを加え、50℃に加熱して溶解させることで、有機半導体層形成用溶液の調製を行った。
(有機半導体層の作製)
空気下、直径2インチのヒ素でn型にハイドープしたシリコン基板(ミヨシ製、抵抗値;0.001〜0.004Ω、表面に200nmのシリコン酸化膜付き)上に、上述の方法で調製した有機半導体層形成用溶液0.5mlを滴下してスピンコート(300rpm×3秒、2000rpm×100秒)を行い、膜厚40nmの有機半導体層を作製した。
(有機薄膜トランジスタの作製)
上述の方法で作製した有機半導体層に、チャネル長20μm、チャネル幅1000μmのシャドウマスクを置き、金を真空蒸着することで電極を形成し、ボトムゲート−トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタを作製した(ゲート電極はシリコン、ゲート絶縁層は酸化シリコン、ソース電極は金、ドレイン電極は金)。
(半導体・電気物性の測定)
作製した有機薄膜トランジスタの電気物性をドレイン電圧(Vd=−50V)で、ゲート電圧(Vg)を+10〜−60Vまで1V刻みで走査し、伝達特性の評価を行った。正孔のキャリア移動度は1.11cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は5.0×106であった。150℃で15分間アニール処理した後の正孔のキャリア移動度は1.05cm2/V・s、電流オン・オフ比は4.5×106であり、アニール処理後も優れた半導体・電気特性を有することが確認された。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
上記化合物(2c)の代わりに上記化合物(2e)(溶解度パラメータ=24.77、ヘテロアセン誘導体の溶解度パラメータとポリマーバインダーの溶解度パラメータの差が、正孔のキャリア移動度0.004cm2/V・s、p型、Mw20,000)を用いた以外は実施例1と同様の方法により有機半導体層形成用溶液の調製を行った。
(有機半導体層の作製)
実施例1と同様の方法により有機半導体層を作製し、該有機半導体層が2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェンと半導体性高分子化合物(2e)の連続的な相分離構造を有することをESCAにて確認した。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタを作製し、電気物性評価をおこなったところ、その伝達特性から正孔のキャリア移動度は1.04cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は2.0×106であった。150℃で15分間アニール処理した後の正孔のキャリア移動度は0.98cm2/V・s、電流オン・オフ比は1.8×106であり、アニール処理後も優れた半導体・電気特性を有することが確認された。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
化合物(2c)の代わりにポリ(9,9−ジペンチルフルオレン)(溶解度パラメータ=23.87、ヘテロアセン誘導体の溶解度パラメータとポリマーバインダーの溶解度パラメータの差が1.30、正孔のキャリア移動度0.005cm2/V・s、p型、Mw10,000)を用いた以外は、実施例1と同様の方法により有機半導体層形成用溶液の調製を行った。
(有機半導体層の作製)
実施例1と同様の方法により有機半導体層を作製したが、該有機半導体層は2,7−ジ(n−ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェンと半導体性高分子化合物の不連続的な相分離構造を有していた。
(半導体・電気物性の測定)
実施例1と同様の方法で有機薄膜トランジスタを作製し、電気物性評価をおこなったところ、その伝達特性から正孔のキャリア移動度は0.026cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は1.1×105であり、ヘテロアセン誘導体の溶解度パラメータと半導体性高分子化合物の溶解度パラメータの差が0.10以上、0.60より小さい場合に比べ、半導体・電気特性に劣るものであった。
(B):ボトムゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
(C):トップゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ
(D):トップゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
1:有機半導体層
2:基板
3:ゲート電極
4:ゲート絶縁層
5:ソース電極
6:ドレイン電極
Claims (5)
- 下記一般式(1)
で示されるヘテロアセン誘導体、下記一般式(2c)または(2e)
で示される半導体性高分子化合物の少なくともいずれか、および有機溶媒を含み、前記ヘテロアセン誘導体の溶解度パラメータと前記半導体性高分子化合物の溶解度パラメータの差が0.10より大きく0.60より小さいことを特徴とする有機半導体層形成用溶液。 - T1〜T4が硫黄原子であることを特徴とする請求項1に記載の有機半導体層形成用溶液。
- ヘテロアセン誘導体の溶解度パラメータと前記半導体性高分子化合物の溶解度パラメータの差が0.20〜0.55であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機半導体層形成用溶液。
- 請求項1乃至3いずれか一項に記載の有機半導体層形成用溶液により形成されることを特徴とする有機半導体層。
- 請求項4に記載の有機半導体層を用いて得られる有機薄膜トランジスタ。
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