JP7104300B2 - 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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Description
γL(1+cosθ)=2(γS dγL d)1/2+2(γS pγL p)1/2 (1)
γL=γL d+γL p (2)
(式中、γLは液体の表面エネルギー、θは接触角、γS dはポリマーの表面エネルギーの分散項、γS pはポリマーの表面エネルギーの極性項、γL dは液体の表面エネルギーの分散項、γL pは液体の表面エネルギーの極性項を示す。)
ここで、ポリマーの表面エネルギーの極性項(γS p)は、γL dとγL pが既知な2つ以上の液体の接触角(θ)を測定することによって与えられる。
置換基R32~R35における炭素数1~20のアルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ドデシル基、n-テトラデシル基、n-オクタデシル基、2-エチルヘキシル基、3-エチルヘプチル基、3-エチルデシル基、2-ヘキシルデシル基等の直鎖又は分岐アルキル基が挙げられる。
該有機半導体の環構造Ar1及びAr5は、それぞれ独立してチオフェン環、チアゾール環、又はベンゼン環を示し、高移動度のためチオフェン環、チアゾール環が好ましい。
さらに本発明で用いられる有機半導体は、高溶解性であることから、下記一般式(4)で示される化合物であることが特に好ましい。
本発明で用いられる有機半導体の具体的例示としては、以下の構造のものを挙げることができる。
R8~R31は、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1~20のアルキル基を示す。
(a)上層に有機半導体からなる層が形成され、下層にポリマーからなる層が形成される層の構成。
(b)上層にポリマーからなる層が形成され、下層に有機半導体からなる層が形成された層の構成。
(c)上層に有機半導体層からなる層が形成され、中間層にポリマーからなる層を有し、再度下層に有機半導体からなる層が形成される層の構成。
(d)上層にポリマーからなる層が形成され、中間層に有機半導体からなる層を有し、再度、下層にポリマーからなる層が形成される層の構成。
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて得られる有機薄膜トランジスタは、ポリマーが適度の極性を有するため、電流オン・オフ比が5.0×106以上の高いスイッチ特性を有することが好ましい。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
空気下、10mlサンプル管に、o-キシレン(沸点144℃)1.5g、2,7-ジ(n-ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェン(化合物1)15mg、極性環状ポリオレフィン1(GPCによるMw=44,000、表面エネルギーの極性項(γS P)が3.57mJ/m2)1.5mg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。
空気下、上記表1で示した順に作製した電極のチャネル間に、上述の方法で調製した有機半導体層形成用溶液0.5mlをシリンジに充填し、0.2μmのフィルターを通した溶液を室温下(25℃)でディスペンサー塗工した。室温下(25℃)で自然乾燥し、膜厚58nmの有機半導体層の薄膜を作製した。
(バイアスストレス試験前の電気物性の測定)
上述の方法で作製した有機薄膜トランジスタ(チャネル長/チャネル幅=10μm/980μm)の伝達特性から、キャリア移動度は0.94cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は2.4×107であった。また、ゲート電圧0Vでの電流値は2.1×10-12Aであった。
(バイアスストレス試験後の電気物性の測定)
上述の方法で作製した有機薄膜トランジスタに-30Vのゲート電圧を大気下で1時間印加(バイアスストレス試験)後、伝達特性を測定した。その結果、伝達特性からキャリア移動度は0.94cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は2.3×107、ゲート電圧0Vでの電流値は1.9×10-12Aであった。
(熱加熱後の電気物性の測定)
上記の有機薄膜トランジスタ(バイアスストレス試験後、チャネル長/チャネル幅=10μm/980μm)を大気下、110℃で20分間加熱した後、伝達特性の評価を行った。その結果、キャリア移動度は0.95cm2/V・s(p型)、電流オン・オフ比は2.6×107であった。
熱加熱後の電気物性の測定結果を表3に示す。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
ポリマーとして極性環状ポリオレフィン2(GPCによるMw=57,000、表面エネルギーの極性項(γS P)が4.32mJ/m2)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。
実施例1と同様の方法により、有機薄膜トランジスタを作製し、バイアスストレス試験前の電気物性の測定を行った。
(バイアスストレス試験後の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、バイアスストレス試験を行った。
(熱加熱後の電気物性の測定)
また、実施例1と同様に熱加熱後、電気物性の測定を行った。熱加熱後の電気物性の測定結果を表3に合わせて示す。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
ポリマーとしてポリスルホン1(PSU)(R31=R32=メチル基、シグマアルドリッチ社製)(GPCによるMw=49,000、表面エネルギーの極性項(γS P)が3.42mJ/m2)を用い、溶媒としてクロロベンゼン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。
(有機半導体層及び有機薄膜トランジスタの作製、並びにバイアスストレス試験前の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、有機薄膜トランジスタを作製し、バイアスストレス試験前の電気物性の測定を行った。
(バイアスストレス試験後の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、バイアスストレス試験を行った。
(熱加熱後の電気物性の測定)
また、実施例1と同様に熱加熱後、電気物性の測定を行った。
(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204℃)1.5g、2,7-ジ(n-ヘキシル)ジチエノベンゾジチオフェン(化合物1)12mg、極性環状ポリオレフィン2(GPCによるMw=57,000、表面エネルギーの極性項(γS P)が4.32mJ/m2)1.5mg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。
(有機半導体層及び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の作製)
ガラス基板上(イーグルXG、コーニング社製)にジクロロ-ジ-p-キシリレン(商品名:DPX-C,SCS社製)200mgをラボコーター(日本パリレン合同会社製、PDS2010)を用いて、真空蒸着し膜厚150nmのポリ(クロロ-p-パラキシリレン)の下地層を形成した。
(バイアスストレス試験前の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、有機薄膜トランジスタを作製し、バイアスストレス試験前の電気物性の測定を行った。
(バイアスストレス試験後の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、バイアスストレス試験を行った。
(熱加熱後の電気物性の測定)
また、実施例1と同様に熱加熱後、電気物性の測定を行った。熱加熱後の電気物性の測定結果を表3に合わせて示す。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
ポリマーを用いなかった以外は実施例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。
(有機半導体層及び有機薄膜トランジスタの作製、並びにバイアスストレス試験前の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、有機薄膜トランジスタを作製し、バイアスストレス試験前の電気物性の測定を行った。
(バイアスストレス試験後の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、バイアスストレス試験を行った。
(熱加熱後の電気物性の測定)
また、実施例1と同様に熱加熱後、電気物性の測定を行った。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
ポリマーとしてポリスチレン(PS)(シグマアルドリッチ社製)(GPCによるMw=280,000、表面エネルギーの極性項(γS P)が1.44mJ/m2)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。
(有機半導体層及び有機薄膜トランジスタの作製、並びにバイアスストレス試験前の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、有機薄膜トランジスタを作製し、バイアスストレス試験前の電気物性の測定を行った。
(バイアスストレス試験後の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、バイアスストレス試験を行った。
(熱加熱後の電気物性の測定)
また、実施例1と同様に熱加熱後、電気物性の測定を行った。
(有機半導体層形成用溶液の調製)
ポリマーとしてポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)(シグマアルドリッチ社製)(GPCによるMw=350,000、表面エネルギーの極性項(γS P)が10.2mJ/m2)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。
(有機半導体層及び有機薄膜トランジスタの作製、並びにバイアスストレス試験前の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、有機薄膜トランジスタを作製し、バイアスストレス試験前の電気物性の測定を行った。
(バイアスストレス試験後の電気物性の測定)
実施例1と同様の方法により、バイアスストレス試験を行った。
(熱加熱後の電気物性の測定)
また、実施例1と同様に熱加熱後、電気物性の測定を行った。
(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 (6)
- ポリマーのガラス転移温度が105℃以上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。
- ポリマーの重量平均分子量が5,000~1,000,000であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の有機半導体層形成用溶液。
- ポリマーが極性基を有する極性環状ポリオレフィンであることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかに記載の有機半導体層形成用溶液。
- 請求項1~請求項4のいずれか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5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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