ポリチオフェンおよびポリチオフェンを含む電子デバイス
【課題】電子デバイスに適用可能であって、塩素化溶剤を含有しない有機溶媒にも可溶な半導体組成物を提供する。
【解決手段】式（Ａ）の繰返し単位を含むポリチオフェンである。
上記式中、ＡおよびＢが独立して、炭素数が１〜約２５のアルキルである。
【解決手段】式（Ａ）の繰返し単位を含むポリチオフェンである。
上記式中、ＡおよびＢが独立して、炭素数が１〜約２５のアルキルである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な諸実施形態において、薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」）などの電子デバイスにおける使用に適している組成物および方法に関する。本発明はまた、このような組成物および方法を用いて製造される成分または層、ならびにこのような材料を含む電子デバイスにも関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の性能は、少なくとも３つの特性、移動度、電流オン／オフ比およびしきい値電圧によって測定することができる。移動度は、ｃｍ２／Ｖ・秒の単位で測定され、より高い移動度が望まれる。より高い電流オン／オフ比も望まれる。しきい値電圧は、電流を流すことを可能にするためにゲート電極に印加する必要があるバイアス電圧に関する。一般に、可能な限りゼロ（０）に近いしきい値電圧が望まれる。
【０００３】
大部分の高性能有機半導体が、（１）空気にさらした場合のそれら有機半導体の電気的性質の著しい劣化または（２）溶液加工性が悪いことに悩まされている。一部の溶液加工性を有し、高性能のポリチオフェン半導体が、電子デバイス用途向けに知られている。たとえば、ＰＱＴ−１２と称される半導体ポリチオフェンについては、いくつかの出願に記載されている。
【０００４】
【化１】
【０００５】
一般的に言えば、長鎖ペンダントアルキル側鎖はポリチオフェンに高い溶解度を付与する。このポリチオフェンを用い周囲条件において製造された有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）においては、優れた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）特性が実現される。
【０００６】
ＰＱＴ−１２もまた高い自己集合能を有する。大部分の高移動度溶液加工性半導体のように、この強い自己集合能は、図１に示すように、広範囲に及ぶラメラ秩序化を促進する、主鎖に沿った長鎖ペンダント側鎖の立体規則性配置から生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，７７０，９０４号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１３２，５００号明細書
【特許文献３】米国特許第７，２８２，７３３号明細書
【特許文献４】米国特許第７，２５０，６２５号明細書
【特許文献５】米国特許第７，１４１，６４４号明細書
【特許文献６】米国特許第６，８９０，８６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＰＱＴ−１２は、最も一般的な有機溶媒に十分に可溶性ではない。その結果、ＰＱＴ−１２には、最適性能のために、クロロベンゼンやジクロロベンゼンなど環境的に望ましくない塩素化溶剤中における加工が必要となる。また残念なことに、これにより、室温で溶液がゲル化してしまう。これは、有機ＴＦＴへのポリチオフェンの適用を容易にするために堆積溶液（deposition solution）が一般に望まれるため、問題である。このゲル化の問題に対する１つの解決策は、堆積溶液の温度を上昇させることである。この手法では、依然として、最適性能を得るための加工用に塩素化芳香族溶剤の使用が必要となり、したがって製造環境におけるその一般的適用が大幅に制限されてしまう。
【０００９】
製造プロセスから塩素化溶剤を排除することが望ましいはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に示す式（Ａ）の繰返し単位を含むポリチオフェンである。
【００１１】
【化２】
【００１２】
上記式中、ＡおよびＢが独立して、炭素数が１〜約２５のアルキルである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】立体規則性を有するポリチオフェンのラメラ秩序化を示す図である。
【図２】ＴＦＴの第１の例示的実施形態を示す図である。
【図３】ＴＦＴの第２の例示的実施形態を示す図である。
【図４】ＴＦＴの第３の例示的実施形態を示す図である。
【図５】ＴＦＴの第４の例示的実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、様々な諸実施形態において、高い溶解度を実現するために塩素化溶剤の使用を必要としないポリチオフェンを対象とする。これらのポリチオフェンはまた、移動度が高く、オン／オフ比性能も優れている。
【００１５】
図２は、第１のＯＴＦＴの実施形態または構成を示す。ＯＴＦＴ１０は、ゲート電極３０と誘電体層４０とに接している基板２０を備える。ここではゲート電極３０を基板２０内に示しているが、これは要求されない。しかしながら、誘電体層４０によりゲート電極３０がソース電極５０、ドレイン電極６０および半導体層７０から分離されることがいくらか重要である。ソース電極５０は半導体層７０と接している。ドレイン電極６０も半導体層７０と接している。半導体層７０はソース電極５０およびドレイン電極６０の上と、ソース電極５０とドレイン電極６０との間を走っている。光学界面層８０が、誘電体層４０と半導体層７０との間に位置する。
【００１６】
図３は、第２のＯＴＦＴの実施形態または構成を示す。ＯＴＦＴ１０は、ゲート電極３０と誘電体層４０とに接している基板２０を備える。半導体層７０は、誘電体層４０を覆って、または誘電体層４０の上に設置され、誘電体層４０をソース電極５０およびドレイン電極６０から分離する。光学界面層８０が、誘電体層４０と半導体層７０との間に位置する。
【００１７】
図４は、第３のＯＴＦＴの実施形態または構成を示す。ＯＴＦＴ１０は、ゲート電極としても働き誘電体層４０と接している基板２０を備える。半導体層７０は、誘電体層４０を覆って、または誘電体層４０の上に設置され、誘電体層４０をソース電極５０およびドレイン電極６０から分離する。光学界面層８０が、誘電体層４０と半導体層７０との間に位置する。
【００１８】
図５は、第４のＯＴＦＴの実施形態または構成を示す。ＯＴＦＴ１０は、ソース電極５０と、ドレイン電極６０と、半導体層７０とに接している基板２０を備える。半導体層７０はソース電極５０およびドレイン電極６０の上と、ソース電極５０とドレイン電極６０との間を走っている。誘電体層４０は半導体層７０の上にある。ゲート電極３０は誘電体層４０の上にあり、半導体層７０とは接していない。光学界面層８０が、誘電体層４０と半導体層７０との間に位置する。
【００１９】
溶液におけるＰＱＴ−１２などのポリチオフェンの自己組織化能は、介在するチエニレン部分に小さい置換基を組み込むことでポリチオフェンの構造的立体規則性（structural regioregularity）をわずかに乱すことによって大きく抑制され、または排除されることがわかっている。特に、このわずかな構造的改質により、溶液におけるポリチオフェンのゲル化が抑制されるが、ポリチオフェンは依然として固体状態で自己集合する強い傾向を有し、その結果高い移動度が依然として得られる。したがって、高い移動度を実現しながらもポリチオフェンの溶解度を調節することができる。
【００２０】
本明細書に開示の半導体ポリチオフェンは、下記式（Ａ）の繰返し単位を含む。
【００２１】
【化３】
【００２２】
上記式中、ＡおよびＢはそれぞれ、炭素数が１〜約２５のアルキルであり、ＡはＢよりも長い。
【００２３】
特定の諸実施形態においては、Ａが、炭素数８〜約１２を含めた炭素数６〜約２５のアルキルである。具体的な諸実施形態においては、Ａがｎ−Ｃ１２Ｈ２５である。特定の諸実施形態においては、Ｂが炭素数１〜約４のアルキルである。具体的な諸実施形態においては、Ｂがメチルである。さらに具体的な諸実施形態においては、Ａがｎ−Ｃ１２Ｈ２５で、Ｂがメチルである。
【００２４】
半導体ポリチオフェンは、約５，０００〜約１００，０００を含めた約２，０００〜約２００，０００の重量平均分子量を有することができる。
【００２５】
より特定の諸実施形態においては、ポリチオフェンが下記式（Ｂ）のコポリチオフェンである。
【００２６】
【化４】
【００２７】
上記式中、ＡおよびＢはそれぞれ炭素数が１〜約２５のアルキルであり、ＡはＢよりも長く、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、およびｇはそれぞれ１〜約７であり、ｙは０よりも大きく、ｘおよびｙは合わせて１００モルパーセントに等しい。
【００２８】
コポリチオフェンもまた、約５，０００〜約１００，０００を含めた約２，０００〜約２００，０００の重量平均分子量を有することができる。
【００２９】
式（Ｂ）において、Ａはｎ−Ｃ１２Ｈ２５でよく、Ｂはメチルでよい。特定の諸実施形態においては、ａ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、およびｇがそれぞれ１で、ｂが２である。変数ｘは、約５〜約９５モルパーセントでよく、変数ｙは、約９５〜約５モルパーセントでよい。より具体的な諸実施形態においては、変数ｘが約５０〜約９５モルパーセントで、変数ｙが約５０〜約５モルパーセントである。
【００３０】
特定の諸実施形態においては、コポリチオフェンが下記式（Ｃ）である。
【００３１】
【化５】
【００３２】
式中、ｘもｙも共に０よりも大きく、ｘおよびｙは合わせて１００モルパーセントになる。
【００３３】
本明細書に開示のポリチオフェンは、当技術分野で公知の方法を用いて合成することができる。たとえば、このようなポリチオフェンの１つは、下記スキーム１に示すように製造することができる。
【００３４】
【化６】
【００３５】
ここで、Ｎｉ（ｄｐｐｅ）Ｃｌ２は、ビス（ジフェニルホスフィノエタン）ジクロロニッケル（ＩＩ）である。
【００３６】
コポリチオフェンは、下記スキーム２に示すように製造することができる。
【００３７】
【化７】
【００３８】
本明細書に開示のポリチオフェンの溶解度は調整することができるため、より一般的な有機溶媒を使用して堆積溶液を形成することができる。これらの溶媒としては、トルエン、キシレン、メシチレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、エチルトルエン、プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラヒドロナフタレン、クロロベンゼンおよびジクロロベンゼンを挙げることができるが、これらに限定されない。他の諸実施形態においては、無塩素系溶媒を使用することができる。例示的な無塩素系溶媒としては、トルエン、キシレン、メシチレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、エチルトルエン、プロピルベンゼン、テトラヒドロナフタレンおよびジエチルベンゼンが挙げられる。
【００３９】
堆積溶液を使用してポリチオフェンを堆積させて、たとえば、薄膜トランジスタなどの電子デバイスにおける半導体層を形成することができる。
【００４０】
ＴＦＴは一般的に、支持基板と、３つの導電性電極（ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極）と、チャネル半導体層と、ゲート電極を半導体層から分離する電気絶縁性ゲート誘電体層とで構成される。
【００４１】
必要に応じて、半導体層は、別の有機半導体材料をさらに含むことができる。他の有機半導体材料の例として、アントラセン、テトラセン、ペンタセンおよびそれらの置換誘導体などのアセン類、ペリレン類、フラーレン類、オリゴチオフェン類、トリアリールアミンポリマー、ポリインドロカルバゾール、ポリカルバゾール、ポリアセン類、ポリフルオレン、銅フタロシアニンや亜鉛フタロシアニンなどのフタロシアニン類、それらの置換誘導体など他の半導体ポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４２】
半導体層は厚さ約５ｎｍ〜約１０００ｎｍ、とりわけ厚さ約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである。この半導体層は、任意の適切な方法によって形成することができる。しかしながら、半導体層は一般的に、分散液や溶液などの液体組成物から形成され、その後トランジスタの基板上に堆積される。例示的な堆積法には、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、スクリーン印刷、スタンピング、インクジェット印刷などの液体堆積、および当技術分野で公知である他の従来のプロセスが含まれる。
【００４３】
基板は、シリコン、ガラス板、プラスチックフィルムまたはシートが含まれるがこれらに限定されない材料で構成することができる。構造的に可撓性のデバイスには、たとえば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドシートなどのプラスチック基板を使用することができる。
【００４４】
ゲート電極は、導電性材料で構成される。ゲート電極の厚さは、金属膜については約１０〜約５００ナノメートル、導電性ポリマーについては約０．５〜約１０マイクロメートルの範囲に及ぶ。
【００４５】
誘電体層は一般的に、無機材料膜、有機ポリマー膜または有機−無機複合体膜であってもよい。誘電体層の厚さは、使用する材料の誘電率に依存し、たとえば、約１０ナノメートル〜約５００ナノメートルでよい。誘電体層は、たとえば、約１０−１２ジーメンス／センチメートル（Ｓ／ｃｍ）未満である導電率を有することができる。
【００４６】
必要に応じて、誘電体層と半導体層との間に界面層を設置することができる。有機薄膜トランジスタにおける電荷輸送は、これら２つの層の界面で起こるため、界面層がＴＦＴの特性に影響を及ぼすことがある。
【００４７】
ソース電極およびドレイン電極としての使用に適している典型的な材料として、金、銀、ニッケル、アルミニウム、白金、導電性ポリマー、導電性インクなどのゲート電極材料が挙げられる。具体的な諸実施形態においては、電極材料の半導体に対する接触抵抗が小さい。典型的な厚さは、たとえば、約４０ナノメートル〜約１マイクロメートルで、より具体的な厚さは約１００〜約４００ナノメートルである。本明細書に開示のＯＴＦＴデバイスは半導体チャネルを含む。半導体チャネル幅は、たとえば、約５マイクロメートル〜約５ミリメートルで、具体的なチャネル幅は約１００マイクロメートル〜約１ミリメートルである。半導体チャネル長は、たとえば、約１マイクロメートル〜約１ミリメートルでよく、より具体的なチャネル長は約５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルである。
【００４８】
ソース電極は接地されており、たとえば、約０ボルト〜約８０ボルトのバイアス電圧をドレイン電極に印加して、たとえば、約＋１０ボルト〜約−８０ボルトの電圧をゲート電極に印加した場合に半導体チャネルを横切って輸送される電荷キャリアを収集する。これらの電極は、当技術分野で公知である従来のプロセスを用いて形成するまたは堆積させることができる。
【００４９】
必要に応じて、ＴＦＴの上にバリア層を堆積させて、ＴＦＴの電気的特性を劣化させることがある光、酸素、水分などの環境条件からＴＦＴを保護することもできる。このようなバリア層は当技術分野で公知であるが、主にポリマーで構成することもできる。
【００５０】
ＯＴＦＴの様々な構成要素は、図からわかる通り、基板上に任意の順序で堆積させることができる。用語「基板上」は、各構成要素が直接基板と接していることを必要とすると解釈すべきではない。この用語は、基板に対する構成要素の位置を説明していると解釈すべきである。しかしながら、一般的にゲート電極と半導体層は共に誘電体層と接するべきである。加えて、ソース電極およびドレイン電極は共に半導体層と接するべきである。本明細書に開示の方法によって形成される半導体ポリマーを、有機薄膜トランジスタの任意の適切な構成要素上に堆積させて、そのトランジスタの半導体層を形成することができる。
【００５１】
得られたトランジスタは、諸実施形態において、０．１ｃｍ２／Ｖ・秒以上を含めた０．０１ｃｍ２／Ｖ・秒以上の移動度を有することができる。電流オン／オフ比は１０５以上でよい。
【実施例】
【００５２】
［実施例１］
ポリ［５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−３−メチル−２，２’−ジチオフェン］を、スキーム１に記載されている通りに調製した。このポリチオフェンは、上記スキーム１のポリチオフェン１に対応する。
【００５３】
＜モノマーの調製＞
不活性アルゴン雰囲気下の２５０ミリリットル丸底フラスコ中の、磁気的に撹拌したマグネシウム削り状（１．６９グラム、６９．５２ｍｍｏｌ）の１０ミリリットルＴＨＦ懸濁液に、２−ブロモ−３−ドデシルチオフェン（１５．３６グラム、４６．３６ｍｍｏｌ）の３０ミリリットル無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液を、２０分の時間をかけてゆっくりと添加した。得られた混合物を、室温で２．５時間撹拌し、次いで５０℃で３０分間撹拌した後、室温まで冷却した。
【００５４】
次いで、得られた新しい調製グリニャール試薬、３−ドデシル−２−臭化チオフェンマグネシウムを、不活性雰囲気下の２５０ミリリットル丸底フラスコ中の、５，５’−ジブロモ−３−メチル−２，２’−ジチオフェン（６．２７グラム、１８．５４ｍｍｏｌ）とＮｉ（ｄｐｐｅ）Ｃｌ２（０．４８グラム、０．９１ｍｍｏｌ）との５０ミリリットル無水ＴＨＦ混合液に、カニューレを通して添加し、４８時間還流した。続いて、この反応混合物を２００ミリリットルの酢酸エチルで希釈し、水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒の蒸発後に得られた暗褐色のシロップを、シリカゲルのカラムクロマトグラフィによって精製し、メタノールとイソプロパノールとの混合物から再結晶化させることにより、８．６１グラム（６８％）の５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−３−メチル−２，２’−ジチオフェン（スキーム１におけるモノマー１）が橙黄色の結晶性生成物として得られた（融点＝３４℃）。
【００５５】
1H NMR (CDCl3): δ 7.19 (m, 2H), 7.10 (m, 2H), 6.95(m, 3H), 2.80 (t, 4H), 2.43 (s, 3H), 1.67 (q, 1.65, 4H), 1.28 (bs, 36H), 0.89 (m, 6H).
【００５６】
＜ポリマーの調製＞
ポリ［５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−３−メチル−２，２’−ジチオフェン］、ポリチオフェン１を、米国特許第６，７７０，９０４号に記載されている、塩化第二鉄を用いた方法と同様の手順を適用して調製した。ヘキセンを用い、その後クロロベンゼンを用いたソックスレー抽出によって最終ポリチオフェン生成物を精製した。このポリマーの収率は５７％、分子量は重量平均分子量Ｍｗ＝２９，２００、数平均分子量Ｍｎ＝１４，８００であった。
【００５７】
［実施例２］
上記のスキーム２に従って３種のコポリチオフェンを調製した。米国特許第６，７７０，９０４号に記載されている方法によって、モノマー２を調製した。実施例１で説明した方法によってモノマー１を調製した。
【００５８】
コポリチオフェン２ａでは、ｘ＝９０モル％、ｙ＝１０モル％。
【００５９】
コポリチオフェン２ｂでは、ｘ＝８０モル％、ｙ＝２０モル％。
【００６０】
コポリチオフェン２ｃでは、ｘ＝５０モル％、ｙ＝５０モル％。
【００６１】
コポリチオフェン２ａでは、不活性アルゴン雰囲気中にある１００ミリリットルの丸底フラスコ中の、よく撹拌したＦｅＣｌ３（５００ｍｇ、３．０８ｍｍｏｌ）の５ミリリットルクロロベンゼン混合液に、５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−２，２’−ジチオフェン（モノマー２）（５００ｍｇ、０．７５ｍｍｏｌ）と５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−３−メチル−２，２’−ジチオフェン（モノマー１）（５７ｍｇ、０．０８４ｍｍｏｌ）とを混合した１０ｍｌクロロベンゼン溶液を、約５分の時間をかけてゆっくりと添加した。この混合物を６０℃で４８時間撹拌した。重合の後、混合物を５０ミリリットルの塩化メチレンで希釈し、水で３回洗浄した。分離した有機相を、７．５パーセントアンモニア水溶液１５０ミリリットルを用いて１時間撹拌し、水相が透明になるまで水で洗浄し、その後メタノールに注いで粗コポリマーを沈殿させた。最終コポリマー生成物を、ヘプタンを用いた、次いでクロロベンゼンを用いたソックスレー抽出によって精製した。
【００６２】
コポリチオフェン２ａは、ポリスチレン標準に対してＭｗ＝３０，６００、またＭｎ＝１７，４００であった。精製後の収率は８６％であった。
【００６３】
コポリチオフェン２ｂおよび２ｃを同様に調製した。
【００６４】
コポリチオフェン２ｂは、ポリスチレン標準に対してＭｗ＝２１，５００、またＭｎ＝１５，４００であった。精製後の収率は７９％であった。
【００６５】
コポリチオフェン２ｃは、ポリスチレン標準に対してＭｗ＝２１，６００、またＭｎ＝１０，９００であった。精製後の収率は６８％であった。
【００６６】
［比較例］
比較の目的で、ベースラインのポリチオフェンはＰＱＴ−１２、ポリ（３，３’’’−ジドデシルクアテルチオフェン）であった。ＰＱＴ−１２は、これまで米国特許第６，７７０，９０４号に記載されていた。
【００６７】
［比較および結果］
堆積溶液を作製した。実施例１のポリチオフェン１、ならびに実施例２のコポリチオフェン２ａ、２ｂおよび２ｃをキシレンに溶解させた。比較例のＰＱＴ−１２をジクロロベンゼンに溶解させた。これらの溶液は、ポリチオフェンを０．３〜１ｗｔ％含んでいた。
【００６８】
その後、これらの堆積溶液を用いて有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）を作製した。ＯＴＦＴの作製およびキャラクタリゼーションは、材料およびデバイスを空気、水分または光への暴露から切り離すよう警戒することなく周囲条件下で行った。
【００６９】
基板としてのｎ−ドープシリコンウェーハと、誘電体層としての１１０ｎｍの熱酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を有するゲート電極とを用いてボトムゲートＴＦＴデバイスを構築した。６０℃のトルエン中の０．１ＭのＯＴＳ−８に、洗浄したシリコンウェーハ基板を２０分間浸漬することによって、ＳｉＯ２の表面をオクチルトリクロロシラン（ＯＴＳ−８）で改質した。続いてこのウェーハをトルエンおよびイソプロパノールですすぎ、その後空気流で乾燥させた。
【００７０】
１０００ｒｐｍで１２０秒間、堆積溶液のスピンコーティングを行い、その後真空乾燥を行うことによって、ＯＴＳ−８で改質したＳｉＯ２層上に半導体層を堆積させて、厚さ２０〜５０ｎｍの半導体層を得た。
【００７１】
続いて、シャドウマスクを通して真空蒸発を行うことによって、金のソースおよびドレイン電極を堆積させ、したがって様々なチャネル長（Ｌ）およびチャネル幅（Ｗ）寸法を有する一連のＴＦＴがもたされた。１２０〜１４０℃の真空オーブン中で乾燥させたＴＦＴデバイスを１５〜３０分間加熱することによって、これらのデバイスをすべてアニールし、その後室温まで冷却した。
【００７２】
チャネル長が９０μｍまたは１９０μｍでチャネル幅が１ｍｍまたは５ｍｍであるパターン化したトランジスタを、電流／電圧測定に使用した。その後、周囲条件下でケースレー（Keithley）ＳＣＳ−４２００キャラクタリゼーションシステムを用いてＴＦＴデバイスを評価した。
【００７３】
これらのＴＦＴすべての電界効果移動度を、以下の方程式を用いて飽和領域から抽出した。
飽和領域：ＩＤ＝Ｃｉμ（Ｗ／２Ｌ）（ＶＧ−ＶＴ）２
式中、ＩＤはドレイン電流、Ｃｉはゲート誘電体層の単位面積当たりの容量、ＷおよびＬはチャネルの幅および長さ、ＶＧおよびＶＴはそれぞれゲート電圧およびしきい値電圧である。これらのＯＴＦＴの移動度および電流オン／オフ比を表１にまとめる。
【００７４】
【表１】
【００７５】
実験結果は、ＰＱＴ−１２のキシレンコーティング溶液は安定せず、室温まで冷却するとすぐにゲル化することを示していた。したがって、ＰＱＴ−１２コーティング溶液にはジクロロベンゼンを使用した。その結果、ポリチオフェン１ならびにコポリチオフェン２ａ、２ｂおよび２ｃ用のコーティング溶媒としてキシレンを使用することができることがわかった。言い換えると、ポリチオフェン１ならびにコポリチオフェン２ａ、２ｂおよび２ｃのキシレンへの溶解度が著しく増大した。
【００７６】
これらＯＴＦＴの結果は、モノマー２の量が増大するにつれて移動度が増大することを示したが、このことは結晶化度の漸増と一致していた。一方、モノマー１の量が増大するにつれて溶解度が増大した。
【００７７】
また我々の結果により、コポリチオフェン２ａが、コーティング溶媒としてキシレンを用いた場合に、ＰＱＴ−１２よりもはるかに優れた溶解度を有するだけでなく、０．１０〜０．１８ｃｍ２／Ｖ・秒の高い移動度および１０７のオン／オフ比を示すこともわかった。
【符号の説明】
【００７８】
１０ ＯＴＦＴ、２０ 基板、３０ ゲート電極、４０ 誘電体層、５０ ソース電極、６０ ドレイン電極、７０ 半導体層、８０ 光学界面層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な諸実施形態において、薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」）などの電子デバイスにおける使用に適している組成物および方法に関する。本発明はまた、このような組成物および方法を用いて製造される成分または層、ならびにこのような材料を含む電子デバイスにも関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の性能は、少なくとも３つの特性、移動度、電流オン／オフ比およびしきい値電圧によって測定することができる。移動度は、ｃｍ２／Ｖ・秒の単位で測定され、より高い移動度が望まれる。より高い電流オン／オフ比も望まれる。しきい値電圧は、電流を流すことを可能にするためにゲート電極に印加する必要があるバイアス電圧に関する。一般に、可能な限りゼロ（０）に近いしきい値電圧が望まれる。
【０００３】
大部分の高性能有機半導体が、（１）空気にさらした場合のそれら有機半導体の電気的性質の著しい劣化または（２）溶液加工性が悪いことに悩まされている。一部の溶液加工性を有し、高性能のポリチオフェン半導体が、電子デバイス用途向けに知られている。たとえば、ＰＱＴ−１２と称される半導体ポリチオフェンについては、いくつかの出願に記載されている。
【０００４】
【化１】
【０００５】
一般的に言えば、長鎖ペンダントアルキル側鎖はポリチオフェンに高い溶解度を付与する。このポリチオフェンを用い周囲条件において製造された有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）においては、優れた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）特性が実現される。
【０００６】
ＰＱＴ−１２もまた高い自己集合能を有する。大部分の高移動度溶液加工性半導体のように、この強い自己集合能は、図１に示すように、広範囲に及ぶラメラ秩序化を促進する、主鎖に沿った長鎖ペンダント側鎖の立体規則性配置から生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，７７０，９０４号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１３２，５００号明細書
【特許文献３】米国特許第７，２８２，７３３号明細書
【特許文献４】米国特許第７，２５０，６２５号明細書
【特許文献５】米国特許第７，１４１，６４４号明細書
【特許文献６】米国特許第６，８９０，８６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＰＱＴ−１２は、最も一般的な有機溶媒に十分に可溶性ではない。その結果、ＰＱＴ−１２には、最適性能のために、クロロベンゼンやジクロロベンゼンなど環境的に望ましくない塩素化溶剤中における加工が必要となる。また残念なことに、これにより、室温で溶液がゲル化してしまう。これは、有機ＴＦＴへのポリチオフェンの適用を容易にするために堆積溶液（deposition solution）が一般に望まれるため、問題である。このゲル化の問題に対する１つの解決策は、堆積溶液の温度を上昇させることである。この手法では、依然として、最適性能を得るための加工用に塩素化芳香族溶剤の使用が必要となり、したがって製造環境におけるその一般的適用が大幅に制限されてしまう。
【０００９】
製造プロセスから塩素化溶剤を排除することが望ましいはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に示す式（Ａ）の繰返し単位を含むポリチオフェンである。
【００１１】
【化２】
【００１２】
上記式中、ＡおよびＢが独立して、炭素数が１〜約２５のアルキルである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】立体規則性を有するポリチオフェンのラメラ秩序化を示す図である。
【図２】ＴＦＴの第１の例示的実施形態を示す図である。
【図３】ＴＦＴの第２の例示的実施形態を示す図である。
【図４】ＴＦＴの第３の例示的実施形態を示す図である。
【図５】ＴＦＴの第４の例示的実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、様々な諸実施形態において、高い溶解度を実現するために塩素化溶剤の使用を必要としないポリチオフェンを対象とする。これらのポリチオフェンはまた、移動度が高く、オン／オフ比性能も優れている。
【００１５】
図２は、第１のＯＴＦＴの実施形態または構成を示す。ＯＴＦＴ１０は、ゲート電極３０と誘電体層４０とに接している基板２０を備える。ここではゲート電極３０を基板２０内に示しているが、これは要求されない。しかしながら、誘電体層４０によりゲート電極３０がソース電極５０、ドレイン電極６０および半導体層７０から分離されることがいくらか重要である。ソース電極５０は半導体層７０と接している。ドレイン電極６０も半導体層７０と接している。半導体層７０はソース電極５０およびドレイン電極６０の上と、ソース電極５０とドレイン電極６０との間を走っている。光学界面層８０が、誘電体層４０と半導体層７０との間に位置する。
【００１６】
図３は、第２のＯＴＦＴの実施形態または構成を示す。ＯＴＦＴ１０は、ゲート電極３０と誘電体層４０とに接している基板２０を備える。半導体層７０は、誘電体層４０を覆って、または誘電体層４０の上に設置され、誘電体層４０をソース電極５０およびドレイン電極６０から分離する。光学界面層８０が、誘電体層４０と半導体層７０との間に位置する。
【００１７】
図４は、第３のＯＴＦＴの実施形態または構成を示す。ＯＴＦＴ１０は、ゲート電極としても働き誘電体層４０と接している基板２０を備える。半導体層７０は、誘電体層４０を覆って、または誘電体層４０の上に設置され、誘電体層４０をソース電極５０およびドレイン電極６０から分離する。光学界面層８０が、誘電体層４０と半導体層７０との間に位置する。
【００１８】
図５は、第４のＯＴＦＴの実施形態または構成を示す。ＯＴＦＴ１０は、ソース電極５０と、ドレイン電極６０と、半導体層７０とに接している基板２０を備える。半導体層７０はソース電極５０およびドレイン電極６０の上と、ソース電極５０とドレイン電極６０との間を走っている。誘電体層４０は半導体層７０の上にある。ゲート電極３０は誘電体層４０の上にあり、半導体層７０とは接していない。光学界面層８０が、誘電体層４０と半導体層７０との間に位置する。
【００１９】
溶液におけるＰＱＴ−１２などのポリチオフェンの自己組織化能は、介在するチエニレン部分に小さい置換基を組み込むことでポリチオフェンの構造的立体規則性（structural regioregularity）をわずかに乱すことによって大きく抑制され、または排除されることがわかっている。特に、このわずかな構造的改質により、溶液におけるポリチオフェンのゲル化が抑制されるが、ポリチオフェンは依然として固体状態で自己集合する強い傾向を有し、その結果高い移動度が依然として得られる。したがって、高い移動度を実現しながらもポリチオフェンの溶解度を調節することができる。
【００２０】
本明細書に開示の半導体ポリチオフェンは、下記式（Ａ）の繰返し単位を含む。
【００２１】
【化３】
【００２２】
上記式中、ＡおよびＢはそれぞれ、炭素数が１〜約２５のアルキルであり、ＡはＢよりも長い。
【００２３】
特定の諸実施形態においては、Ａが、炭素数８〜約１２を含めた炭素数６〜約２５のアルキルである。具体的な諸実施形態においては、Ａがｎ−Ｃ１２Ｈ２５である。特定の諸実施形態においては、Ｂが炭素数１〜約４のアルキルである。具体的な諸実施形態においては、Ｂがメチルである。さらに具体的な諸実施形態においては、Ａがｎ−Ｃ１２Ｈ２５で、Ｂがメチルである。
【００２４】
半導体ポリチオフェンは、約５，０００〜約１００，０００を含めた約２，０００〜約２００，０００の重量平均分子量を有することができる。
【００２５】
より特定の諸実施形態においては、ポリチオフェンが下記式（Ｂ）のコポリチオフェンである。
【００２６】
【化４】
【００２７】
上記式中、ＡおよびＢはそれぞれ炭素数が１〜約２５のアルキルであり、ＡはＢよりも長く、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、およびｇはそれぞれ１〜約７であり、ｙは０よりも大きく、ｘおよびｙは合わせて１００モルパーセントに等しい。
【００２８】
コポリチオフェンもまた、約５，０００〜約１００，０００を含めた約２，０００〜約２００，０００の重量平均分子量を有することができる。
【００２９】
式（Ｂ）において、Ａはｎ−Ｃ１２Ｈ２５でよく、Ｂはメチルでよい。特定の諸実施形態においては、ａ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、およびｇがそれぞれ１で、ｂが２である。変数ｘは、約５〜約９５モルパーセントでよく、変数ｙは、約９５〜約５モルパーセントでよい。より具体的な諸実施形態においては、変数ｘが約５０〜約９５モルパーセントで、変数ｙが約５０〜約５モルパーセントである。
【００３０】
特定の諸実施形態においては、コポリチオフェンが下記式（Ｃ）である。
【００３１】
【化５】
【００３２】
式中、ｘもｙも共に０よりも大きく、ｘおよびｙは合わせて１００モルパーセントになる。
【００３３】
本明細書に開示のポリチオフェンは、当技術分野で公知の方法を用いて合成することができる。たとえば、このようなポリチオフェンの１つは、下記スキーム１に示すように製造することができる。
【００３４】
【化６】
【００３５】
ここで、Ｎｉ（ｄｐｐｅ）Ｃｌ２は、ビス（ジフェニルホスフィノエタン）ジクロロニッケル（ＩＩ）である。
【００３６】
コポリチオフェンは、下記スキーム２に示すように製造することができる。
【００３７】
【化７】
【００３８】
本明細書に開示のポリチオフェンの溶解度は調整することができるため、より一般的な有機溶媒を使用して堆積溶液を形成することができる。これらの溶媒としては、トルエン、キシレン、メシチレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、エチルトルエン、プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラヒドロナフタレン、クロロベンゼンおよびジクロロベンゼンを挙げることができるが、これらに限定されない。他の諸実施形態においては、無塩素系溶媒を使用することができる。例示的な無塩素系溶媒としては、トルエン、キシレン、メシチレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、エチルトルエン、プロピルベンゼン、テトラヒドロナフタレンおよびジエチルベンゼンが挙げられる。
【００３９】
堆積溶液を使用してポリチオフェンを堆積させて、たとえば、薄膜トランジスタなどの電子デバイスにおける半導体層を形成することができる。
【００４０】
ＴＦＴは一般的に、支持基板と、３つの導電性電極（ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極）と、チャネル半導体層と、ゲート電極を半導体層から分離する電気絶縁性ゲート誘電体層とで構成される。
【００４１】
必要に応じて、半導体層は、別の有機半導体材料をさらに含むことができる。他の有機半導体材料の例として、アントラセン、テトラセン、ペンタセンおよびそれらの置換誘導体などのアセン類、ペリレン類、フラーレン類、オリゴチオフェン類、トリアリールアミンポリマー、ポリインドロカルバゾール、ポリカルバゾール、ポリアセン類、ポリフルオレン、銅フタロシアニンや亜鉛フタロシアニンなどのフタロシアニン類、それらの置換誘導体など他の半導体ポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４２】
半導体層は厚さ約５ｎｍ〜約１０００ｎｍ、とりわけ厚さ約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである。この半導体層は、任意の適切な方法によって形成することができる。しかしながら、半導体層は一般的に、分散液や溶液などの液体組成物から形成され、その後トランジスタの基板上に堆積される。例示的な堆積法には、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、スクリーン印刷、スタンピング、インクジェット印刷などの液体堆積、および当技術分野で公知である他の従来のプロセスが含まれる。
【００４３】
基板は、シリコン、ガラス板、プラスチックフィルムまたはシートが含まれるがこれらに限定されない材料で構成することができる。構造的に可撓性のデバイスには、たとえば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドシートなどのプラスチック基板を使用することができる。
【００４４】
ゲート電極は、導電性材料で構成される。ゲート電極の厚さは、金属膜については約１０〜約５００ナノメートル、導電性ポリマーについては約０．５〜約１０マイクロメートルの範囲に及ぶ。
【００４５】
誘電体層は一般的に、無機材料膜、有機ポリマー膜または有機−無機複合体膜であってもよい。誘電体層の厚さは、使用する材料の誘電率に依存し、たとえば、約１０ナノメートル〜約５００ナノメートルでよい。誘電体層は、たとえば、約１０−１２ジーメンス／センチメートル（Ｓ／ｃｍ）未満である導電率を有することができる。
【００４６】
必要に応じて、誘電体層と半導体層との間に界面層を設置することができる。有機薄膜トランジスタにおける電荷輸送は、これら２つの層の界面で起こるため、界面層がＴＦＴの特性に影響を及ぼすことがある。
【００４７】
ソース電極およびドレイン電極としての使用に適している典型的な材料として、金、銀、ニッケル、アルミニウム、白金、導電性ポリマー、導電性インクなどのゲート電極材料が挙げられる。具体的な諸実施形態においては、電極材料の半導体に対する接触抵抗が小さい。典型的な厚さは、たとえば、約４０ナノメートル〜約１マイクロメートルで、より具体的な厚さは約１００〜約４００ナノメートルである。本明細書に開示のＯＴＦＴデバイスは半導体チャネルを含む。半導体チャネル幅は、たとえば、約５マイクロメートル〜約５ミリメートルで、具体的なチャネル幅は約１００マイクロメートル〜約１ミリメートルである。半導体チャネル長は、たとえば、約１マイクロメートル〜約１ミリメートルでよく、より具体的なチャネル長は約５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルである。
【００４８】
ソース電極は接地されており、たとえば、約０ボルト〜約８０ボルトのバイアス電圧をドレイン電極に印加して、たとえば、約＋１０ボルト〜約−８０ボルトの電圧をゲート電極に印加した場合に半導体チャネルを横切って輸送される電荷キャリアを収集する。これらの電極は、当技術分野で公知である従来のプロセスを用いて形成するまたは堆積させることができる。
【００４９】
必要に応じて、ＴＦＴの上にバリア層を堆積させて、ＴＦＴの電気的特性を劣化させることがある光、酸素、水分などの環境条件からＴＦＴを保護することもできる。このようなバリア層は当技術分野で公知であるが、主にポリマーで構成することもできる。
【００５０】
ＯＴＦＴの様々な構成要素は、図からわかる通り、基板上に任意の順序で堆積させることができる。用語「基板上」は、各構成要素が直接基板と接していることを必要とすると解釈すべきではない。この用語は、基板に対する構成要素の位置を説明していると解釈すべきである。しかしながら、一般的にゲート電極と半導体層は共に誘電体層と接するべきである。加えて、ソース電極およびドレイン電極は共に半導体層と接するべきである。本明細書に開示の方法によって形成される半導体ポリマーを、有機薄膜トランジスタの任意の適切な構成要素上に堆積させて、そのトランジスタの半導体層を形成することができる。
【００５１】
得られたトランジスタは、諸実施形態において、０．１ｃｍ２／Ｖ・秒以上を含めた０．０１ｃｍ２／Ｖ・秒以上の移動度を有することができる。電流オン／オフ比は１０５以上でよい。
【実施例】
【００５２】
［実施例１］
ポリ［５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−３−メチル−２，２’−ジチオフェン］を、スキーム１に記載されている通りに調製した。このポリチオフェンは、上記スキーム１のポリチオフェン１に対応する。
【００５３】
＜モノマーの調製＞
不活性アルゴン雰囲気下の２５０ミリリットル丸底フラスコ中の、磁気的に撹拌したマグネシウム削り状（１．６９グラム、６９．５２ｍｍｏｌ）の１０ミリリットルＴＨＦ懸濁液に、２−ブロモ−３−ドデシルチオフェン（１５．３６グラム、４６．３６ｍｍｏｌ）の３０ミリリットル無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液を、２０分の時間をかけてゆっくりと添加した。得られた混合物を、室温で２．５時間撹拌し、次いで５０℃で３０分間撹拌した後、室温まで冷却した。
【００５４】
次いで、得られた新しい調製グリニャール試薬、３−ドデシル−２−臭化チオフェンマグネシウムを、不活性雰囲気下の２５０ミリリットル丸底フラスコ中の、５，５’−ジブロモ−３−メチル−２，２’−ジチオフェン（６．２７グラム、１８．５４ｍｍｏｌ）とＮｉ（ｄｐｐｅ）Ｃｌ２（０．４８グラム、０．９１ｍｍｏｌ）との５０ミリリットル無水ＴＨＦ混合液に、カニューレを通して添加し、４８時間還流した。続いて、この反応混合物を２００ミリリットルの酢酸エチルで希釈し、水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒の蒸発後に得られた暗褐色のシロップを、シリカゲルのカラムクロマトグラフィによって精製し、メタノールとイソプロパノールとの混合物から再結晶化させることにより、８．６１グラム（６８％）の５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−３−メチル−２，２’−ジチオフェン（スキーム１におけるモノマー１）が橙黄色の結晶性生成物として得られた（融点＝３４℃）。
【００５５】
1H NMR (CDCl3): δ 7.19 (m, 2H), 7.10 (m, 2H), 6.95(m, 3H), 2.80 (t, 4H), 2.43 (s, 3H), 1.67 (q, 1.65, 4H), 1.28 (bs, 36H), 0.89 (m, 6H).
【００５６】
＜ポリマーの調製＞
ポリ［５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−３−メチル−２，２’−ジチオフェン］、ポリチオフェン１を、米国特許第６，７７０，９０４号に記載されている、塩化第二鉄を用いた方法と同様の手順を適用して調製した。ヘキセンを用い、その後クロロベンゼンを用いたソックスレー抽出によって最終ポリチオフェン生成物を精製した。このポリマーの収率は５７％、分子量は重量平均分子量Ｍｗ＝２９，２００、数平均分子量Ｍｎ＝１４，８００であった。
【００５７】
［実施例２］
上記のスキーム２に従って３種のコポリチオフェンを調製した。米国特許第６，７７０，９０４号に記載されている方法によって、モノマー２を調製した。実施例１で説明した方法によってモノマー１を調製した。
【００５８】
コポリチオフェン２ａでは、ｘ＝９０モル％、ｙ＝１０モル％。
【００５９】
コポリチオフェン２ｂでは、ｘ＝８０モル％、ｙ＝２０モル％。
【００６０】
コポリチオフェン２ｃでは、ｘ＝５０モル％、ｙ＝５０モル％。
【００６１】
コポリチオフェン２ａでは、不活性アルゴン雰囲気中にある１００ミリリットルの丸底フラスコ中の、よく撹拌したＦｅＣｌ３（５００ｍｇ、３．０８ｍｍｏｌ）の５ミリリットルクロロベンゼン混合液に、５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−２，２’−ジチオフェン（モノマー２）（５００ｍｇ、０．７５ｍｍｏｌ）と５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−３−メチル−２，２’−ジチオフェン（モノマー１）（５７ｍｇ、０．０８４ｍｍｏｌ）とを混合した１０ｍｌクロロベンゼン溶液を、約５分の時間をかけてゆっくりと添加した。この混合物を６０℃で４８時間撹拌した。重合の後、混合物を５０ミリリットルの塩化メチレンで希釈し、水で３回洗浄した。分離した有機相を、７．５パーセントアンモニア水溶液１５０ミリリットルを用いて１時間撹拌し、水相が透明になるまで水で洗浄し、その後メタノールに注いで粗コポリマーを沈殿させた。最終コポリマー生成物を、ヘプタンを用いた、次いでクロロベンゼンを用いたソックスレー抽出によって精製した。
【００６２】
コポリチオフェン２ａは、ポリスチレン標準に対してＭｗ＝３０，６００、またＭｎ＝１７，４００であった。精製後の収率は８６％であった。
【００６３】
コポリチオフェン２ｂおよび２ｃを同様に調製した。
【００６４】
コポリチオフェン２ｂは、ポリスチレン標準に対してＭｗ＝２１，５００、またＭｎ＝１５，４００であった。精製後の収率は７９％であった。
【００６５】
コポリチオフェン２ｃは、ポリスチレン標準に対してＭｗ＝２１，６００、またＭｎ＝１０，９００であった。精製後の収率は６８％であった。
【００６６】
［比較例］
比較の目的で、ベースラインのポリチオフェンはＰＱＴ−１２、ポリ（３，３’’’−ジドデシルクアテルチオフェン）であった。ＰＱＴ−１２は、これまで米国特許第６，７７０，９０４号に記載されていた。
【００６７】
［比較および結果］
堆積溶液を作製した。実施例１のポリチオフェン１、ならびに実施例２のコポリチオフェン２ａ、２ｂおよび２ｃをキシレンに溶解させた。比較例のＰＱＴ−１２をジクロロベンゼンに溶解させた。これらの溶液は、ポリチオフェンを０．３〜１ｗｔ％含んでいた。
【００６８】
その後、これらの堆積溶液を用いて有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）を作製した。ＯＴＦＴの作製およびキャラクタリゼーションは、材料およびデバイスを空気、水分または光への暴露から切り離すよう警戒することなく周囲条件下で行った。
【００６９】
基板としてのｎ−ドープシリコンウェーハと、誘電体層としての１１０ｎｍの熱酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を有するゲート電極とを用いてボトムゲートＴＦＴデバイスを構築した。６０℃のトルエン中の０．１ＭのＯＴＳ−８に、洗浄したシリコンウェーハ基板を２０分間浸漬することによって、ＳｉＯ２の表面をオクチルトリクロロシラン（ＯＴＳ−８）で改質した。続いてこのウェーハをトルエンおよびイソプロパノールですすぎ、その後空気流で乾燥させた。
【００７０】
１０００ｒｐｍで１２０秒間、堆積溶液のスピンコーティングを行い、その後真空乾燥を行うことによって、ＯＴＳ−８で改質したＳｉＯ２層上に半導体層を堆積させて、厚さ２０〜５０ｎｍの半導体層を得た。
【００７１】
続いて、シャドウマスクを通して真空蒸発を行うことによって、金のソースおよびドレイン電極を堆積させ、したがって様々なチャネル長（Ｌ）およびチャネル幅（Ｗ）寸法を有する一連のＴＦＴがもたされた。１２０〜１４０℃の真空オーブン中で乾燥させたＴＦＴデバイスを１５〜３０分間加熱することによって、これらのデバイスをすべてアニールし、その後室温まで冷却した。
【００７２】
チャネル長が９０μｍまたは１９０μｍでチャネル幅が１ｍｍまたは５ｍｍであるパターン化したトランジスタを、電流／電圧測定に使用した。その後、周囲条件下でケースレー（Keithley）ＳＣＳ−４２００キャラクタリゼーションシステムを用いてＴＦＴデバイスを評価した。
【００７３】
これらのＴＦＴすべての電界効果移動度を、以下の方程式を用いて飽和領域から抽出した。
飽和領域：ＩＤ＝Ｃｉμ（Ｗ／２Ｌ）（ＶＧ−ＶＴ）２
式中、ＩＤはドレイン電流、Ｃｉはゲート誘電体層の単位面積当たりの容量、ＷおよびＬはチャネルの幅および長さ、ＶＧおよびＶＴはそれぞれゲート電圧およびしきい値電圧である。これらのＯＴＦＴの移動度および電流オン／オフ比を表１にまとめる。
【００７４】
【表１】
【００７５】
実験結果は、ＰＱＴ−１２のキシレンコーティング溶液は安定せず、室温まで冷却するとすぐにゲル化することを示していた。したがって、ＰＱＴ−１２コーティング溶液にはジクロロベンゼンを使用した。その結果、ポリチオフェン１ならびにコポリチオフェン２ａ、２ｂおよび２ｃ用のコーティング溶媒としてキシレンを使用することができることがわかった。言い換えると、ポリチオフェン１ならびにコポリチオフェン２ａ、２ｂおよび２ｃのキシレンへの溶解度が著しく増大した。
【００７６】
これらＯＴＦＴの結果は、モノマー２の量が増大するにつれて移動度が増大することを示したが、このことは結晶化度の漸増と一致していた。一方、モノマー１の量が増大するにつれて溶解度が増大した。
【００７７】
また我々の結果により、コポリチオフェン２ａが、コーティング溶媒としてキシレンを用いた場合に、ＰＱＴ−１２よりもはるかに優れた溶解度を有するだけでなく、０．１０〜０．１８ｃｍ２／Ｖ・秒の高い移動度および１０７のオン／オフ比を示すこともわかった。
【符号の説明】
【００７８】
１０ ＯＴＦＴ、２０ 基板、３０ ゲート電極、４０ 誘電体層、５０ ソース電極、６０ ドレイン電極、７０ 半導体層、８０ 光学界面層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（Ａ）の繰返し単位を含むポリチオフェン。
【化１】
（上記式中、ＡおよびＢが独立して、炭素数が１〜約２５のアルキルである。）
【請求項２】
請求項１に記載のポリチオフェンにおいて、Ａがｎ−Ｃ１２Ｈ２５であり、Ｂがメチルであることを特徴とするポリチオフェン。
【請求項３】
請求項１に記載のポリチオフェンにおいて、ＡがＢよりも長いことを特徴とするポリチオフェン。
【請求項４】
半導体層を有する電子デバイスであって、前記半導体層がポリチオフェンを含み、前記ポリチオフェンが下記式（Ａ）の繰返し単位を含む、電子デバイス。
【化２】
（上記式中、ＡおよびＢが独立して、炭素数が１〜約２５のアルキルである。）
【請求項１】
式（Ａ）の繰返し単位を含むポリチオフェン。
【化１】
（上記式中、ＡおよびＢが独立して、炭素数が１〜約２５のアルキルである。）
【請求項２】
請求項１に記載のポリチオフェンにおいて、Ａがｎ−Ｃ１２Ｈ２５であり、Ｂがメチルであることを特徴とするポリチオフェン。
【請求項３】
請求項１に記載のポリチオフェンにおいて、ＡがＢよりも長いことを特徴とするポリチオフェン。
【請求項４】
半導体層を有する電子デバイスであって、前記半導体層がポリチオフェンを含み、前記ポリチオフェンが下記式（Ａ）の繰返し単位を含む、電子デバイス。
【化２】
（上記式中、ＡおよびＢが独立して、炭素数が１〜約２５のアルキルである。）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１３８３９５（Ｐ２０１０−１３８３９５Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７７１７６（Ｐ２００９−２７７１７６）
【出願日】平成２１年１２月７日（２００９．１２．７）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月７日（２００９．１２．７）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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