有機半導体高分子および有機電界効果トランジスタ
【課題】キャリア移動度が高く、トランジスタ特性に優れる有機電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】本発明の有機電界効果トランジスタ１は、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層３０と、ゲート絶縁層３０の、ゲート電極１０と反対側に設けられた活性層３０と、活性層３０を介して互いに接続されたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備え、活性層３０が、特定のテトラチアフルバレン含有高分子からなる有機半導体高分子を含有する。
【解決手段】本発明の有機電界効果トランジスタ１は、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層３０と、ゲート絶縁層３０の、ゲート電極１０と反対側に設けられた活性層３０と、活性層３０を介して互いに接続されたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備え、活性層３０が、特定のテトラチアフルバレン含有高分子からなる有機半導体高分子を含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テトラチアフルバレン骨格を主鎖に有する有機半導体高分子および有機半導体高分子を用いた有機電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタは、スイッチング素子や増幅素子として用いることができ、しかも、その製造や集積化が容易であることから、現在のエレクトロニクスにおいて重要な素子である。
近年、トランジスタの活性層に有機低分子あるいは有機高分子等の有機半導体材料を使用する有機電界効果トランジスタの研究が広く行われている。有機電界効果トランジスタの利点としては、水素や炭素等の軽元素からなるため、軽量化できることが挙げられる。また、有機溶媒に可溶になるものが多いため、従来のシリコン半導体の製造で適用される真空プロセスを必要とせず、スピンコートやインクジェット技術等の溶液プロセスを適用でき、低コストで大面積のトランジスタを容易に製造できることが挙げられる。さらには、柔軟性の高いトランジスタを製造することも可能になる。
【０００３】
有機電界効果トランジスタの特性は、活性層を構成する有機半導体材料、成膜条件、ソース電極・ドレイン電極の材料およびその構造、ゲート絶縁層の種類・膜厚等の条件によって影響を受けることが知られている。その中でも、特に、活性層を構成する有機半導体材料は重要であるため、より優れた特性を示す材料の探索が進められている。
通常、有機半導体材料で構成された活性層におけるキャリアの輸送は、π−π相互作用により弱く結合した分子間のホッピング伝導に支配される。そのため、有機半導体材料のトランジスタ特性を向上させるためには、分子配向性を高めて配向の乱雑さに由来するキャリアトラップの影響を小さくすることが重要である。
【０００４】
有機半導体材料として代表的なものとしては、構造式（３）で表されるポリチオフェンや、構造式（４）で表されるオリゴチオフェンなどが挙げられる。これらポリチオフェンやオリゴチオフェンでは、側鎖に長鎖アルキル基を導入することによって、溶媒に対する溶解度を向上させており、成膜性およびキャリア移動度を高めている（具体的には、キャリア移動度：０．１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）。
しかしながら、チオフェンユニットは、硫黄原子を１つしか含まないため、分子間のπ−π相互作用が充分に強いとは言えなかった。
【０００５】
【化１】
【０００６】
【化２】
【０００７】
分子間のπ−π相互作用を向上させる方法としては、例えば、非特許文献１に、構造式（５）で表された化合物を用いる方法が開示されている。構造式（５）で表された化合物は、ポリチオフェンのモノマーユニットに一つおきにチオフェンを縮合させた構造を有し、硫黄原子が増加しているため、π−π相互作用の向上を図ることができる。構造式（５）で表された化合物を用いた活性層は良結晶性であり、この活性層を用いた有機電界効果トランジスタのキャリア移動度は、ポリチオフェンを用いたものより高くなっていた（具体的には、キャリア移動度：０．２〜０．６ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）。
しかしながら、チオフェンの縮合量が多くなるにつれて、溶解度が低下するため、成膜性が低下するという問題を有している。
【０００８】
【化３】
【０００９】
また、分子間のπ−π相互作用を向上させる方法として、主鎖骨格に含まれる硫黄原子の数を増やす方法が考えられ、非特許文献２には、構造式（６）で表されるような、主鎖骨格にテトラチアフルバレンユニットを含む高分子が開示されている。
テトラチアフルバレン分子は電子供与性であり、様々な電子受容性物質と電荷移動錯体を形成し、有機半導体から有機金属・超伝導体までを形成できることが知られている。従来のポリチオフェンでは、１モノマーユニットあたり硫黄原子を２つしか含まなかったが、構造式（６）で表される化合物では、１モノマーユニットあたり硫黄原子を４つ（置換基の硫黄原子まで含めると６つ）含み、分子間のπ−π相互作用の大幅な増加を図ることができる。しかしながら、非特許文献２には、テトラチアフルバレン含有高分子を、有機電界効果トランジスタに使用することが記載されていない。
【００１０】
【化４】
【非特許文献１】Ｉ．ＭｃＣｕｌｌｏｃｈら著、「Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、第５巻、２００６年４月、ｐ．３２８−３３３
【非特許文献２】Ｅ．Ｗａｎｇら著、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｐｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ：ＰａｒｔＡ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」、第４４巻、第４４号、２００６年、ｐ．２７０７−２７１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、分子配向しやすく、成膜性に優れ、しかも分子間のπ−π相互作用が高い新規な有機半導体高分子を提供することを目的とする。また、キャリア移動度が高く、トランジスタ特性に優れる有機電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下の構成を有する。
［１］ 下記構造式（１）で表される化合物の１種以上からなることを特徴とする有機半導体高分子。
（構造式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は、各々独立して、水素原子、アルキル基、フェニル基のいずれかであり、Ｒ３，Ｒ４は、各々独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基であり、Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮであり、ｎは２以上の整数である。）
【００１３】
【化５】
【００１４】
［２］ ゲート電極と、該ゲート電極の一方の面に設けられたゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層の、ゲート電極と反対側に設けられた活性層と、該活性層を介して互いに接続されたソース電極およびドレイン電極とを備え、
前記活性層が、請求項１に記載の有機半導体高分子または下記構造式（２）で表される化合物の１種以上からなる有機半導体高分子を含有することを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
（構造式（２）中、Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮであり、ｎは２以上の整数である。）
【００１５】
【化６】
【００１６】
［３］ 前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁層の、ゲート電極と反対側の面に、互いに離間するように設けられ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に、前記活性層の少なくとも一部が配置されていることを特徴とする［２］に記載の有機電界効果トランジスタ。
［４］ 前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記活性層の、ゲート絶縁層と反対側の面に、互いに離間するように設けられていることを特徴とする［２］に記載の有機電界効果トランジスタ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の有機半導体高分子は、成膜性に優れ、しかも分子間のπ−π相互作用が高い。
本発明の有機電界効果トランジスタは、キャリア移動度が高く、トランジスタ特性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜有機半導体高分子＞
本発明の有機半導体高分子は、上記構造式（１）で表される化合物（以下、化合物１という。）の１種または２種以上からなるものである。
ここで、構造式（１）におけるＲ１、Ｒ２は、各々独立して、水素原子、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等）、フェニル基のいずれかである。製造上の観点からは、Ｒ１とＲ２が同一であることが好ましい。
Ｒ３，Ｒ４は、各々独立して、水素原子、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチロキシ基、ヘキシロキシ基、オクチロキシ基等）である。製造上の観点からは、Ｒ３とＲ４が同一であることが好ましい。
Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮである。製造上の観点からは、Ｘ１とＸ２が同一であることが好ましい。
ｎは２以上である。ｎが１であると、分子配向性が低くなることがある。好ましいｎは５〜１００である。ｎが５以上であれば、分子配向性をより高くでき、１００以下であれば、溶媒に対する充分な溶解性を確保でき、しかも製造も容易になる。
【００１９】
上記有機半導体高分子は、例えば、図１に示す反応により製造できる。
この反応では、まず、化合物２のテトラチアフルバレンに、ブチルリチウム等の水素引き抜き剤の存在下、ジヨードエタン等のヨウ素化剤を反応させて、化合物３を得る。
次いで、ジクロロジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム等の有機パラジウム錯体触媒の存在下、化合物３に、パラトリメチルシリルジエチニルベンゼンを反応させて、化合物４を得る。
次いで、化合物４に、水酸化ナトリウム等の脱シリル化剤を反応させて、化合物５を得る。
次いで、化合物５に、ジクロロジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム等の有機パラジウム錯体触媒の存在下、化合物６を反応させた後、化合物７を反応させて、化合物１を得る。
【００２０】
以上説明した有機半導体高分子に含まれる化合物１は、剛直で分子配向性が高く、配向の乱雑さに由来するキャリアトラップの影響を小さくできる上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を４つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。また、上記有機半導体高分子は溶媒に溶解させることも可能であるため、成膜性に優れる。
【００２１】
＜有機電界効果トランジスタ＞
（第１の実施形態例）
本発明の有機電界効果トランジスタの第１の実施形態例について説明する。
図２に、本実施形態例の有機電界効果トランジスタを示す。この有機電界効果トランジスタ１は、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側に設けられた活性層３０と、活性層３０を介して互いに接続されたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備える。
ソース電極４０およびドレイン電極５０は、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面に、互いに離間するように設けられている。
活性層３０は、ソース電極４０とドレイン電極５０との間および上に配置されている。
【００２２】
ゲート電極１０としては、例えば、シリコン、窒化物半導体、化合物半導体（例えば、ガリウムヒ素、インジウムリン等）、ダイヤモンドなどからなるウェハを用いることができる。中でも、高ドープの低抵抗シリコンウェハが好ましい。また、シリコンウェハとしては、結晶面のミラー指数が（１００）、（１１１）のものや、さらに高指数のものを用いてもよい。
また、ゲート電極１０として、例えば、金、クロム、アルミニウム等の金属を用いてもよい。
【００２３】
ゲート絶縁層２０としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の層が挙げられる。
ゲート絶縁層２０の形成方法としては、例えば、スパッタ法や蒸着法により、酸化ケイ素や酸化アルミニウムを積層する方法が挙げられる。
また、ゲート電極１０がシリコンウェハからなる場合には、シリコンウェハ表面を熱酸化して、酸化ケイ素の層を形成させる方法が挙げられる。
ゲート絶縁層２０が酸化ケイ素からなる場合には、酸化ケイ素が親水性であるため、疎水性の化合物１との密着性が低くなることがある。そのため、酸化ケイ素のゲート絶縁層２０の表面を、ヘキサメチルジシラザン、オクタデシルトリクロロシラン等のシランカップリング剤で疎水化処理することが好ましい。疎水化処理によって、ゲート絶縁層２０と活性層３０との密着性を向上させることができる。
【００２４】
本実施形態例における活性層３０は、上記化合物１の有機半導体高分子を含有する層である。
活性層３０の形成方法としては、例えば、キャスト法、スピンコート法、ディップコート法などの溶液プロセスが挙げられる。
【００２５】
ソース電極４０およびドレイン電極５０を構成する材料としては、例えば、金、白金、銀、アルミニウム、カルシウム、チタン等を用いることができ、また、ニッケル等の磁性材料を用いることもできる。ソース電極４０とドレイン電極５０とは、電極の仕事関数に差を生じさせるために、互いに異なるものを用いることが好ましい。
ソース電極４０およびドレイン電極５０の構造は、平板状の対向電極であってもよいし、櫛型状の対向電極であってもよい。ソース電極４０とドレイン電極５０との距離は、通常、１００ｎｍ〜数十μｍの範囲で適宜選択される。
ソース電極４０およびドレイン電極５０の形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィ法、電子ビームリソグラフィ法を適用することができる。また、導電性の有機分子を塗工する方法を適用することもできる。
【００２６】
上記有機電界効果トランジスタ１では、活性層３０に含まれる化合物１の有機半導体高分子が剛直で分子配向性が高い上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を４つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。そのため、活性層３０におけるキャリア移動度が高くなり、トランジスタ特性に優れる。
【００２７】
（第２の実施形態例）
本発明の有機電界効果トランジスタの第２の実施形態例について説明する。
図３に、本実施形態例の有機電界効果トランジスタを示す。この有機電界効果トランジスタ２は、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面の全面に設けられた活性層３０と、活性層３０の、ゲート絶縁層２０と反対側の面に、互いに離間するように設けられたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備える。
本実施形態例における活性層３０は、上記化合物１の有機半導体高分子を含有する層である。また、本実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０は、第１の実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０と同様である。
【００２８】
上記有機電界効果トランジスタ２でも、活性層３０に含まれる化合物１の有機半導体高分子が剛直で分子配向性が高い上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を４つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。そのため、活性層３０におけるキャリア移動度が高くなり、トランジスタ特性に優れる。
また、この有機電界効果トランジスタ２では、ソース電極４０およびドレイン電極５０と活性層３０との電気的な接触性が向上するため、トランジスタ特性をより高くできる。
【００２９】
（第３の実施形態例）
本発明の有機電界効果トランジスタの第３の実施形態例について説明する。
本実施形態例の有機電界コンデンサの構造は、第１の実施形態例と同様である。すなわち、本実施形態例の有機電界効果トランジスタ３は、図２に示すように、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側に設けられた活性層３０と、活性層３０を介して互いに接続されたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備える。
ソース電極４０およびドレイン電極５０は、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面に、互いに離間するように設けられている。
活性層３０は、ソース電極４０とドレイン電極５０との間および上に配置されている。
本実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０は、第１の実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０と同様である。
【００３０】
本実施形態例における活性層３０は、上記構造式（２）で表される化合物（以下、化合物８という。）の１種以上からなる有機半導体高分子を含有する層である。
ここで、構造式（２）におけるＸ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮである。製造上の観点からは、Ｘ１とＸ２が同一であることが好ましい。
ｎは２以上である。ｎが１であると、分子配向性が低くなることがある。好ましいｎは５〜１００である。ｎが５以上であれば、分子配向性をより高くでき、１００以下であれば、溶媒に対する充分な溶解性を確保でき、しかも製造も容易になる。
なお、化合物８は、例えば、非特許文献２に記載された方法を適用することができる。
【００３１】
上記有機電界効果トランジスタ３では、活性層３０に含まれる化合物８の有機半導体高分子が剛直で分子配向性が高い上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を６つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。そのため、活性層３０におけるキャリア移動度が高くなるため、トランジスタ特性に優れる。
【００３２】
（第４の実施形態例）
本発明の有機電界効果トランジスタの第４の実施形態例について説明する。
本実施形態例の有機電界コンデンサの構造は、第２の実施形態例と同様である。すなわち、本実施形態例の有機電界効果トランジスタ４は、図３に示すように、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面の全面に設けられた活性層３０と、活性層３０の、ゲート絶縁層２０と反対側の面に、互いに離間するように設けられたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備える。
本実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０は、第１の実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０と同様である。
また、本実施形態例における活性層３０は、第３の実施形態例の活性層３０と同様である。
【００３３】
上記有機電界効果トランジスタ４でも、活性層３０に含まれる化合物８の有機半導体高分子が剛直で分子配向性が高い上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を６つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。そのため、活性層３０におけるキャリア移動度が高くなるため、トランジスタ特性に優れる。
また、この有機電界効果トランジスタ４では、ソース電極４０およびドレイン電極５０と活性層３０との電気的な接触性が向上するため、トランジスタ特性をより高くできる。
【００３４】
なお、本発明の有機電界効果トランジスタは、上記実施形態例に限定されない。
例えば、第１の実施形態例および第３の実施形態例では、活性層３０が、ソース電極４０およびドレイン電極５０の上に配置されていたが、ソース電極４０およびドレイン電極５０の間のみに配置されていてもよい。
また、第２の実施形態例および第４の実施形態例では、活性層３０が、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面の全面に設けられていたが、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面の一部に設けられていてもよい。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
本実施例は、構造式（７）で表される化合物（化合物９）を製造する方法の例である。本実施例では、図４に示す反応スキームに従って化合物９を製造した。
【００３６】
【化７】
【００３７】
［化合物１０の合成］
ジフェニルテトラチアフルバレン３．０ｇをジエチルエーテル１００ｍＬに溶かし、窒素ガス雰囲気下で−７８℃に冷却した。次いで、ブチルリチウムの２．５Ｍヘキサン溶液８ｍＬを滴下し、２時間攪拌した後、ジヨードエタン４．８ｇを添加し、室温に戻した。これにより得られた反応液から、エバポレータを用いて溶媒を留去し、得られた残留物をヘキサンに溶解した。そのヘキサン溶液をシリカゲルカラムに通した後に、ヘキサンを除去して、赤色固体の化合物１０（２．５ｇ）を得た。
【００３８】
［化合物１２の合成］
１．３ｇの化合物１０と、０．６ｇのパラトリメチルシリルジエチニルベンゼン（化合物１１）と、０．０７ｇのジクロロジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム、０．０２ｇのヨウ化銅をテトラヒドロフラン３０ｍＬに溶解させた。これにより得たテトラヒドロフラン溶液にトリエチルアミン１５ｍＬを添加し、７０℃に加熱し、一晩攪拌して、反応させた。
これにより得られた反応液から、エバポレータを用いて溶媒を留去し、得られた残留物をシリカゲルカラムに通し、精製して、赤色固体の化合物１２（０．６ｇ）を得た。
【００３９】
［化合物１３の合成］
化合物１２（０．８ｇ）の３０ｍＬのテトラヒドロフラン溶液に、０．１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液１ｍＬを添加し、６時間激しく攪拌して、反応させた。これにより得た反応液から、エバポレータを用いて溶媒を留去して、体積を当初の１／３程度にまで減らした後、水を１００ｍＬ添加した。これにより生成した沈殿物をろ別し、水で充分に洗浄した。その洗浄した沈殿物を塩化メチレンに再溶解し、シリカゲルカラムに通し、精製して、赤色固体の０．６ｇの化合物１３を得た。
【００４０】
［化合物９の合成］
２００ｍｇの化合物１３、１５０ｍｇの２，５−ジヨード−ｐ−ジヘキシロキシベンゼン（化合物１４）、ジクロロジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム２０ｍｇ、５ｍｇのヨウ化銅をテトラヒドロフラン３０ｍＬに溶解させた。さらに、トリエチルアミン１５ｍＬを添加し、６０℃に加熱し、４日間攪拌して反応させた。これにより得られた反応液に、図４に示す化合物１５を添加し、さらに２日間攪拌して反応させた。
これにより生成した沈殿物をろ別して除去し、エバポレータを用いて溶媒を留去した。得られた残留物をテトラヒドロフラン／アセトンで再沈殿させ、赤色固体の化合物９（２２０ｍｇ）を得た。
【００４１】
（実施例２）
本実施例は、図２に示す有機電界効果トランジスタ１を製造する例である。
本実施例では、厚さ３００ｎｍの酸化膜を有する直径４インチのシリコン（１００）ウェハを用いた。このウェハの酸化膜の部分がゲート絶縁層２０になり、未酸化の部分がゲート電極１０になる。
前記シリコンウェハの酸化膜の表面に、フォトリソグラフィにより、櫛型の電極構造を有するソース電極４０およびドレイン電極５０を形成した。ソース電極４０およびドレイン電極５０は、シリコン酸化膜側に設けられた厚さ１５ｎｍのチタンの層と、そのチタンの層の上に設けられた厚さ３５ｎｍの金の層とを有するものとした。また、櫛型電極間の距離は１μｍとした。
次いで、得られたソース電極４０およびドレイン電極５０を、まず純水で１５分間、次にアセトンで１５分間超音波洗浄した。次いで、ピラニア溶液（濃硫酸：３０質量％過酸化水素水＝４：１）中に１０分間浸漬し、さらに純水で洗浄し、真空乾燥させた。
次いで、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁層２０の表面を疎水性にするために、露出しているゲート絶縁層２０の表面を、ヘキサメチルジシラザンの蒸気に１０分間曝し、エタノール・アセトンで洗浄し、真空乾燥させて、シランカップリング処理した。
次いで、構造式（２）で表される化合物（ＸはＳＣＯＣＨ３）の０．５質量％トルエン溶液を調製し、その溶液を、露出しているゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０の上に充分な量滴下した。次いで、５００回転／分で５秒間、２０００回転／分で３０秒間スピンコートした後、真空乾燥させて、厚さ約５００ｎｍの活性層３０を形成した。
このようにして、有機電界効果トランジスタ１を得た。
【００４２】
得られた有機電界効果トランジスタのトランジスタ特性を評価した。
図５に、ゲート電圧を−１０Ｖ，−２０Ｖ，−３０Ｖ，−４０Ｖ，−６０Ｖ，−８０Ｖ，−１００Ｖにした際の、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）とソース−ドレイン電圧（Ｖｓｄ）との関係を示す。図５より、活性層３０に含まれる半導体有機高分子はｐ型半導体として機能していることが判明した。
図６に、ソース−ドレイン電圧が−８０Ｖの際の、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）とゲート電圧（Ｖｇ）との関係を示す。図６より、オン・オフ比が約１０４であることが判明した。また、図６におけるＶｇが−８０Ｖ付近の傾きから求めたキャリア移動度は２．１×１０−５ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）であった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の有機半導体高分子を製造する方法の一例を示す図である。
【図２】本発明の有機電界効果トランジスタの第１の実施形態例および第３の実施形態例を示す断面図である。
【図３】本発明の有機電界効果トランジスタの第２の実施形態例および第４の実施形態例を示す断面図である。
【図４】実施例１での有機半導体高分子を製造する方法を示す図である。
【図５】実施例２での、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）とソース−ドレイン電圧（Ｖｓｄ）との関係を示すグラフである。
【図６】実施例２での、ソース−ドレイン電圧が−８０Ｖの際の、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）とゲート電圧（Ｖｇ）との関係を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１，２，３，４ 有機電界効果トランジスタ
１０ ゲート電極
２０ ゲート絶縁層
３０ 活性層
４０ ソース電極
５０ ドレイン電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テトラチアフルバレン骨格を主鎖に有する有機半導体高分子および有機半導体高分子を用いた有機電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタは、スイッチング素子や増幅素子として用いることができ、しかも、その製造や集積化が容易であることから、現在のエレクトロニクスにおいて重要な素子である。
近年、トランジスタの活性層に有機低分子あるいは有機高分子等の有機半導体材料を使用する有機電界効果トランジスタの研究が広く行われている。有機電界効果トランジスタの利点としては、水素や炭素等の軽元素からなるため、軽量化できることが挙げられる。また、有機溶媒に可溶になるものが多いため、従来のシリコン半導体の製造で適用される真空プロセスを必要とせず、スピンコートやインクジェット技術等の溶液プロセスを適用でき、低コストで大面積のトランジスタを容易に製造できることが挙げられる。さらには、柔軟性の高いトランジスタを製造することも可能になる。
【０００３】
有機電界効果トランジスタの特性は、活性層を構成する有機半導体材料、成膜条件、ソース電極・ドレイン電極の材料およびその構造、ゲート絶縁層の種類・膜厚等の条件によって影響を受けることが知られている。その中でも、特に、活性層を構成する有機半導体材料は重要であるため、より優れた特性を示す材料の探索が進められている。
通常、有機半導体材料で構成された活性層におけるキャリアの輸送は、π−π相互作用により弱く結合した分子間のホッピング伝導に支配される。そのため、有機半導体材料のトランジスタ特性を向上させるためには、分子配向性を高めて配向の乱雑さに由来するキャリアトラップの影響を小さくすることが重要である。
【０００４】
有機半導体材料として代表的なものとしては、構造式（３）で表されるポリチオフェンや、構造式（４）で表されるオリゴチオフェンなどが挙げられる。これらポリチオフェンやオリゴチオフェンでは、側鎖に長鎖アルキル基を導入することによって、溶媒に対する溶解度を向上させており、成膜性およびキャリア移動度を高めている（具体的には、キャリア移動度：０．１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）。
しかしながら、チオフェンユニットは、硫黄原子を１つしか含まないため、分子間のπ−π相互作用が充分に強いとは言えなかった。
【０００５】
【化１】
【０００６】
【化２】
【０００７】
分子間のπ−π相互作用を向上させる方法としては、例えば、非特許文献１に、構造式（５）で表された化合物を用いる方法が開示されている。構造式（５）で表された化合物は、ポリチオフェンのモノマーユニットに一つおきにチオフェンを縮合させた構造を有し、硫黄原子が増加しているため、π−π相互作用の向上を図ることができる。構造式（５）で表された化合物を用いた活性層は良結晶性であり、この活性層を用いた有機電界効果トランジスタのキャリア移動度は、ポリチオフェンを用いたものより高くなっていた（具体的には、キャリア移動度：０．２〜０．６ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）。
しかしながら、チオフェンの縮合量が多くなるにつれて、溶解度が低下するため、成膜性が低下するという問題を有している。
【０００８】
【化３】
【０００９】
また、分子間のπ−π相互作用を向上させる方法として、主鎖骨格に含まれる硫黄原子の数を増やす方法が考えられ、非特許文献２には、構造式（６）で表されるような、主鎖骨格にテトラチアフルバレンユニットを含む高分子が開示されている。
テトラチアフルバレン分子は電子供与性であり、様々な電子受容性物質と電荷移動錯体を形成し、有機半導体から有機金属・超伝導体までを形成できることが知られている。従来のポリチオフェンでは、１モノマーユニットあたり硫黄原子を２つしか含まなかったが、構造式（６）で表される化合物では、１モノマーユニットあたり硫黄原子を４つ（置換基の硫黄原子まで含めると６つ）含み、分子間のπ−π相互作用の大幅な増加を図ることができる。しかしながら、非特許文献２には、テトラチアフルバレン含有高分子を、有機電界効果トランジスタに使用することが記載されていない。
【００１０】
【化４】
【非特許文献１】Ｉ．ＭｃＣｕｌｌｏｃｈら著、「Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、第５巻、２００６年４月、ｐ．３２８−３３３
【非特許文献２】Ｅ．Ｗａｎｇら著、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｐｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ：ＰａｒｔＡ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」、第４４巻、第４４号、２００６年、ｐ．２７０７−２７１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、分子配向しやすく、成膜性に優れ、しかも分子間のπ−π相互作用が高い新規な有機半導体高分子を提供することを目的とする。また、キャリア移動度が高く、トランジスタ特性に優れる有機電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下の構成を有する。
［１］ 下記構造式（１）で表される化合物の１種以上からなることを特徴とする有機半導体高分子。
（構造式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は、各々独立して、水素原子、アルキル基、フェニル基のいずれかであり、Ｒ３，Ｒ４は、各々独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基であり、Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮであり、ｎは２以上の整数である。）
【００１３】
【化５】
【００１４】
［２］ ゲート電極と、該ゲート電極の一方の面に設けられたゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層の、ゲート電極と反対側に設けられた活性層と、該活性層を介して互いに接続されたソース電極およびドレイン電極とを備え、
前記活性層が、請求項１に記載の有機半導体高分子または下記構造式（２）で表される化合物の１種以上からなる有機半導体高分子を含有することを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
（構造式（２）中、Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮであり、ｎは２以上の整数である。）
【００１５】
【化６】
【００１６】
［３］ 前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁層の、ゲート電極と反対側の面に、互いに離間するように設けられ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に、前記活性層の少なくとも一部が配置されていることを特徴とする［２］に記載の有機電界効果トランジスタ。
［４］ 前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記活性層の、ゲート絶縁層と反対側の面に、互いに離間するように設けられていることを特徴とする［２］に記載の有機電界効果トランジスタ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の有機半導体高分子は、成膜性に優れ、しかも分子間のπ−π相互作用が高い。
本発明の有機電界効果トランジスタは、キャリア移動度が高く、トランジスタ特性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜有機半導体高分子＞
本発明の有機半導体高分子は、上記構造式（１）で表される化合物（以下、化合物１という。）の１種または２種以上からなるものである。
ここで、構造式（１）におけるＲ１、Ｒ２は、各々独立して、水素原子、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等）、フェニル基のいずれかである。製造上の観点からは、Ｒ１とＲ２が同一であることが好ましい。
Ｒ３，Ｒ４は、各々独立して、水素原子、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチロキシ基、ヘキシロキシ基、オクチロキシ基等）である。製造上の観点からは、Ｒ３とＲ４が同一であることが好ましい。
Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮである。製造上の観点からは、Ｘ１とＸ２が同一であることが好ましい。
ｎは２以上である。ｎが１であると、分子配向性が低くなることがある。好ましいｎは５〜１００である。ｎが５以上であれば、分子配向性をより高くでき、１００以下であれば、溶媒に対する充分な溶解性を確保でき、しかも製造も容易になる。
【００１９】
上記有機半導体高分子は、例えば、図１に示す反応により製造できる。
この反応では、まず、化合物２のテトラチアフルバレンに、ブチルリチウム等の水素引き抜き剤の存在下、ジヨードエタン等のヨウ素化剤を反応させて、化合物３を得る。
次いで、ジクロロジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム等の有機パラジウム錯体触媒の存在下、化合物３に、パラトリメチルシリルジエチニルベンゼンを反応させて、化合物４を得る。
次いで、化合物４に、水酸化ナトリウム等の脱シリル化剤を反応させて、化合物５を得る。
次いで、化合物５に、ジクロロジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム等の有機パラジウム錯体触媒の存在下、化合物６を反応させた後、化合物７を反応させて、化合物１を得る。
【００２０】
以上説明した有機半導体高分子に含まれる化合物１は、剛直で分子配向性が高く、配向の乱雑さに由来するキャリアトラップの影響を小さくできる上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を４つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。また、上記有機半導体高分子は溶媒に溶解させることも可能であるため、成膜性に優れる。
【００２１】
＜有機電界効果トランジスタ＞
（第１の実施形態例）
本発明の有機電界効果トランジスタの第１の実施形態例について説明する。
図２に、本実施形態例の有機電界効果トランジスタを示す。この有機電界効果トランジスタ１は、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側に設けられた活性層３０と、活性層３０を介して互いに接続されたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備える。
ソース電極４０およびドレイン電極５０は、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面に、互いに離間するように設けられている。
活性層３０は、ソース電極４０とドレイン電極５０との間および上に配置されている。
【００２２】
ゲート電極１０としては、例えば、シリコン、窒化物半導体、化合物半導体（例えば、ガリウムヒ素、インジウムリン等）、ダイヤモンドなどからなるウェハを用いることができる。中でも、高ドープの低抵抗シリコンウェハが好ましい。また、シリコンウェハとしては、結晶面のミラー指数が（１００）、（１１１）のものや、さらに高指数のものを用いてもよい。
また、ゲート電極１０として、例えば、金、クロム、アルミニウム等の金属を用いてもよい。
【００２３】
ゲート絶縁層２０としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の層が挙げられる。
ゲート絶縁層２０の形成方法としては、例えば、スパッタ法や蒸着法により、酸化ケイ素や酸化アルミニウムを積層する方法が挙げられる。
また、ゲート電極１０がシリコンウェハからなる場合には、シリコンウェハ表面を熱酸化して、酸化ケイ素の層を形成させる方法が挙げられる。
ゲート絶縁層２０が酸化ケイ素からなる場合には、酸化ケイ素が親水性であるため、疎水性の化合物１との密着性が低くなることがある。そのため、酸化ケイ素のゲート絶縁層２０の表面を、ヘキサメチルジシラザン、オクタデシルトリクロロシラン等のシランカップリング剤で疎水化処理することが好ましい。疎水化処理によって、ゲート絶縁層２０と活性層３０との密着性を向上させることができる。
【００２４】
本実施形態例における活性層３０は、上記化合物１の有機半導体高分子を含有する層である。
活性層３０の形成方法としては、例えば、キャスト法、スピンコート法、ディップコート法などの溶液プロセスが挙げられる。
【００２５】
ソース電極４０およびドレイン電極５０を構成する材料としては、例えば、金、白金、銀、アルミニウム、カルシウム、チタン等を用いることができ、また、ニッケル等の磁性材料を用いることもできる。ソース電極４０とドレイン電極５０とは、電極の仕事関数に差を生じさせるために、互いに異なるものを用いることが好ましい。
ソース電極４０およびドレイン電極５０の構造は、平板状の対向電極であってもよいし、櫛型状の対向電極であってもよい。ソース電極４０とドレイン電極５０との距離は、通常、１００ｎｍ〜数十μｍの範囲で適宜選択される。
ソース電極４０およびドレイン電極５０の形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィ法、電子ビームリソグラフィ法を適用することができる。また、導電性の有機分子を塗工する方法を適用することもできる。
【００２６】
上記有機電界効果トランジスタ１では、活性層３０に含まれる化合物１の有機半導体高分子が剛直で分子配向性が高い上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を４つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。そのため、活性層３０におけるキャリア移動度が高くなり、トランジスタ特性に優れる。
【００２７】
（第２の実施形態例）
本発明の有機電界効果トランジスタの第２の実施形態例について説明する。
図３に、本実施形態例の有機電界効果トランジスタを示す。この有機電界効果トランジスタ２は、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面の全面に設けられた活性層３０と、活性層３０の、ゲート絶縁層２０と反対側の面に、互いに離間するように設けられたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備える。
本実施形態例における活性層３０は、上記化合物１の有機半導体高分子を含有する層である。また、本実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０は、第１の実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０と同様である。
【００２８】
上記有機電界効果トランジスタ２でも、活性層３０に含まれる化合物１の有機半導体高分子が剛直で分子配向性が高い上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を４つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。そのため、活性層３０におけるキャリア移動度が高くなり、トランジスタ特性に優れる。
また、この有機電界効果トランジスタ２では、ソース電極４０およびドレイン電極５０と活性層３０との電気的な接触性が向上するため、トランジスタ特性をより高くできる。
【００２９】
（第３の実施形態例）
本発明の有機電界効果トランジスタの第３の実施形態例について説明する。
本実施形態例の有機電界コンデンサの構造は、第１の実施形態例と同様である。すなわち、本実施形態例の有機電界効果トランジスタ３は、図２に示すように、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側に設けられた活性層３０と、活性層３０を介して互いに接続されたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備える。
ソース電極４０およびドレイン電極５０は、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面に、互いに離間するように設けられている。
活性層３０は、ソース電極４０とドレイン電極５０との間および上に配置されている。
本実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０は、第１の実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０と同様である。
【００３０】
本実施形態例における活性層３０は、上記構造式（２）で表される化合物（以下、化合物８という。）の１種以上からなる有機半導体高分子を含有する層である。
ここで、構造式（２）におけるＸ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮである。製造上の観点からは、Ｘ１とＸ２が同一であることが好ましい。
ｎは２以上である。ｎが１であると、分子配向性が低くなることがある。好ましいｎは５〜１００である。ｎが５以上であれば、分子配向性をより高くでき、１００以下であれば、溶媒に対する充分な溶解性を確保でき、しかも製造も容易になる。
なお、化合物８は、例えば、非特許文献２に記載された方法を適用することができる。
【００３１】
上記有機電界効果トランジスタ３では、活性層３０に含まれる化合物８の有機半導体高分子が剛直で分子配向性が高い上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を６つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。そのため、活性層３０におけるキャリア移動度が高くなるため、トランジスタ特性に優れる。
【００３２】
（第４の実施形態例）
本発明の有機電界効果トランジスタの第４の実施形態例について説明する。
本実施形態例の有機電界コンデンサの構造は、第２の実施形態例と同様である。すなわち、本実施形態例の有機電界効果トランジスタ４は、図３に示すように、ゲート電極１０と、ゲート電極１０の一方の面に設けられたゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面の全面に設けられた活性層３０と、活性層３０の、ゲート絶縁層２０と反対側の面に、互いに離間するように設けられたソース電極４０およびドレイン電極５０とを備える。
本実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０は、第１の実施形態例におけるゲート電極１０、ゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０と同様である。
また、本実施形態例における活性層３０は、第３の実施形態例の活性層３０と同様である。
【００３３】
上記有機電界効果トランジスタ４でも、活性層３０に含まれる化合物８の有機半導体高分子が剛直で分子配向性が高い上に、１モノマーユニットあたり硫黄原子を６つ含むため、分子間のπ−π相互作用が高い。そのため、活性層３０におけるキャリア移動度が高くなるため、トランジスタ特性に優れる。
また、この有機電界効果トランジスタ４では、ソース電極４０およびドレイン電極５０と活性層３０との電気的な接触性が向上するため、トランジスタ特性をより高くできる。
【００３４】
なお、本発明の有機電界効果トランジスタは、上記実施形態例に限定されない。
例えば、第１の実施形態例および第３の実施形態例では、活性層３０が、ソース電極４０およびドレイン電極５０の上に配置されていたが、ソース電極４０およびドレイン電極５０の間のみに配置されていてもよい。
また、第２の実施形態例および第４の実施形態例では、活性層３０が、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面の全面に設けられていたが、ゲート絶縁層２０の、ゲート電極１０と反対側の面の一部に設けられていてもよい。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
本実施例は、構造式（７）で表される化合物（化合物９）を製造する方法の例である。本実施例では、図４に示す反応スキームに従って化合物９を製造した。
【００３６】
【化７】
【００３７】
［化合物１０の合成］
ジフェニルテトラチアフルバレン３．０ｇをジエチルエーテル１００ｍＬに溶かし、窒素ガス雰囲気下で−７８℃に冷却した。次いで、ブチルリチウムの２．５Ｍヘキサン溶液８ｍＬを滴下し、２時間攪拌した後、ジヨードエタン４．８ｇを添加し、室温に戻した。これにより得られた反応液から、エバポレータを用いて溶媒を留去し、得られた残留物をヘキサンに溶解した。そのヘキサン溶液をシリカゲルカラムに通した後に、ヘキサンを除去して、赤色固体の化合物１０（２．５ｇ）を得た。
【００３８】
［化合物１２の合成］
１．３ｇの化合物１０と、０．６ｇのパラトリメチルシリルジエチニルベンゼン（化合物１１）と、０．０７ｇのジクロロジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム、０．０２ｇのヨウ化銅をテトラヒドロフラン３０ｍＬに溶解させた。これにより得たテトラヒドロフラン溶液にトリエチルアミン１５ｍＬを添加し、７０℃に加熱し、一晩攪拌して、反応させた。
これにより得られた反応液から、エバポレータを用いて溶媒を留去し、得られた残留物をシリカゲルカラムに通し、精製して、赤色固体の化合物１２（０．６ｇ）を得た。
【００３９】
［化合物１３の合成］
化合物１２（０．８ｇ）の３０ｍＬのテトラヒドロフラン溶液に、０．１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液１ｍＬを添加し、６時間激しく攪拌して、反応させた。これにより得た反応液から、エバポレータを用いて溶媒を留去して、体積を当初の１／３程度にまで減らした後、水を１００ｍＬ添加した。これにより生成した沈殿物をろ別し、水で充分に洗浄した。その洗浄した沈殿物を塩化メチレンに再溶解し、シリカゲルカラムに通し、精製して、赤色固体の０．６ｇの化合物１３を得た。
【００４０】
［化合物９の合成］
２００ｍｇの化合物１３、１５０ｍｇの２，５−ジヨード−ｐ−ジヘキシロキシベンゼン（化合物１４）、ジクロロジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム２０ｍｇ、５ｍｇのヨウ化銅をテトラヒドロフラン３０ｍＬに溶解させた。さらに、トリエチルアミン１５ｍＬを添加し、６０℃に加熱し、４日間攪拌して反応させた。これにより得られた反応液に、図４に示す化合物１５を添加し、さらに２日間攪拌して反応させた。
これにより生成した沈殿物をろ別して除去し、エバポレータを用いて溶媒を留去した。得られた残留物をテトラヒドロフラン／アセトンで再沈殿させ、赤色固体の化合物９（２２０ｍｇ）を得た。
【００４１】
（実施例２）
本実施例は、図２に示す有機電界効果トランジスタ１を製造する例である。
本実施例では、厚さ３００ｎｍの酸化膜を有する直径４インチのシリコン（１００）ウェハを用いた。このウェハの酸化膜の部分がゲート絶縁層２０になり、未酸化の部分がゲート電極１０になる。
前記シリコンウェハの酸化膜の表面に、フォトリソグラフィにより、櫛型の電極構造を有するソース電極４０およびドレイン電極５０を形成した。ソース電極４０およびドレイン電極５０は、シリコン酸化膜側に設けられた厚さ１５ｎｍのチタンの層と、そのチタンの層の上に設けられた厚さ３５ｎｍの金の層とを有するものとした。また、櫛型電極間の距離は１μｍとした。
次いで、得られたソース電極４０およびドレイン電極５０を、まず純水で１５分間、次にアセトンで１５分間超音波洗浄した。次いで、ピラニア溶液（濃硫酸：３０質量％過酸化水素水＝４：１）中に１０分間浸漬し、さらに純水で洗浄し、真空乾燥させた。
次いで、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁層２０の表面を疎水性にするために、露出しているゲート絶縁層２０の表面を、ヘキサメチルジシラザンの蒸気に１０分間曝し、エタノール・アセトンで洗浄し、真空乾燥させて、シランカップリング処理した。
次いで、構造式（２）で表される化合物（ＸはＳＣＯＣＨ３）の０．５質量％トルエン溶液を調製し、その溶液を、露出しているゲート絶縁層２０、ソース電極４０およびドレイン電極５０の上に充分な量滴下した。次いで、５００回転／分で５秒間、２０００回転／分で３０秒間スピンコートした後、真空乾燥させて、厚さ約５００ｎｍの活性層３０を形成した。
このようにして、有機電界効果トランジスタ１を得た。
【００４２】
得られた有機電界効果トランジスタのトランジスタ特性を評価した。
図５に、ゲート電圧を−１０Ｖ，−２０Ｖ，−３０Ｖ，−４０Ｖ，−６０Ｖ，−８０Ｖ，−１００Ｖにした際の、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）とソース−ドレイン電圧（Ｖｓｄ）との関係を示す。図５より、活性層３０に含まれる半導体有機高分子はｐ型半導体として機能していることが判明した。
図６に、ソース−ドレイン電圧が−８０Ｖの際の、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）とゲート電圧（Ｖｇ）との関係を示す。図６より、オン・オフ比が約１０４であることが判明した。また、図６におけるＶｇが−８０Ｖ付近の傾きから求めたキャリア移動度は２．１×１０−５ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）であった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の有機半導体高分子を製造する方法の一例を示す図である。
【図２】本発明の有機電界効果トランジスタの第１の実施形態例および第３の実施形態例を示す断面図である。
【図３】本発明の有機電界効果トランジスタの第２の実施形態例および第４の実施形態例を示す断面図である。
【図４】実施例１での有機半導体高分子を製造する方法を示す図である。
【図５】実施例２での、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）とソース−ドレイン電圧（Ｖｓｄ）との関係を示すグラフである。
【図６】実施例２での、ソース−ドレイン電圧が−８０Ｖの際の、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）とゲート電圧（Ｖｇ）との関係を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１，２，３，４ 有機電界効果トランジスタ
１０ ゲート電極
２０ ゲート絶縁層
３０ 活性層
４０ ソース電極
５０ ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記構造式（１）で表される化合物の１種以上からなることを特徴とする有機半導体高分子。
【化１】
（構造式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は、各々独立して、水素原子、アルキル基、フェニル基のいずれかであり、Ｒ３，Ｒ４は、各々独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基であり、Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮであり、ｎは２以上の整数である。）
【請求項２】
ゲート電極と、該ゲート電極の一方の面に設けられたゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層の、ゲート電極と反対側に設けられた活性層と、該活性層を介して互いに接続されたソース電極およびドレイン電極とを備え、
前記活性層が、請求項１に記載の有機半導体高分子または下記構造式（２）で表される化合物の１種以上からなる有機半導体高分子を含有することを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【化２】
（構造式（２）中、Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮであり、ｎは２以上の整数である。）
【請求項３】
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁層の、ゲート電極と反対側の面に、互いに離間するように設けられ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に、前記活性層の少なくとも一部が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記活性層の、ゲート絶縁層と反対側の面に、互いに離間するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項１】
下記構造式（１）で表される化合物の１種以上からなることを特徴とする有機半導体高分子。
【化１】
（構造式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は、各々独立して、水素原子、アルキル基、フェニル基のいずれかであり、Ｒ３，Ｒ４は、各々独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基であり、Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮであり、ｎは２以上の整数である。）
【請求項２】
ゲート電極と、該ゲート電極の一方の面に設けられたゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層の、ゲート電極と反対側に設けられた活性層と、該活性層を介して互いに接続されたソース電極およびドレイン電極とを備え、
前記活性層が、請求項１に記載の有機半導体高分子または下記構造式（２）で表される化合物の１種以上からなる有機半導体高分子を含有することを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【化２】
（構造式（２）中、Ｘ１，Ｘ２は、各々独立して、ＳＣＯＣＨ３，ＣＯＯＣ２Ｈ５，ＣＮであり、ｎは２以上の整数である。）
【請求項３】
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁層の、ゲート電極と反対側の面に、互いに離間するように設けられ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に、前記活性層の少なくとも一部が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記活性層の、ゲート絶縁層と反対側の面に、互いに離間するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の有機電界効果トランジスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−８０６９４（Ｐ２０１０−８０６９４Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４７７７８（Ｐ２００８−２４７７７８）
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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