TWI429118B - Organic thin film transistor and organic thin film emitting transistor - Google Patents
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本發明係關於一種具備有機半導體層之有機薄膜電晶體及有機薄膜發光電晶體;特別是關於一種包含具高遷移率之化合物且能夠進行高速度動作的有機薄膜電晶體、以及使用該有機薄膜電晶體來作為發光元件的有機薄膜發光電晶體。
薄膜電晶體(TFT)係廣泛地使用作為液晶顯示裝置等之顯示用開關元件。將代表性之TFT之剖面結構,顯示於圖2。正如該圖所示,TFT係在基板上,以該順序而具有閘電極及絕緣體層,在絕緣體層上,具有打開既定之間隔所形成之源電極及汲電極。包含兩者電極之一部分表面,在露出於電極間之絕緣體層上,形成半導體層。在此種結構之TFT,半導體層係形成為通道區域,藉由以外加於閘電極之電壓,來控制流通在源電極和汲電極間之電流,而進行導通/截止動作。
向來,該TFT係使用非結晶質或多結晶之矽而進行製作,但是,在使用此種矽之TFT之製作所採用之CVD裝置係非常昂貴,使用TFT之顯示裝置等之大型化係有所謂造成製造成本之大幅度增加之問題點產生。此外,成膜非結晶質或多結晶之矽之製程係進行於非常高之溫度下,因此,限定可以使用作為基板之材料之種類,所以,有
所謂無法使用輕量之樹脂基板等之問題發生。
為了解決此種問題,因此,提議使用有機物來取代非結晶質或多結晶之矽的TFT。作為使用在藉由有機物來形成TFT時之成膜方法係知道有真空蒸鍍法或塗佈法等,如果藉由這些成膜方法的話,則能夠抑制製造成本之上升並且實現元件之大型化,能夠使得在成膜時之所需要之製程溫度,成為比較低溫。因此,在使用有機物之TFT,有所謂使用於基板之材料之選擇時之限制變少之優點,期待其實用化,就使用有機物之TFT而言,頻繁地進行報告,可以列舉例如非專利文獻1~20等。
此外,作為使用於TFT之有機化合物層之有機物係在p型,共軛系聚合物或噻吩等之聚合物(專利文獻1~5等)、金屬酞菁化合物(專利文獻6等)、戊省等之縮合芳香族烴(專利文獻7及8等)等以單體或其他化合物之混合物之狀態,來進行使用。此外,在n型FET材料,例如在專利文獻9,揭示1,4,5,8-萘四甲酸酐(NTCDA)、11,11,12,12-四氰基萘并-2,6-奎諾二甲烷甲烷(TCNNQD)、1,4,5,8-萘四羧基二醯亞胺(NTCDI)等,在專利文獻10,揭示氟化酞菁。
在專利文獻12,揭示關於芳基乙烯取代芳香族化合物及對於有機半導體之使用。但是,在絕緣層施行單分子膜處理之後,藉由加熱同時形成半導體層等之複雜之製程而製作有機TFT元件。
此外,在非專利文獻19,記載亞苯基亞乙烯基聚合
物(聚-對亞苯基亞乙烯基(PPV))之電子遷移率,但是,變小成為10-4
cm2
/Vs,沒有達到實用性能。也就是說,在成為高分子化合物之PPV,因為主鏈結構長之彎曲或者是由於具有分子量分布之所造成之結晶結構之散亂,所以,場效遷移率變小。
另一方面,同樣作為使用電傳導之元件係有機電致發光(EL)元件,但是,有機EL元件係相對於一般在100nm以下之超薄膜之膜厚方向施加105
V/cm以上之強電場而強制地流通電荷,必須在有機TFT之狀態下,在數μm以上之距離,以105
V/cm以下之電場,高速地流通電流,在有機物本身,需要更進一步之電導性。但是,習知之有機TFT之前述化合物係場效遷移率變小,應答速度變慢,在作為電晶體之高速應答性,有問題發生。此外,導通/截止比也變小。在此提到之所謂導通/截止比係在施加閘電壓時(導通)之源-汲間流通之電流除以在並無施加閘電壓時(截止)之源-汲間流通之電流的值,所謂導通電流係通常增加閘電壓而使得流通在源-汲間之電流呈飽和時之電流值(飽和電流)。
〔專利文獻1〕日本特開平8-228034號公報〔專利文獻2〕日本特開平8-228035號公報〔專利文獻3〕日本特開平9-232589號公報〔專利文獻4〕日本特開平10-125924號公報〔專利文獻5〕日本特開平10-190001號公報〔專利文獻6〕日本特開2000-174277號公報
〔專利文獻7〕日本特開平5-55568號公報〔專利文獻8〕日本特開2001-94107號公報〔專利文獻9〕日本特開平10-135481號公報〔專利文獻10〕日本特開平11-251601號公報〔專利文獻11〕日本特開2005-142233號公報〔專利文獻12〕國際公開WO2006/113205號公報
〔非專利文獻1〕F.Ebisawa們,Journal of Applied Physics,第54卷,第3255頁,1983年〔非專利文獻2〕A.Assadi們,Applied Physics Letter,第53卷,第195頁,1988年〔非專利文獻3〕G.Guillaud們,Chemical Physics Letter,第167卷,第503頁,1990年〔非專利文獻4〕X.Peng們,Applied Physics Letter,第57卷,第2013頁,1990年〔非專利文獻5〕G.Horowitz們,Synthetic Metals,第41~43卷,第1127頁,1991年〔非專利文獻6〕S.Miyauchi們,Synthetic Metals,第41~43卷,1991年〔非專利文獻7〕H.Fuchigami們,Applied Physics Letter,第63卷,第1372頁,1993年〔非專利文獻8〕H.Koezuka們,Applied Physics Letter,第62卷,第1794頁,1993年〔非專利文獻9〕F.Garnier們,Science,第265卷,第1684頁,1994年
〔非專利文獻10〕A.R.Brown們,Synthetic Metals,第68卷,第65頁,1994年〔非專利文獻11〕A.Dodabalapur們,Science,第268卷,第270頁,1995年〔非專利文獻12〕T.Sumimoto們,Synthetic Metals,第86卷,第2259頁,1997年〔非專利文獻13〕K.Kudo們,Thin Solid Films,第331卷,第51頁,1998年〔非專利文獻14〕K.Kudo們,Synthetic Metals,第102卷,第900頁,1999年〔非專利文獻15〕K.Kudo們,Synthetic Metals,第111~112卷,第11頁,2000年〔非專利文獻16〕Advanced Materials第13卷,第16號,2001年,第1273頁〔非專利文獻17〕Advanced Materials第15卷,第6號,2003年,第478頁〔非專利文獻18〕W.Geens們,Synthetic Metals,第122卷,第191頁,2001年〔非專利文獻19〕Lay-Lay Chua們,Nature,第434卷,西元2005年3月10日號,第194頁〔非專利文獻20〕Hong Meng們,Journal of American Chemical Society,第128卷,第9304頁,2006年
本發明係為了解決前述之課題而完成的;其目的係提供一種應答速度(驅動速度)成為高速且導通/截止比變大的有機薄膜電晶體、以及利用該有機薄膜電晶體的有機薄膜發光電晶體。
本發明人們係為了達成前述之目的而全心重複地進行研究,結果,發現可以藉由在有機薄膜電晶體之有機半導體層,使用具有以下述一般式(a)所表示之結構之有機化合物,而使得應答速度(驅動速度)成為高速度化,來完成本發明。
也就是說,本發明係提供一種有機薄膜電晶體,其係基板上至少設置閘電極、源電極、汲電極之3端子、絕緣體層及有機半導體層,藉由對閘電極外加電壓,控制源-汲間電流的有機薄膜電晶體,前述有機半導體層含有具下述一般式(a)之結構的有機化合物。
此外,本發明係提供一種有機薄膜發光電晶體,其係有機薄膜電晶體,利用於源-汲間流通之電流,獲得發光,藉由將電壓外加於閘電極,控制發光。
本發明之有機薄膜電晶體係應答速度(驅動速度)成為高速度化,並且,導通/截止比變大,作為電晶體之性能變高,也可以利用作為能夠發光之有機薄膜發光電晶體。
本發明係一種有機薄膜電晶體,其係基板上至少設置閘電極、源電極、汲電極之3端子、絕緣體層及有機半導體層,藉由對閘電極外加電壓,控制源-汲間電流的有機
薄膜電晶體,前述有機半導體層含有具下述一般式(a)之結構的有機化合物。
在前述一般式(a),A係具有菲結構之2價芳香族烴基。
作為A之具有菲結構之2價芳香族烴基之具體例係列舉菲、、三亞苯基、膽腦烷、暈苯、六苯并三亞苯基、六苯并暈苯、三環戊二烯並三亞苯基(sumanene)等之2價殘基或5環以上之稠環之2價殘基,最好是不包含芘結構或二萘嵌苯結構之2價殘基、不包含蒽結構之2價殘基或5環以上之稠環之2價殘基,更加理想是菲或之2價殘基,最佳理想是之2價殘基。
此外,在一般式(a),可以混合烯烴部分之立體構造,但是,具有共軛主鏈呈反式地配置之立體構造係最好是主成分。此外,2個烯烴基最好是鍵結相對於A為對稱之位置的結構,甚至最好是藉由A和烯烴基所構成之結構係鍵結成為平面,更加理想是藉由A和烯烴基所構成之π電子系係鍵結成為變長。藉由具有此種結構而提高分子之平面性,並且,分子間之相互作用變大,因此,認為得到高性能。
在一般式(a),R1
~R10
係各自獨立為氫原子、鹵原
子、氰基、碳數1~30之烷基、碳數1~30之鹵烷基、碳數1~30之烷氧基、碳數1~30之鹵烷氧基、碳數1~30之烷硫基、碳數1~30之鹵烷基硫基、碳數1~30之烷胺基、碳數2~60之二烷胺基(烷基可互相鍵結形成含氮原子的環結構)、碳數1~30之烷基磺醯基、碳數1~30之鹵烷基磺醯基、碳數6~60之芳香族烴基、或碳數1~60之芳香族雜環基,這些各基可具有取代基,彼此連結可形成碳數6~60之芳香族烴基或碳數1~60之芳香族雜環基。
在一般式(a),R1
、R5
、R6
及R10
係最好是各自獨立為氫原子或氟原子。
在前述一般式(a),R1
~R10
係最好是各自獨立為氫原子或碳數1~30之烷基、或者是各自獨立為氫原子、鹵原子、氰基或碳數1~30之鹵烷基。
像這樣,以R2
~R4
及R7
~R9
,作為由前面敘述選擇之基,如果碳數為30以下的話,則並無一般式(a)所佔有之規則性控制部位(R2
~R4
及R7
~R9
)之比率過度大,具備有助於電流控制之π電子之結構之密度變大,能夠控制膜之規則性,可以得到高場效遷移率和導通/截止比。
此外,在前述一般式(a),R2
~R4
及R7
~R9
係更加理想是各自獨立為氫原子、鹵原子、氰基、碳數1~30之烷基或碳數1~30之鹵烷基。
此外,使用於本發明之有機薄膜電晶體且具有特定結
構的有機化合物係在基本上顯示p型(電洞傳導)及n型(電子傳導)之兩極性,可以藉由和後面敘述之源、汲電極之組合而即使是p型元件,即使是n型元件,也可以進行驅動,但是,在前述一般式(a),可以藉由配合於需要,適當地選擇R1
~R10
、及取代於A之具有菲結構之2價芳香族烴基上之基,而更加強化作為p型及n型之性能。也就是說,可以藉由使用受電性基,來作為R1
~R10
及取代於A之具有菲結構之2價芳香族烴基上之基,而降低最低非占有軌道(LUMO)位準,發揮作為n型半導體之功能。作為受電性基係最好是氫原子、鹵原子、氰基、碳數1~30之鹵烷基、碳數1~30之鹵烷氧基、碳數1~30之鹵烷基硫基及碳數1~30之鹵烷基磺醯基。此外,可以藉由使用施電性基,來作為R1
~R10
及取代於A之具有菲結構之2價芳香族烴基上之基,而提高最高占有軌道(HOMO)位準,發揮作為p型半導體之功能。作為施電性基係最好是氫原子、碳數1~30之烷基、碳數1~30之烷氧基、碳數1~30之烷硫基、碳數1~30之烷胺基、碳數2~60之二烷胺基(烷基可互相鍵結形成含氮原子的環結構)。
在以下,說明前述一般式(a)之R1
~R10
所顯示之各基之具體例。
作為前述鹵原子係列舉氟、氯、溴及碘原子。
作為前述烷基係列舉甲基、乙基、丙基、異丙基、n-丁基、s-丁基、異丁基、t-丁基、n-戊基、n-己基
、n-庚基、n-辛基等。
作為前述鹵烷基係列舉例如氯甲基、1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯異丁基、1,2-二氯乙基、1,3-二氯異丙基、2,3-二氯-t-丁基、1,2,3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、2-溴乙基、2-溴異丁基、1,2-二溴乙基、1,3-二溴異丙基、2,3-二溴-t-丁基、1,2,3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘異丁基、1,2-二碘乙基、1,3-二碘異丙基、2,3-二碘-t-丁基、1,2,3-三碘丙基、氟甲基、1-氟甲基、2一氟甲基、2-氟異丁基、1,2-二氯乙基、二氟甲基、三氟甲基、五氟乙基、全氟異丙基、全氟丁基、全氟環己基等。
前述烷氧基係以-OX1
所表示之基,作為X1
之例子係列舉相同於前述烷基所說明之例子,前述鹵烷氧基係以一OX2
所表示之基,作為X2
之例子係列舉相同於前述鹵烷基所說明之例子。
前述烷硫基係以-SX1
所表示之基,作為X1
之例子係列舉相同於前述烷基所說明之例子,前述鹵烷基硫基係以-SX2
所表示之基,作為X2
之例子係列舉相同於前述鹵烷基所說明之例子。
前述烷胺基係以-NHX1
所表示之基,二烷胺基係以-NX1
X3
所表示之基,X1
及X3
係分別列舉相同於前述烷基所說明之例子。此外,二烷胺基之烷基係可以互相鍵結形成含氮原子的環結構,作為環結構係列舉例如吡咯烷、哌啶等。
前述烷基磺醯基係以-SO2
X1
所表示之基,作為X1
之例子係列舉相同於前述烷基所說明之例子,前述鹵烷基磺醯基係以-SO2
X2
所表示之基,作為X2
之例子係列舉相同於前述鹵烷基所說明之例子。
作為前述芳香族烴基係列舉例如苯基、萘基、蒽基、菲基、芴基、芘基、戊省基等。
作為前述芳香族雜環基係列舉例如呋喃基、苯硫基、吡咯基、吡唑基、咪唑基、***基、四唑基、噁唑基、異噁唑基、噻唑基、噻二唑基、吡啶基、嘧啶基、苯并呋喃基、苯并苯硫基、吲哚基、喹啉基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并苯硫基等。
作為還可以取代前述一般式(a)所示之各基之取代基係列舉芳香族烴基、芳香族雜環基、烷基、烷氧基、芳烷基、芳氧基、芳硫基、烷氧基羰基、胺基、鹵原子、氰基、硝基、羥基、羧基等。
在以下,列舉使用於本發明之有機薄膜電晶體之有機半導體層且具有特定結構的有機化合物之具體例,但是,並非限定於這些。
使用於本發明之有機薄膜電晶體之有機半導體層之化合物係可以藉由各種之方法而進行合成,例如可以藉由Organic Reactions(有機反應)Volume 14.3(John Wiley&Sons,Inc.)、Organic Reactions Volume 25.2(John Wiley&Sons,Inc.)、Organic Reactions Volume 27.2(John Wiley&Sons,Inc.)、Organic Reactions Volume 50.1(John Wiley&Sons,Inc.)之文獻所記載之方法而進行合成。此外,可以配合於需要而利用熱反應、光反應、
附加反應等,來使得烯烴部分之立體,一致於單一之位置異性體。
在例如電晶體之電子元件,可以藉由使用高純度之材料而得到場效遷移率或導通/截止比變高之元件。因此,最好是配合於需要,藉由柱色譜、再結晶、蒸餾、昇華等之手法而加入精製。最好是能夠藉由重複地使用這些精製方法,或者是組合複數種方法,而提高純度。此外,作為精製之最終製程係最好是重複地進行至少2次以上之昇華精製。最好是藉由使用這些手法而使用以HPLC所測定之純度90%以上之材料,可以藉由使用更加理想是95%以上、特別最好是99%以上之材料,而提高有機薄膜電晶體之場效遷移率或導通/截止比,拉出材料原本具有之性能。
在以下,就本發明之有機薄膜電晶體之元件結構而進行說明。
作為本發明之有機薄膜電晶體之元件結構係至少在基板上,設置閘電極、源電極和汲電極之3端子、絕緣體層及有機半導體層,如果是藉由對閘電極外加電壓來控制源-汲間電流的有機薄膜電晶體的話,則並無限定,可以是具有習知之元件結構。
在這些中,作為代表性之有機薄膜電晶體之元件結構係元件A~D顯示於圖1~圖4。像這樣,藉由電極之位置、層之層積順序等而知道數種結構,本發明之有機薄膜電晶體係具有場效電晶體(FET:Field Effect Transistor)結構。有機薄膜電晶體係具有:有機半導體層(有機化
合物層)、形成相互地打開既定之間隔呈對向之源電極及汲電極、以及分別由源電極和汲電極開始打開既定之距離而形成之閘電極;藉由對閘電極外加電壓而控制流通在源-汲電極間之電流。在此,源電極和汲電極之間隔係藉由使用本發明之有機薄膜電晶體之用途而進行決定,通常是0.1 μm~1mm、最好是1 μm~100 μm、甚至最好是5 μm~100 μm。
在元件A~D中,在以圖2之元件B作為例子而還更加詳細地進行說明時,元件B之有機薄膜電晶體係在基板上,以該順序而具有閘電極和絕緣體層,在絕緣體層上,具有打開既定之間隔所形成之一對之源電極和汲電極,在其上面,形成有機半導體層。有機半導體層係成為通道區域,藉由以外加在閘電極之電壓,來控制流通在源電極和汲電極間之電流,而進行導通/截止動作。
本發明之有機薄膜電晶體係也在前述元件A~D以外之元件結構,提議各種之結構,來作為有機薄膜電晶體,如果是藉由以外加於閘電極之電壓來控制源電極和汲電極間流通之電流而發現導通/截止動作或放大等之效果之構造的話,則並非限定於這些元件結構,可以具有例如由產業技術綜合研究所之吉田先生們在第49次應用物理學相關聯合演講會演講預備稿集27a-M-3(2002年3月)所提議之頂及底接點型有機薄膜電晶體(參考圖5)或者是由千葉大學之工藤先生們在電學會論文誌118-A(1998)1440頁之所提議之縱型有機薄膜電晶體(參考圖6
)的元件結構。
本發明之有機薄膜電晶體之基板係擔任支持有機薄膜電晶體結構之功能,作為材料係除了玻璃以外,也可以使用金屬氧化物或氮化物等之無機化合物、塑膠薄膜(PET、PES、PC)或金屬基板、或者是這些之複合體或層積體等。此外,在可以藉由基板以外之結構要素而充分地支持有機薄膜電晶體之結構之狀態下,也可以不使用基板。此外,作為基板之材料係大多是使用矽(Si)晶圓。在該狀態下,可以使用Si本身,來作為閘電極兼基板。此外,也可以氧化Si之表面,形成SiO2
而活用成為絕緣層。在該狀態下,正如圖8所示,也在基板兼閘電極之Si基板,成膜Au等之金屬層,來作為引線連接用之電極。
作為本發明之有機薄膜電晶體之閘電極、源電極及汲電極之材料係如果是導電性材料的話,則並無特別限定,使用白金、金、銀、鎳、鉻、銅、鐵、錫、銻鉛、鉭、銦、鈀、碲、錸、銥、鋁、釕、鍺、鉬、鎢、氧化錫.銻、氧化銦.錫(ITO)、氟摻雜氧化鋅、鋅、碳、石墨、碳黑、銀膏及碳膏、鋰、鈹、鈉、鎂、鉀、鈣、鈧、鈦、錳、鋯、鎵、鈮、鈉、鈉-鉀合金、鎂、鋰、鋁、鎂/銅混合物、鎂/銀混合物、鎂/鋁混合物、鎂/銦混合物、鋁
/氧化鋁混合物、鋰/鋁混合物等。
在本發明之有機薄膜電晶體,作為源電極及汲電極係使用包含前述導電性材料之溶液、糊膏、油墨、分散液等之流動性電極材料而形成,特別最好是將導電性聚合物或者是含有白金、金、銀、銅之金屬微粒予以包含之流動性電極材料。此外,作為溶媒或分散媒體係抑制對於有機半導體之損傷,因此,最好是含有水60質量%以上、更加理想是90質量%以上之溶媒或分散媒體。作為含有金屬微粒之分散物係可以使用例如習知之導電性糊膏等,但是,通常最好是含有粒徑0.5nm~50nm、1nm~10nm之金屬微粒之分散物。作為該金屬微粒之材料係可以使用例如白金、金、銀、鎳、鉻、銅、鐵、錫、銻鉛、鉭、銦、鈀、碲、錸、銥、鋁、釕、鍺、鉬、鎢、鋅等。
最好是使用主要由有機材料所構成之分散穩定劑,使用這些金屬微粒分散於成為水或任意之有機溶劑之分散媒中之分散物,形成電極。作為此種金屬微粒之分散物之製造方法係列舉氣體中蒸發法、濺鍍法、金屬蒸氣合成法等之物理生成法、或者是膠體法、共沉法等之在液相還原金屬離子而生成金屬微粒之化學生成法等,最好是藉由日本特開平11-76800號公報、日本特開平11-80647號公報、日本特開平11-319538號公報、日本特開2000-239853號公報等之所揭示之膠體法、日本特開2001-254185號公報、日本特開2001-53028號公報、日本特開2001-35255號公報、日本特開2000-124157號公報
、日本特開2000-123634號公報等之所記載之氣體中蒸發法而進行製造之金屬微粒之分散物。
在使用這些金屬微粒分散物而形成前述電極來乾燥溶媒之後,配合於需要,藉由在100℃~300℃、最好是150℃~200℃之範圍,加熱成為形狀狀態,而熱熔合金屬微粒,形成具有目的形狀之電極圖型。
此外,作為閘電極、源電極及汲電極之材料係也最好是使用藉由摻雜等而提高導電率之習知之導電性聚合物,也適合使用例如導電性聚苯胺、導電性聚吡咯、導電性聚噻吩(聚乙烯二氧化噻吩和聚苯乙烯磺酸之配位化合物等)、聚乙烯二氧化噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸之配位化合物等。可以藉由這些材料而減低源電極和汲電極之有機半導體層間之接觸電阻。
形成源電極和汲電極之材料係即使是在前述之例子中,在和有機半導體層間之接觸面,最好是電阻小。也就是說,此時之電阻係在製作電流控制元件之時,對應於場效遷移率,為了得到大遷移率,因此,必須儘可能地使得電阻變小。這個係一般由電極材料之功函數和有機半導體層之能量準位間之大小關係,來進行決定。
在電極材料之功函數(W)成為a、有機半導體層之離子化電位(Ip)成為b而有機半導體層之電子親合力(Af)成為c之時,最好是滿足以下之關係式。在此,a、b及c係皆以真空準位作為基準之正值。
在p型有機薄膜電晶體之狀態下,最好是b-a<
1.5eV(公式(I))、更加理想是b-a<1.0eV。在和有機半導體層之關係,如果能夠維持前述關係的話,則可以得到高性能元件,特別最好是選擇電極材料之功函數儘量大,最好是功函數4.0eV以上、更加理想是功函數4.2eV以上。
金屬之功函數值係可以由例如化學便覽基礎篇Ⅱ-493頁(改訂3版、日本化學會編丸善股份有限公司發行1983年)所記載之具有4.0eV或者是這個以上之功函數之有效金屬之前述列表而進行選擇,高功函數金屬係主要是Ag(4.26,4.52,4.64,4.74eV)、Al(4.06,4.24,4.41eV)、Au(5.1,5.37,5.47eV)、Be(4.98eV)、Bi(4.34eV)、Cd(4.08eV)、Co(5.0eV)、Cu(4.65eV)、Fe(4.5,4.67,4.81eV)、Ga(4.3eV)、Hg(4.4eV)、Ir(5.42,5.76eV)、Mn(4.1eV)、Mo(4.53,4.55,4.95eV)、Nb(4.02,4.36,4.87eV)、Ni(5.04,5.22,5.35eV)、Os(5.93eV)、Pb(4.25eV)、Pt(5.64eV)、Pd(5.55eV)、Re(4.72ev)、Ru(4.71eV)、Sb(4.55,4.7eV)、Sn(4.42eV)、Ta(4.0,4.15,4.8eV)、Ti(4.33eV)、V(4.3eV)、W(4.47,4.63,5.25eV)、Zr(4.05eV)。即使是在這些當中,也最好是貴金屬(Ag、Au、Cu、Pt)、Ni、Co、Os、Fe、Ga、Ir、Mn、Mo、Pd、Re、Ru、V、W。在金屬以外,最好是例如ITO、聚苯胺或PEDOT;PSS之導電性聚合物和碳。作為電極材料係即使
是包含這些高功函數之物質1種或複數種,如果是功函數滿足前述公式(I)的話,則並無特別受到限制。
在n型有機薄膜電晶體之狀態下,最好是a-c<1.5eV(公式(II))、更加理想是a-c<1.0eV。在和有機半導體層之關係,如果能夠維持前述關係的話,則可以得到高性能元件,特別最好是選擇電極材料之功函數儘量小,最好是功函數4.3eV以下、更加理想是功函數3.7eV以下。
作為低功函數金屬之具體例係可以由例如化學便覽基礎篇Ⅱ-493頁(改訂3版、日本化學會編丸善股份有限公司發行1983年)所記載之具有4.3eV或者是這個以下之功函數之有效金屬之前述列表而進行選擇,列舉Ag(4.26eV)、Al(4.06,4.28eV)、Ba(2.52eV)、Ca(2.9eV)、Ce(2.9eV)、Cs(1.95eV)、Er(2.97eV)、Eu(2.5eV)、Gd(3.1eV)、Hf(3.9eV)、In(4.09eV)、K(2.28eV)、La(3.5eV)、Li(2.93eV)、Mg(3.66eV)、Na(2.36eV)、Nd(3.2eV)、Rb(4.25eV)、Sc(3.5eV)、Sm(2.7eV)、Ta(4.0,4.15eV)、Y(3.1eV)、Yb(2.6eV)、Zn(3.63eV)等。即使是在這些當中,也最好是Ba、Ca、Cs、Er、Eu、Gd、Hf、K、La、Li、Mg、Na、Nd、Rb、Y、Yb、Zn。作為電極材料係即使是包含這些低功函數之物質1種或複數種,如果是功函數滿足前述公式(Ⅱ)的話,則並無特別受到限制。但是,低功函數金屬係在接觸到大氣
中之水分或氧時,容易惡化,因此,最好是配合於需要而在例如Ag或Au之空氣中,藉由穩定之金屬來進行被覆。被覆之所需要之膜厚係必須為10nm以上,膜厚越熱而越加能夠由氧或水,來進行保護,但是,在實用上,由提高生產性等之理由來看的話,則最好是1 μm以下。
作為前述電極之形成方法係藉由例如蒸鍍、電子束蒸鍍、濺鍍、大氣壓電漿法、離子植入、化學氣相蒸鍍、電著、無電解電鍍、旋轉塗佈、印刷或噴墨等之方法而形成。此外,配合於需要,作為圖型化之方法係使用習知之光微影法或提升法而對於使用前述方法所形成之導電性薄膜來形成電極之方法、以及在鋁或銅等之金屬箔上藉由熱轉印、噴墨等而形成阻劑來進行蝕刻之方法。此外,可以直接地藉由噴墨法而對於導電性聚合物之溶液或分散液、含有金屬微粒之分散液等,來進行圖型化,也可以由塗佈膜,藉著微影法或雷射消除等而形成。此外,也可以將藉由凸版、凹版、平版、網版印刷等之印刷法而對於導電性聚合物或者是含有金屬微粒之導電性油墨、導電性糊膏等來進行圖型化之方法予以使用。
像這樣形成之電極之膜厚係如果是只要導通電流的話,則並無特別限制,但是,最好是0.2nm~10 μm、更加理想是4nm~300nm之範圍。如果是該理想範圍內的話,則並無由於膜厚變薄而提高電阻來產生電壓之下降。此外,因為無過度厚,所以,在膜之形成,不花費時間,在層積保護層或有機半導體層等之其他層之狀態下,並無產生
位差而能夠順暢地形成層積膜。
此外,在本發明之有機薄膜電晶體,例如由於提高注入效率之目的,因此,可以在有機半導體層和源電極及汲電極之間,設置緩衝層。作為緩衝層係最好是對於n型有機薄膜電晶體而使用在有機EL陰極之LiF、Li2
O、CsF、NaCO3
、KCl、MgF2
、CaCO3
等之鹼金屬、鹼土類金屬之具有離子鍵之化合物。此外,可以藉由Alq等之有機EL而***使用作為電子注入層、電子輸送層之化合物。
對於p型有機薄膜電晶體而最好是FeCl3
、TCNQ、F4
-TCNQ、HAT等之氰基化合物、CFx或GeO2
、SiO2
、MoO3
、V2
O5
、VO2
、V2
O3
、MnO、Mn3
O4
、ZrO2
、WO3
、TiO2
、In2
O3
、ZnO、NiO、HfO2
、Ta2
O5
、ReO3
、PbO2
等之鹼金屬、鹼土類金屬以外之金屬氧化物、ZnS、ZnSe等之無機化合物。這些氧化物係在許多之狀態下,引起氧缺損,這個係適合於電洞注入。此外,在TPD或NPD等之胺系化合物或CuPc等之有機EL元件,可以是使用作為電洞注入層、電洞輸送層之化合物。此外,最好是由前述之化合物2種類以上所構成。
知道緩衝層係有藉由降低載體之注入障壁而降低臨限值電壓來對於電晶體進行低電壓驅動之效果,但是,我們係對於本發明之化合物,發現不僅是低電壓效果,還有提高遷移率之效果。這個係因為在有機半導體和絕緣體層之界面,存在載體陷阱,在外加閘電壓而引起載體之注入時,最初注入之載體係使用於掩埋陷阱,藉由***緩衝層而
以低電壓,來掩埋陷阱,提高遷移率之緣故。緩衝層係可以變薄地存在於電極和有機半導體層之間,其厚度係0.1nm~30nm、最好是0.3nm~20nm。
作為本發明之有機薄膜電晶體之絕緣體層之材料係如果是能夠具有電絕緣性而形成為薄膜的話,則並無特別限定,可以使用金屬氧化物(包含矽之氧化物)、金屬氮化物(包含矽之氮化物)、高分子、有機低分子等之在室溫之電阻率10Ω.cm以上之材料,特別最好是比介電率高之無機氧化物皮膜。
作為無機氧化物係列舉氧化矽、氧化鋁、氧化鉭、氧化鈦、氧化錫、氧化釩、鈦酸鋇鍶、鋯酸鈦酸鋇、鋯酸鈦酸鉛、鈦酸鉛鑭、鈦酸鍶、鈦酸鋇、氟化鋇鎂、鑭氧化物、氟氧化物、鎂氧化物、鉍氧化物、鈦酸鉍、鈮氧化物、鈦酸鍶鉍、鉭酸鍶鉍、五氧化鉭、鉭酸鈮酸鉍、三氧化物釔以及組合這些,最好是氧化矽、氧化鋁、氧化鉭、氧化鈦。
此外,也可以適當地使用氮化矽(Si3
N4
、SixNy(x、y>0))、氮化鋁等之無機氮化物。
此外,絕緣體層係可以藉由包含醇鹽金屬之先驅物質而形成,將該先驅物質之溶液,例如被覆於基板,藉由對於這個進行包含熱處理之化學溶液處理,而形成絕緣體層。
作為前述醇鹽金屬之金屬係例如由遷移金屬、鑭系或主族元素來選擇,具體地列舉鋇(Ba)、鍶(Sr)、鈦(Ti)、鉍(Bi)、鉭(Ta)、鋯石(Zr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鉛(Pb)、鑭(La)、鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)、鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鈮(Nb)、鉈(Tl)、汞(Hg)、銅(Cu)、鈷(Co)、銠(Rh)、鈧(Sc)和釔(Y)等。此外,作為前述醇鹽金屬之醇鹽係列舉例如由包含甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇等之醇類、以及包含甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、己氧基乙醇、庚氧基乙醇、甲氧基丙醇、乙氧基丙醇、丙氧基丙醇、丁氧基丙醇、己氧基丙醇、庚氧基丙醇等之烷氧基醇類等而進行衍生。
在本發明,在藉由前述之材料而構成絕緣體層之時,容易在絕緣體層中,產生空乏層,可以減低電晶體動作之臨限值電壓。此外,即使是在前述之材料中,也在特別藉由Si3
N4
、SixNy、SiONx(x、y>0)等之氮化矽而形成絕緣層之時,容易更加地產生空乏層,還可以減低電晶體動作之臨限值電壓。
作為使用有機化合物之絕緣體層係也可以使用聚醯亞胺、聚醯胺、聚酯、聚丙烯酸酯、光自由基聚合系、光陽離子聚合系之光硬化性樹脂、包含丙烯腈成分之共聚物、聚乙烯基苯酚、聚乙烯醇、酚醛樹脂、及氰乙基出芽短梗孢糖等。
此外,除了蠟、聚乙烯、聚氯丁二烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚氧化亞甲酯、聚乙烯基氯化物、聚偏氟乙烯、聚甲基甲基丙烯酸酯、聚碸、聚碳酸酯、聚醯亞胺氰乙基出芽短梗孢糖、聚(乙烯基苯酚)(PVP)、聚(甲基甲基丙烯酸酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚烯烴、聚丙烯基醯胺、聚(丙烯酸)、酚醛樹脂、甲階酚醛樹脂、聚醯亞胺、聚苯撐二甲酯、環氧樹脂以外,也可以使用出芽短梗孢糖等之具有高介電率之高分子材料。
作為絕緣體層之材料係特別最好是具有疏水性之有機化合物,可以藉由具有疏水性而抑制絕緣體層和有機半導體層之相互作用,有機半導體係利用原本保有之凝集性,提高有機半導體層之結晶性,提高元件性能。作為此種例子係列舉Yasuda們、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp.6614-6618所記載之聚對苯撐二甲基衍生物或Janos Veres們、Chem.Mater.,Vol.16(2004)pp.4543-4555所記載。
此外,在使用圖1及圖4所示之頂閘構時,在使用此種有機化合物來作為絕緣體層之材料之際,能夠減少賦予至有機半導體層之損傷而進行成膜,因此,成為有效之方法。
前述絕緣體層係可以是使用前述無機或有機化合物材料複數種之混合層,也可以是這些之層積結構體。在該狀態下,也可以配合於需要而混合高介電率之材料和具疏水
性之材料,或者是藉由進行層積而控制元件之性能。
此外,前述絕緣體層係可以是陽極氧化膜,或者是包含該陽極氧化膜,來作為結構。陽極氧化膜係最好是進行封孔處理。陽極氧化膜係藉由以習知之方法,來對於可陽極氧化之金屬,進行陽極氧化而形成。作為可陽極氧化處理之金屬係可以列舉鋁或鉭,在陽極氧化處理之方法,並無特別限制,可以使用習知之方法。藉由進行陽極氧化處理而形成氧化被覆膜。作為使用於陽極氧化處理之電解液係如果是能夠形成多孔質氧化皮膜的話,則也可以使用任何一種,一般而言,使用硫酸、磷酸、草酸、鉻酸、硼酸、氨基磺酸、苯磺酸等、或者是組合這些2種以上之混酸、或者是這些之鹽。陽極氧化之處理條件係由於使用之電解液而進行各種之變化,因此,一概無法特定,但是,一般而言,適合為電解液之濃度1~80質量%、電解液之溫度5~70℃、電流密度0.5~60A/cm2
、電壓1~100伏特、電解時間10秒鐘~5分鐘之範圍。理想之陽極氧化處理係使用硫酸、磷酸或硼酸之水溶液,來作為電解液,以直流電來進行處理之方法,但是,也可以使用交流電。這些酸之濃度係最好是5~45質量%,最好是電解液之溫度20~50℃、電流密度0.5~20A/cm2
,進行20~250秒鐘之電解處理。
作為絕緣體層之厚度係在層之厚度變薄時,外加於有機半導體之有效電壓變大,因此,能夠降低元件本身之驅動電壓、臨限電壓,相反地,源-汲間之漏電流變大,所
以,必須選擇適當之膜厚,通常是10nm~5 μm、最好是50nm~2 μm、更加理想是100nm~1 μm。
此外,可以在前述絕緣體層和有機半導體層之間,施行任意之配向處理。作為其理想之例子係在絕緣體層之表面施行疏水化處理等而減低絕緣體層和有機半導體層之相互作用來提高有機半導體層之結晶性之方法,具體地列舉:在以液相或氣相狀態來使得矽烷偶合劑、例如十八烷基三氯矽烷、三氯甲基矽氨烷或鏈烷磷酸、鏈烷磺酸、鏈烷羧酸等之自行組織化配向膜材料接觸到絕緣膜之表面而形成自行組織化膜之後,適度地施行乾燥處理之方法。此外,也最好是在絕緣膜之表面,設置藉由聚醯亞胺等之所構成之膜而使用於液晶之配向,對其表面進行研磨摩擦處理的方法。
作為前述絕緣體層之形成方法係列舉真空蒸鍍法、分子線磊晶成長法、離子群簇束法、低能量離子束法、離子植入法、CVD法、濺鍍法、日本特開平11-61406號公報、日本特開平11-133205號公報、日本特開2000-121804號公報、日本特開2000-147209號公報及日本特開2000-185362號公報所記載之大氣壓電漿法等之乾式製程、或者是噴射塗佈法、旋轉塗佈法、刮板塗佈法、浸漬塗佈法、熔鑄法、壓輥塗佈法、桿條塗佈法及模塗佈法等之塗佈之所造成之方法、印刷或噴墨等之圖型化之所造成之方法等之濕式製程,可以配合於材料而進行使用。濕式製程係使用對於無機氧化物之微粒,將在任意之有機溶
劑或水配合於需要來使用界面活性劑等之分散輔助劑而進行分散之液體予以塗佈.乾燥之方法、或者是塗佈.乾燥氧化物先驅物、例如醇鹽體之溶液之所謂溶膠凝膠法。
本發明之有機薄膜電晶體之有機半導體層之膜厚係並無特別限制,通常是0.5nm~1 μm、最好是2nm~250nm。
此外,有機半導體層之形成方法係並無特別限定,可以適用習知之方法,例如藉由分子線蒸鍍法(MBE法)、真空蒸鍍法、化學蒸鍍、材料溶解於溶媒之溶液之浸漬法、旋轉塗佈法、熔鑄法、桿條塗佈法、壓輥塗佈法等之印刷、塗佈法及烘烤、電聚合物線重整、分子束蒸鍍、來自溶液之自組合、以及這些之組合方法,而以例如前述有機半導體層之材料來形成。
在提高有機半導體層之結晶性時,提高場效遷移率,因此,在使用來自氣相之成膜(蒸鍍、濺鍍等)之狀態下,最好是成膜中之基板溫度保持於高溫。其溫度係最好是50~250℃、更加理想是70~150℃。此外,不論成膜方法如何,在成膜後而實施退火時,得到高性能元件,因此,變得理想。退火之溫度係最好是50~200℃、更加理想是70~200℃,時間係最好是10分鐘~12小時、更加理想是1~10小時。
在本發明,可以在有機半導體層,使用由一般式(a)選出之一種材料,也可以組合複數種或者是使用戊省或噻吩等之習知之半導體而層積複數種之混合薄膜,來進行
使用。
作為本發明之有機薄膜電晶體之形成方法係並無特別限定,可以藉由習知之方法,但是,在按照要求之元件結構而完全不接觸大氣來形成基板之投入、閘電極之形成、絕緣體層之形成、有機半導體層之形成、源電極之形成、汲電極之形成為止之一連串之元件製作製程時,能夠防止由於和大氣間之接觸所造成之大氣中之水分或者是由於氧等之所造成之元件性能之阻礙,因此,變得理想。在必須不得已一度接觸大氣時,在有機半導體層成膜以後之製程係完全不接觸到大氣之製程,最好是在有機半導體層成膜之即刻前,在藉由紫外線之照射、紫外線/臭氧照射、氧電漿、氬電漿等而對於層積有機半導體層之面(例如在元件B之狀態、於絕緣層來層積一部分之源電極和汲電極之表面)進行清淨化.活化之後,層積有機半導體層。
此外,例如考慮包含於大氣中之氧、水等對於有機半導體層之影響,可以在有機電晶體元件之外圍面之整個面或一部分,形成氣體障蔽層。作為形成氣體障蔽層之材料係可以使用在該領域所常用者,列舉例如聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氯三氟乙烯等。此外,也可以使用藉由前述絕緣體層所例舉且具有絕緣性之無機物。
本發明之有機薄膜電晶體係也可以使用由源-汲電極注入之電荷而採用作為發光元件。也就是說,可以使用有機薄膜電晶體,來作為兼具發光元件(有機EL)功能之
有機薄膜發光電晶體。這個係可以藉由以閘電極,來控制源-汲電極間流通之電流,而控制發光強度。可以統合用以控制發光之電晶體和發光元件,因此,能夠進行由於顯示器之開口率提升或製作製程之簡易化之所造成之成本降低,賦予實用上之重大之優點。在使用作為有機發光電晶體之時,在前述詳細之說明之所敘述之內容,變得充分,但是,為了使得本發明之有機薄膜電晶體,來啟動成為有機發光電晶體,因此,必須由源-汲之一邊,注入電洞,由另一邊,注入電子,為了提高發光性能,因此,最好是滿足以下之條件。
本發明之有機薄膜發光電晶體係提高電洞之注入性,因此,最好是至少一邊為電洞注入性電極。所謂電洞注入電極係包含前述功函數4.2eV以上之物質之電極。
此外,為了提高電子之注入性,因此,最好是至少一邊為電子注入性電極。所謂電子注入性電極係包含前述功函數4.3eV以下之物質之電極。更加理想是具備一邊為電洞注入性且另一邊為電子注入性之電極的有機薄膜發光電晶體。
本發明之有機薄膜發光電晶體係提高電洞之注入性,因此,最好是在至少一邊之電極和有機半導體層之間,插
入電洞注入層。在電洞注入層,於有機EL元件,列舉使用作為電洞注入材料、電洞輸送材料的胺系材料等。
此外,為了提高電子之注入性,因此,最好是在至少一邊之電極和有機半導體層之間,***電子注入性層。可以在相同於電洞之電子注入層,使用在有機EL元件所採用之電子注入材料等。
此外,最好是在一邊之電極下具備電洞注入層並且在另一邊之電極下具備電子注入層的有機薄膜發光電晶體。
此外,在本實施形態之有機薄膜發光電晶體,例如由於提高注入效率之目的,因此,也可以在有機半導體層和源電極及汲電極之間,設置緩衝層。
接著,使用實施例而更加詳細地說明本發明。
正如以下而合成前述之化合物(2)。在以下,顯示合成通路。
將佛爾酮酸3.24g(20mmol)、2,7-二溴菲3.36g(
10mmol)和四(三苯基膦)鈀(0)0.11g(0.09mmol),裝入至燒瓶,進行氬取代,並且,加入1,2-二甲氧基乙烷(30ml)、2M碳酸鈉水溶液30ml(60mmol)。在氬氣氛下、90℃,加熱及環流反應器。在反應結束後,進行過濾,藉由己烷、甲醇而進行洗淨。此外,藉由以甲苯,來進行再結晶而得到化合物(2)2.87g(良品率70%)。藉由FD-MS(Field Desorption Mass Spectrometer:場解吸質譜儀分析)之測定而確認成為目的物。在以下,顯示使用於測定之裝置、測定裝置及得到之結果。
裝置:HX110(日本電子公司製)
條件:加速電壓8kV
掃描範圍:m/z=50~1500
結果:FD-MS,calcd for C32
H26
=410,found,m/z=410(M+
,100)
藉由以下之程序而製作有機薄膜電晶體。首先在藉由中性洗劑、純水、丙酮及乙醇而分別以超音波洗淨玻璃基板30分鐘之後,藉由濺鍍法而成膜金(Au)40nm,製作閘電極。接著,將該基板安裝在熱CVD裝置之成膜部。另一方面,在原料之蒸發部,將絕緣體層之原料之聚對二甲苯衍生物[聚對氯化二甲苯(Parylene)](商品名稱:diX-C、第三化成股份有限公司製)250mg,放入至帶蓋玻璃器皿而進行設置。藉由真空幫浦而拉引熱CVD裝置
,成為真空,在減壓至5Pa為止後,加熱蒸發部至180℃為止,加熱聚合部至680℃為止,放置2小時,在閘電極上,形成厚度1 μm之絕緣體層。
接著,設置在真空蒸鍍裝置(ULVAC公司製、EX-400),於絕緣體層上,以0.05nm/s之蒸鍍速度,來成膜前述化合物(2)而成為50nm膜厚之有機半導體層。接著,藉由通過金屬遮罩,以50nm之膜厚,來成膜金,而形成無相互連接之源電極及汲電極,使得間隔(通道長度L)成為75 μm。在此時,進行成膜而使得源電極和汲電極之幅寬(通道幅寬W)成為5mm,製作有機薄膜電晶體(參考圖7)。
得到之有機薄膜電晶體係使用KEITHLEY公司製(4200-SCS),在室溫下,正如以下而進行評價。在有機薄膜電晶體之閘電極,外加-40V之閘電壓,在源-汲間,外加電壓而流通電流。在該狀態下,電洞被激發於有機半導體層之通道區域(源-汲間)而啟動成為p型電晶體。在電流飽和區域之源-汲電極間之電流之導通/截止比係1×106
。此外,在藉由下列之公式(A)而算出電洞之場效遷移率μ時,成為2×10-1
cm2
/Vs。
ID
=(W/2L).C μ.(VG
-VT
)2
(A)
在公式中,ID
係源一汲間電流,W係通道幅寬,L係通道長度,C係閘絕緣體層之每單位面積之電容,VT
係閘臨限值電壓,VG
係閘電壓。
除了在實施例1,分別使用表1所記載之化合物來取代化合物(2)而作為有機半導體層之材料以外,其餘係同樣地成膜至有機半導體層為止。接著,通過金屬遮罩,以0.05nm/s之蒸鍍速度,真空蒸鍍20nm之Ca,來取代Au,然後,以0.05nm/s之蒸鍍速度,蒸鍍50nm之Ag,被覆Ca而作為源-汲電極,製作有機薄膜電晶體。就得到之有機薄膜電晶體而言,除了以+40V之閘電壓VG
來進行n型驅動以外,其餘係相同於實施例1而測定源-汲電極間之電流之導通/截止比,將算出電洞之場效遷移率μ之結果,顯示於表1。
除了在實施例1,分別使用表1所記載之化合物來取代化合物(2)而作為有機半導體層之材料以外,其餘係同樣地製作有機薄膜電晶體。就得到之有機薄膜電晶體而言,相同於實施例1,以-40V之閘電壓VG
,來進行p型驅動。此外,相同於實施例1而測定源-汲電極間之電流之導通/截止比,將算出電洞之場效遷移率μ之結果,顯示於表1。
相同於實施例1,實施基板之洗淨、閘電極之成膜及絕緣體層之製作。接著,將3質量%之聚對亞苯基亞乙烯
基(PPV)[分子量(Mn):86000、分子量分布(Mw/Mn=5.1)]溶解於甲苯,在成膜至前述絕緣體層為止之基板上,藉由旋轉塗佈法而進行成膜,在氮氣氛下、120℃,進行乾燥而成膜為有機半導體層。接著,藉由在真空蒸鍍裝置,通過金屬遮罩,以50nm之膜厚,來成膜金(Au),而形成無相互連接之源-汲電極,製作有機薄膜電晶體。
就得到之有機薄膜電晶體而言,相同於實施例1,以-40V之閘電壓VG
,來進行p型驅動。此外,相同於實施例1而測定源-汲電極間之電流之導通/截止比,將算出電洞之場效遷移率μ之結果,顯示於表1。
使用聚對亞苯基亞乙烯基(PPV),來作為有機半導體層之材料,完全相同於比較例1而成膜至有機半導體層為止。接著,通過金屬遮罩,以0.05nm/s之蒸鍍速度,真空蒸鍍20nm之Ca,來取代Au,然後,以0.05nm/s之蒸鍍速度,蒸鍍50nm之Ag,被覆Ca而作為源-汲電極,製作有機薄膜電晶體。
就得到之有機薄膜電晶體而言,相同於實施例1,+40V之閘電壓VG
,來進行n型驅動。測定源-汲電極間之電流之導通/截止比,將算出電洞之場效遷移率μ之結果,顯示於表1。
[表1]
藉由以下之程序而製作有機薄膜發光電晶體。首先,藉由熱氧化法而對於Si基板(p型比電阻1Ω.cm、兼用閘電極),來氧化表面,在基板上,製作300nm之熱氧化膜而成為絕緣體層。此外,在藉由乾式蝕刻而完全地除去成膜於基板一邊之SiO2
膜之後,藉由濺鍍法而以20nm之膜厚,來成膜鉻,並且,在其上面,藉由濺鍍而成膜100nm之金(Au),進行取出而成為電極。藉由中性洗劑、純水、丙酮及乙醇而分別以超音波洗淨該基板30分鐘。
接著,設置在真空蒸鍍裝置(ULVAC公司製、EX-900),於絕緣體層(SiO2
)上,以0.05nm/s之蒸鍍速度,來成膜前述化合物(2)而成為100nm膜厚之有機半
導體發光層。接著,相同於前面之敘述,設置通道長度75 μm、通道幅寬5mm之金屬遮罩,以基板相對於蒸發源呈45度傾斜之狀態,通過遮罩,以50nm之膜厚,來成膜金。接著,藉由以基板傾斜45度於逆方向之狀態,蒸鍍100nm之Mg,而製作無相互連接之源電極及汲電極實質具備電洞注入性電極(Au)和電子注入電極(Mg)的有機薄膜發光電晶體(參考圖9)。
在源-汲電極間外加-100V而在閘電極外加-100V時,得到藍色之發光。此外,將發光光譜顯示於圖10。
相同於實施例1而成膜至有機半導體層為止。接著,在通過金屬遮罩而蒸鍍Au來作為源-汲電極之前,以0.05nm/s之蒸鍍速度,真空蒸鍍10nm之緩衝層MoO3
,接著,蒸鍍Au。就得到之有機薄膜電晶體而言,相同於實施例1,以-40V之閘電壓VG
,來進行p型驅動。測定源-汲電極間之電流之導通/截止比,算出電洞之場效遷移率μ,結果,成為場效遷移率3×10-1
cm2
/Vs、導通/截止比1×106
。
正如以上所詳細說明,本發明之有機薄膜電晶體係藉由使用具高電子遷移率之特定結構之化合物,來作為有機半導體層之材料,而使得應答速度(驅動速度)成為高速
且導通/截止比變大,作為電晶體之性能變高,也能夠利用作為可發光之有機薄膜發光電晶體。
圖1係顯示本發明之有機薄膜電晶體之元件結構之一例之圖。
圖2係顯示本發明之有機薄膜電晶體之元件結構之一例之圖。
圖3係顯示本發明之有機薄膜電晶體之元件結構之一例之圖。
圖4係顯示本發明之有機薄膜電晶體之元件結構之一例之圖。
圖5係顯示本發明之有機薄膜電晶體之元件結構之一例之圖。
圖6係顯示本發明之有機薄膜電晶體之元件結構之一例之圖。
圖7係顯示本發明之實施例之有機薄膜電晶體之元件結構之一例之圖。
圖8係顯示本發明之實施例之有機薄膜電晶體之元件結構之一例之圖。
圖9係顯示本發明之實施例之有機薄膜發光電晶體之元件結構之一例之圖。
圖10係顯示本發明之實施例之有機薄膜發光電晶體之發光光譜之圖。
Claims (9)
- 一種有機薄膜電晶體,其係基板上至少設置閘電極、源電極、汲電極之3端子、絕緣體層及有機半導體層,藉由對閘電極外加電壓,控制源-汲間電流的有機薄膜電晶體,其特徵係前述有機半導體層含有具下述一般式(a)之結構的有機化合物,
- 如申請專利範圍第1項之有機薄膜電晶體,其中一般式(a)中,A為具有菲結構之2價芳香族烴基,2個烯烴基鍵結相對於A為對稱之位置的結構。
- 如申請專利範圍第1項之有機薄膜電晶體,其中一般式(a)中,其中R1 、R5 、R6 及R10 係各自獨立為氫原子或氟原子。
- 如申請專利範圍第1項之有機薄膜電晶體,其中一般式(a)中,其中R1 ~R10 係各自獨立為氫原子或碳數1~30之烷基。
- 如申請專利範圍第1項之有機薄膜電晶體,其中一般式(a)中,其中R1 ~R10 係各自獨立為氫原子、鹵原子、氰基或碳數1~30之鹵烷基。
- 如申請專利範圍第1~5項中任一項之有機薄膜電晶體,其中源電極與有機半導體層之間及汲電極與有機半導體層之間具有緩衝層。
- 一種有機薄膜發光電晶體,其係申請專利範圍第1~5項中任一項之有機薄膜電晶體,其特徵係利用於源-汲間流通之電流,獲得發光,藉由將電壓外加於閘電極,控制發光。
- 如申請專利範圍第7項之有機薄膜發光電晶體,其中源及汲之至少一方為由功函數4.2eV以上的物質所構成,且/或至少一方為由功函數4.3eV以下的物質所構成。
- 如申請專利範圍第7項之有機薄膜發光電晶體,其中源電極與有機半導體層之間及汲電極與有機半導體層之間具有緩衝層。
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