有機電界効果型トランジスタ
【課題】溶媒に可溶であり、所謂ウエット・プロセスによって成膜可能である有機半導体分子からチャネル形成領域が構成された有機電界効果型トランジスタを提供する。
【解決手段】有機電界効果型トランジスタは、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、チャネル形成領域１４及びソース／ドレイン領域１５から構成されており、チャネル形成領域１４は、４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成り、有機半導体分子を化学修飾する置換基は、好ましくは、電子吸引基である。
【解決手段】有機電界効果型トランジスタは、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、チャネル形成領域１４及びソース／ドレイン領域１５から構成されており、チャネル形成領域１４は、４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成り、有機半導体分子を化学修飾する置換基は、好ましくは、電子吸引基である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャネル形成領域が有機半導体分子から成る有機電界効果型トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの電子機器に用いられている薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor，ＴＦＴ）を含む電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）は、例えば、シリコン半導体基板あるいはシリコン半導体層に形成されたチャネル形成領域及びソース／ドレイン領域、シリコン半導体基板表面あるいはシリコン半導体層表面に形成されたＳｉＯ2から成るゲート絶縁層、並びに、ゲート絶縁層を介してチャネル形成領域に対向して設けられたゲート電極から構成されている。あるいは又、支持体上に形成されたゲート電極、ゲート電極上を含む支持体上に形成されたゲート絶縁層、並びに、ゲート絶縁層上に形成されたチャネル形成領域及びソース／ドレイン領域から構成されている。そして、これらの構造を有する電界効果型トランジスタの作製には、非常に高価な半導体製造装置が使用されており、製造コストの低減が強く要望されている。
【０００３】
そこで、近年、スピンコート法、印刷法、スプレー法に例示される真空技術を用いない方法に基づき製造が可能な有機半導体材料を用いたＦＥＴの研究、開発に注目が集まっており、その性能も実用化レベルまであと一歩というところまで到達している。
【０００４】
【非特許文献１】H. Klauk et al., J. Appl. Phys. 92, 5259 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現在、有機トランジスタのチャネル形成領域を構成する材料（有機半導体分子）として、縮合芳香族化合物である２，３，６，７−ジベンゾアントラセン（ペンタセンとも呼ばれる）が最良の性能を示すことが報告されている（例えば、H. Klauk et al., J. Appl. Phys. 92, 5259 (2002) 参照）。しかしながら、ペンタセンは溶媒に不溶であるが故に、トランジスタ作製のためには、高真空下でペンタセンを昇華させて支持体等の下地に蒸着させるというプロセスが必要であり、大型で高価な装置が必要とされる。従って、現在の所、シリコンを用いたＦＥＴを製造するプロセスと比較して、ペンタセンといった有機半導体分子を用いるメリットが少ない。
【０００６】
それ故、溶媒に可溶であり、スピンコート法、印刷法、スプレー法に例示される真空技術を用いない方法、即ち、所謂ウエット・プロセスに基づき形成、成膜が可能な有機半導体分子（有機半導体材料）であって、しかも、ペンタセンと同程度あるいはそれ以上の特性を有する有機半導体分子（有機半導体材料）が強く求められている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、溶媒に可溶であり、所謂ウエット・プロセスに基づき形成、成膜が可能である有機半導体分子（有機半導体材料）からチャネル形成領域が構成された有機電界効果型トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る有機電界効果型トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタである。
【０００９】
そして、本発明の第１の態様に係る有機電界効果型トランジスタにおいては、チャネル形成領域は、４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成ることを特徴とする。尚、有機半導体分子を化学修飾する置換基を、電子吸引基とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る有機電界効果型トランジスタにおいては、チャネル形成領域を構成する有機半導体分子が、
（Ａ）テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を有し、
（Ｂ）分子構造中央に位置する二重結合に対して非対称な構造を有し、且つ、
（Ｃ）末端の一方は、電子吸引基で置換されている、
ことを特徴とする。
【００１１】
テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格は、カルコゲン原子によって構成されており、一般に、カルコゲン原子とは、Ｏ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）、Ｐｏ（ポロニウム）を指すが、本明細書においては、カルコゲン原子とは、Ｏ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）及びＴｅ（テルル）から成る群から選択された１種類の原子であると定義する。
【００１２】
本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域を構成する有機半導体分子の電子吸引基で置換された末端と反対側の末端は、アルキル基で置換されていることが好ましい。あるいは又、電子吸引基で置換された末端と反対側の末端は、閉環構造であっても開環構造であってもよく、閉環構造である場合、五員環、ベンゼン環、七員環を例示することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（１）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第４の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（２）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第５の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（３）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第６の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（４）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第７の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（５）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第８の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（６）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第９の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（７）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第１０の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（８）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする。
【００１４】
ここで、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子（カルコゲン原子）であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子であり、Ｒ1，Ｒ2はアルキル基又は水素原子である。尚、Ｒ1とＲ2は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、異なる２種類の電子吸引基から有機半導体分子を構成することもできる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る有機電界効果型トランジスタ（以下、これらを総称して、単に、本発明の有機電界効果型トランジスタと呼ぶ場合がある）において、電子吸引基（電子説において共鳴効果や誘起効果によって相手から電子をひきつける原子団を指し、電子受容性基とも呼ばれる）は、シアノ基（−ＣＮ）、ニトロ基（−ＮＯ2）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）、チオシアン酸基（−Ｓ−Ｃ≡Ｎ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、カルボン酸アルキル基（−ＣＯＯＲ）、及び、フッ化アルキル基から成る群から選択された少なくとも１種類の置換基であることが好ましい。
【００２４】
上述した有機半導体分子は、一般的に、以下に示す合成経路Ａによって、極性基を持つ部位（図１の（１）〜（６）に示す極性基を持つ部位の合成経路を参照）と持たない部位（図２の（Ａ）〜（Ｈ）に示す極性基を持たない部位の合成経路を参照）とのクロスカップリング反応によって合成される。これらの組み合わせによって、非対称に極性基によって置換されたテトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を持つ６×８＝４８種の化合物を示すことができる。但し、ニトロ基を持つ分子に関しては、一般的に、以下に示す合成経路Ｂに基づき、クロスカップリング反応によって無置換体を合成した後に極性基を修飾する。
【００２５】
【００２６】
本発明の有機電界効果型トランジスタの構造として、具体的には、以下の４種類の構造を例示することができる。尚、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、チャネル形成領域の延在部をチャネル形成領域延在部と呼ぶ場合がある。
【００２７】
即ち、第１の構造を有する有機電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート／トップコンタクト型であり、
（ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（ｂ）ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層、
（ｃ）ゲート絶縁層上に形成されたチャネル形成領域及びチャネル形成領域延在部、並びに、
（ｄ）チャネル形成領域延在部上に形成されたソース／ドレイン電極、
を備えている。
【００２８】
また、第２の構造を有する有機電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型であり、
（ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（ｂ）ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層、
（ｃ）ゲート絶縁層上に形成されたソース／ドレイン電極、並びに、
（ｄ）ソース／ドレイン電極の間のゲート絶縁層の部分の上に形成されたチャネル形成領域、
を備えている。
【００２９】
更には、第３の構造を有する有機電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート／トップコンタクト型であり、
（ａ）支持体上に形成されたチャネル形成領域及びチャネル形成領域延在部、
（ｂ）チャネル形成領域延在部上に形成されたソース／ドレイン電極、
（ｃ）ソース／ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
【００３０】
また、第４の構造を有する有機電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型であり、
（ａ）支持体上に形成されたソース／ドレイン電極、
（ｂ）ソース／ドレイン電極の間の支持体の部分の上に形成されたチャネル形成領域、
（ｃ）チャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
【００３１】
本発明の有機電界効果型トランジスタにおいては、チャネル形成領域を、所謂ウエット・プロセスに基づき形成することが好ましい。ここで、ウエット・プロセスとして、スピンコート法；スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法といった各種印刷法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法；浸漬法；キャスティング法；及びスプレー法の内のいずれかを挙げることができる。場合によっては、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）に基づき、チャネル形成領域を形成することもできる。
【００３２】
また、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、ゲート絶縁層を構成する材料として、酸化ケイ素系材料、窒化ケイ素（ＳｉＮY）、Ａｌ2Ｏ3、金属酸化物高誘電絶縁膜にて例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミドにて例示される有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。尚、酸化ケイ素系材料として、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低誘電率ＳｉＯX系材料（例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ）を例示することができる。
【００３３】
ゲート絶縁層の形成方法として、上述した各種印刷法；上述した各種コーティング法；浸漬法；キャスティング法；スピンコート法；スプレー法；各種ＣＶＤ法；及び、各種ＰＶＤ法の内のいずれかを挙げることができる。ここで、ＰＶＤ法として、（ａ）電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着等の各種真空蒸着法、（ｂ）プラズマ蒸着法、（ｃ）２極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、バイアススパッタリング法等の各種スパッタリング法、（ｄ）ＤＣ(direct current)法、ＲＦ法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法を挙げることができる。
【００３４】
あるいは又、ゲート絶縁層は、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化することによって形成することができるし、ゲート電極の表面に酸化膜や窒化膜を成膜することで得ることもできる。ゲート電極の表面を酸化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、熱酸化法、Ｏ2プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。また、ゲート電極の表面を窒化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、Ｎ2プラズマを用いた窒化法を例示することができる。あるいは又、例えば、金（Ａｕ）からゲート電極を構成する場合、一端をメルカプト基で修飾された直鎖状炭化水素のように、ゲート電極と化学的に結合を形成し得る官能基を有する絶縁性分子によって、浸漬法等の方法で自己組織的にゲート電極表面を被覆することで、ゲート電極の表面にゲート絶縁層を形成することもできる。
【００３５】
更には、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、ゲート電極やソース／ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）を挙げることができるし、これらの元素を含む層の積層構造とすることもできる。更には、ゲート電極やソース／ドレイン電極を構成する材料として、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］といった有機材料を挙げることもできる。
【００３６】
ソース／ドレイン電極やゲート電極の形成方法として、これらを構成する材料にも依るが、スピンコート法；各種導電性ペーストや各種導電性高分子溶液を用いた上述の各種印刷法；上述した各種コーティング法；リフトオフ法；シャドウマスク法；電解メッキ法や無電解メッキ法あるいはこれらの組合せといったメッキ法；スプレー法；上述した各種のＰＶＤ法；及び、ＭＯＣＶＤ法を含む各種のＣＶＤ法の内のいずれか、あるいは、更には必要に応じてパターニング技術との組合せを挙げることができる。
【００３７】
本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、支持体として、各種のガラス基板や、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を挙げることができる。更には、支持体として、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）やポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ポリメタクリル酸メチル，ＰＭＭＡ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）に例示される高分子材料から構成されたプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板を挙げることができ、このような可撓性を有する高分子材料から構成された支持体を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への有機電界効果型トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。支持体として、その他、導電性基板（金等の金属、高配向性グラファイトから成る基板）を挙げることができる。また、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、有機電界効果型トランジスタの構成、構造によっては、有機電界効果型トランジスタが支持部材上に設けられている場合もあるが、このような場合における支持部材も上述した材料から構成することができる。
【００３８】
本発明の有機電界効果型トランジスタを、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体に多数の有機電界効果型トランジスタを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各有機電界効果型トランジスタを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。また、有機電界効果型トランジスタを樹脂にて封止してもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、チャネル形成領域は４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成り、あるいは又、チャネル形成領域を構成する有機半導体分子は、（Ａ）テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を有し、（Ｂ）分子構造中央に位置する二重結合に対して非対称な構造を有し、且つ、（Ｃ）末端の一方は、電子吸引基で置換されており、あるいは又、チャネル形成領域は、式（１）乃至式（８）の構造を有する有機半導体分子から成るが、係る有機半導体分子は、溶媒に対して高い溶解性を有しており、各種のウエット・プロセスに基づき有機電界効果型トランジスタのチャネル形成領域を容易に形成することが可能となる。
【００４０】
ところで、溶解性の向上のみを目的として有機半導体分子にアルキル鎖を導入した場合、有機半導体分子間における相互作用の次元性が低下したり、有機半導体分子間における相互作用の強度が弱められる。即ち、アルキル鎖を導入した場合、有機半導体分子の配列状態に乱れが生じる結果、例えば、有機半導体分子間におけるπ電子共役に低下が生じ、有機半導体分子の導電率が著しく低下する虞がある。然るに、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、極性が大きく、且つ、他の置換基との相互作用が可能であるような置換基を有機半導体分子を化学修飾する置換基（例えば、電子吸引基）として導入すれば、溶媒への溶解性を向上させることができるだけでなく、この置換基によって導入された分子自身の極性と下地との相互作用により、下地、例えば、ＳｉＯXや金属酸化物から成る極性を有する下地への濡れ性が向上する結果、成膜性が向上する。また、有機半導体分子の配列状態に乱れが生じることが無く、あるいは又、少ないので、例えば、有機半導体分子間におけるπ電子共役に低下が生じたり、有機半導体分子の導電率が著しく低下するといった現象が生じ難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００４２】
実施例１は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第３の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。即ち、実施例１の有機電界効果型トランジスタは、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、チャネル形成領域１４、及び、ソース／ドレイン電極１５から構成されており、より具体的には、図９の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すように、所謂ボトムゲート／トップコンタクト型の実施例１の有機電界効果型トランジスタは、
（ａ）支持体１０，１１上に形成され、金薄膜から成るゲート電極１２、
（ｂ）ゲート電極１２及び支持体１０，１１上に形成され、厚さ０．３μｍのＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３、
（ｃ）ゲート絶縁層１３上に形成され、厚さ０．１３μｍのチャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａ、並びに、
（ｄ）チャネル形成領域延在部１４Ａ上に形成され、厚さ０．１μｍの金薄膜から成るソース／ドレイン電極１５、
を備えている。尚、支持体１０，１１は、ガラス基板から成る基板１０、及び、その表面に形成されたＳｉＯ2から成る絶縁膜１１から構成されており、ゲート電極１２及びゲート絶縁層１３は、より具体的には、絶縁膜１１上に形成されている。
【００４３】
そして、チャネル形成領域１４は、４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成る。ここで、有機半導体分子を化学修飾する置換基は、電子吸引基である。尚、このようなチャネル形成領域１４の構成、構造は、後述する実施例２〜実施例９においても同様である。
【００４４】
あるいは又、チャネル形成領域１４を構成する有機半導体分子は、
（Ａ）テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を有し、
（Ｂ）分子構造中央に位置する二重結合に対して非対称な構造を有し、且つ、
（Ｃ）末端の一方は、電子吸引基で置換されている。
ここで、このようなチャネル形成領域１４の構成、構造は、後述する実施例２〜実施例９においても同様である。
【００４５】
あるいは又、チャネル形成領域１４は、式（１）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例１にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子であり、ＭＤＴ−ＤＣＭ−ＴＴＦと称される。
【００４６】
【００４７】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（１）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例１として、表３に示す。尚、永久双極子モーメントの計算は、ＭＯＰＡＣ（ＰＭ３）を用い、雰囲気を真空とした条件で行った。
【００４８】
電子吸引基Ｅｗがカルボン酸メチル（−ＣＯＯＭｅ）である実施例１における有機半導体分子は、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【００４９】
こうして得られた有機半導体分子、ＭＤＴ−ＤＣＭ−ＴＴＦのクロロホルムに対する溶解度は、２０ミリグラム／ミリリットル以上であった。また、こうして得られたＭＤＴ−ＤＣＭ−ＴＴＦのクロロホルム溶液を用いてスピンコート法といったコーティング法に基づき形成されたチャネル形成領域を有する有機電界効果型トランジスタのテスト品（図３の模式的な一部断面図を参照）の移動度は、４×１０-3ｃｍ2・Ｖ-1・秒-1であり、オン／オフ比は１０4以上であった。ここで、図３に示した有機電界効果型トランジスタのテスト品におけるゲート電極は、高濃度にドープされたシリコン半導体基板から成り、ゲート絶縁層は、シリコン半導体基板の表面を酸化して得られた厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2から成り、ソース／ドレイン電極は、Ｃｒから成る厚さ５ｎｍの密着層（図示せず）上に形成された厚さ５０ｎｍのＡｕ層から成る。尚、図３に示した有機電界効果型トランジスタのテスト品のゲート電圧を変化させたときのドレイン電圧とドレイン電流の関係を図４に示し、動作特性を図５に示す。また、有機電界効果型トランジスタのテスト品におけるチャネル形成領域の薄膜Ｘ線回折でおいては、図６に示すように、明瞭なピークが観測され、分子極性の存在によりスピンコートによってＳｉＯ2から成るゲート絶縁層上に自己組織的に配列した有機半導体膜が形成されていることが確認された。
【００５０】
以下、実施例１のボトムゲート／トップコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概要を説明する。
【００５１】
［工程−１００］
先ず、支持体（ガラス基板１０、及び、その表面にＳｉＯ2から成る絶縁膜１１が形成されている）上にゲート電極１２を形成する。具体的には、絶縁膜１１上に、ゲート電極１２を形成すべき部分が除去されたレジスト層（図示せず）を、リソグラフィ技術に基づき形成する。その後、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ゲート電極１２としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフトオフ法に基づき、ゲート電極１２を得ることができる。
【００５２】
［工程−１１０］
次に、ゲート電極１２を含む支持体（絶縁膜１１）上にゲート絶縁層１３を形成する。具体的には、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３を、スパッタリング法に基づきゲート電極１２及び絶縁膜１１上に形成する。ゲート絶縁層１３の成膜を行う際、ゲート電極１２の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極１２の取出部（図示せず）をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
【００５３】
［工程−１２０］
次に、ゲート絶縁層１３上に、チャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａを形成する。具体的には、先に説明した有機半導体分子から、スピンコート法といったウエット・プロセスに基づき、チャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａをゲート絶縁層１３上に形成することができる。
【００５４】
［工程−１３０］
その後、チャネル形成領域延在部１４Ａの上に、チャネル形成領域１４を挟むようにソース／ドレイン電極１５を形成する。具体的には、全面に、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ソース／ドレイン電極１５としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。こうして、図９の（Ａ）に示した構造を得ることができる。ソース／ドレイン電極１５の成膜を行う際、チャネル形成領域延在部１４Ａの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース／ドレイン電極１５をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
【００５５】
［工程−１４０］
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層（図示せず）を形成し、ソース／ドレイン電極１５の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース／ドレイン電極１５に接続された配線（図示せず）が絶縁層上に形成された、ボトムゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタを得ることができる。
【００５６】
尚、有機電界効果型トランジスタは、図９の（Ａ）に示した所謂ボトムゲート／トップコンタクト型に限定されず、その他、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型、所謂トップゲート／トップコンタクト型、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型とすることもできる。
【００５７】
図９の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示す、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタは、
（ａ）支持体１０，１１上に形成されたゲート電極１２、
（ｂ）ゲート電極１２及び支持体１０，１１上に形成されたゲート絶縁層１３、
（ｃ）ゲート絶縁層１３上に形成されたソース／ドレイン電極１５、並びに、
（ｄ）ソース／ドレイン電極１５の間のゲート絶縁層１３の部分の上に形成されたチャネル形成領域１４、
を備えている。
【００５８】
以下、ボトムゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概要を説明する。
【００５９】
［工程−２００］
先ず、［工程−１００］と同様にして、支持体（絶縁膜１１）上にゲート電極１２を形成した後、［工程−１１０］と同様にして、ゲート電極１２及び絶縁膜１１上にゲート絶縁層１３を形成する。
【００６０】
［工程−２１０］
次に、ゲート絶縁層１３の上に金（Ａｕ）層から成るソース／ドレイン電極１５を形成する。具体的には、ゲート絶縁層１３上に、ソース／ドレイン電極１５を形成すべき部分が除去されたレジスト層をリソグラフィ技術に基づき形成する。そして、［工程−１００］と同様にして、レジスト層及びゲート絶縁層１３上に、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ソース／ドレイン電極１５としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法にて成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフトオフ法に基づき、ソース／ドレイン電極１５を得ることができる。
【００６１】
［工程−２２０］
その後、［工程−１２０］と同様の方法に基づき、ソース／ドレイン電極１５の間のゲート絶縁層１３の部分の上にチャネル形成領域１４を形成する。こうして、図９の（Ｂ）に示した構造を得ることができる。
【００６２】
［工程−２３０］
最後に、［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、ボトムゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタを得ることができる。
【００６３】
図１０の（Ａ）に模式的な一部断面図を示す、所謂トップゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタは、
（ａ）支持体１０，１１上に形成されたチャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａ、
（ｂ）チャネル形成領域延在部１４Ａ上に形成されたソース／ドレイン電極１５、
（ｃ）ソース／ドレイン電極１５及びチャネル形成領域１４上に形成されたゲート絶縁層１３、並びに、
（ｄ）ゲート絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２、
を備えている。
【００６４】
以下、トップゲート／トップコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概要を説明する。
【００６５】
［工程−３００］
先ず、支持体（ガラス基板１０、及び、その表面にＳｉＯ2から成る絶縁膜１１が形成されている）上に、［工程−１２０］と同様の方法に基づき、チャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａを形成する。
【００６６】
［工程−３１０］
次いで、チャネル形成領域延在部１４Ａ上に、チャネル形成領域１４を挟むようにソース／ドレイン電極１５を形成する。具体的には、全面に、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ソース／ドレイン電極１５としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。ソース／ドレイン電極１５の成膜を行う際、チャネル形成領域延在部１４Ａの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース／ドレイン電極１５をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
【００６７】
［工程−３２０］
次いで、ソース／ドレイン電極１５及びチャネル形成領域１４上に、ゲート絶縁層１３を形成する。具体的には、ＰＶＡをスピンコーティング法にて全面に成膜することで、ゲート絶縁層１３を得ることができる。
【００６８】
［工程−３３０］
その後、ゲート絶縁層１３上にゲート電極１２を形成する。具体的には、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ゲート電極１２としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜する。こうして、図１０の（Ａ）に示した構造を得ることができる。ゲート電極１２の成膜を行う際、ゲート絶縁層１３の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極１２をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。最後に、［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、トップゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタを得ることができる。
【００６９】
図１０の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示す、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタは、
（ａ）支持体１０，１１上に形成されたソース／ドレイン電極１５、
（ｂ）ソース／ドレイン電極１５の間の支持体１０，１１の部分の上に形成されたチャネル形成領域１４、
（ｃ）チャネル形成領域１４上に形成されたゲート絶縁層１３、並びに、
（ｄ）ゲート絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２、
を備えている。
【００７０】
以下、トップゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概要を説明する。
【００７１】
［工程−４００］
先ず、支持体（ガラス基板１０、及び、その表面にＳｉＯ2から成る絶縁膜１１が形成されている）上に、ソース／ドレイン電極１５を形成する。具体的には、絶縁膜１１上に、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、ソース／ドレイン電極１５としての金（Ａｕ）層を真空蒸着法に基づき形成する。ソース／ドレイン電極１５の成膜を行う際、支持体（絶縁膜１１）の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース／ドレイン電極１５をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
【００７２】
［工程−４１０］
その後、ソース／ドレイン電極１５の間の支持体（絶縁膜１１）上に、［工程−１２０］と同様の方法に基づき、チャネル形成領域１４を形成する。実際には、ソース／ドレイン電極１５の上にチャネル形成領域延在部１４Ａが形成される。
【００７３】
［工程−４２０］
次に、ソース／ドレイン電極１５及びチャネル形成領域１４上に（実際には、チャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａ上に）、［工程−３２０］と同様にして、ゲート絶縁層１３を形成する。
【００７４】
［工程−４３０］
その後、［工程−３３０］と同様にして、ゲート絶縁層１３上にゲート電極１２を形成する。こうして、図１０の（Ｂ）に示した構造を得ることができる。最後に、［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、トップゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタを得ることができる。
【００７５】
尚、以下に説明する実施例２〜実施例９における有機電界効果型トランジスタも、ボトムゲート／トップコンタクト型、ボトムゲート／ボトムコンタクト型、トップゲート／トップコンタクト型、トップゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタのいずれかとすることができるし、上述した方法に基づき製造することができる。
【実施例２】
【００７６】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２にあっても、チャネル形成領域１４は、式（１）の構造を有する有機半導体分子（但し、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子であり、ＭＤＴ−ＤＣ−ＴＴＦと称される有機半導体分子）であり、実施例２にあっては、電子吸引基Ｅｗはシアノ基（−ＣＮ）である。このような有機半導体分子は、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【００７７】
このＭＤＴ−ＤＣ−ＴＴＦの単結晶Ｘ線構造解析を行い決定した結晶構造を図７に示し、結晶構造を基に計算したＨＯＭＯバンド構造を図８に示す。結晶学的データは、以下の表１のとおりである。結晶構造及びバンド構造から明らかなように、この物質は（００１）面内で２次元的なＨＯＭＯバンド構造を有している。
【００７８】
［表１］
晶系：単斜晶系 Ｐ２1／ｎ
ａ ＝ ８．７５７１（１５）Å
ｂ ＝ ５．７７９８（１０）Å
ｃ ＝２３．３１０（３） Å
β ＝９６．５７９（２）度
Ｖ ＝１１７２．０（３）Å3
Ｚ ＝４
Ｒ ＝０．０４８５２
【００７９】
尚、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき有機半導体分子を合成することもできるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき有機半導体分子を合成することもできるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき有機半導体分子を合成することもできるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき有機半導体分子を合成することもできる。
【実施例３】
【００８０】
実施例３は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第４の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【００８１】
実施例３にあっては、チャネル形成領域１４は、式（２）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例３にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【００８２】
【００８３】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（２）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例３として表３に示す。
【００８４】
実施例３における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例４】
【００８５】
実施例４は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第５の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【００８６】
実施例４にあっては、チャネル形成領域１４は、式（３）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例４にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【００８７】
【００８８】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（３）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例４として、表３に示す。
【００８９】
実施例４における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例５】
【００９０】
実施例５は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第６の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【００９１】
実施例５にあっては、チャネル形成領域１４は、式（４）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例５にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【００９２】
【００９３】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（４）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例５として、表３に示す。
【００９４】
実施例５における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例６】
【００９５】
実施例６は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第７の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【００９６】
実施例６にあっては、チャネル形成領域１４は、式（５）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例６にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【００９７】
【００９８】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（５）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例６として、表３に示す。
【００９９】
実施例６における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例７】
【０１００】
実施例７は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第８の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【０１０１】
実施例７にあっては、チャネル形成領域１４は、式（６）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例７にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【０１０２】
【０１０３】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（６）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例７として、表３に示す。
【０１０４】
実施例７における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例８】
【０１０５】
実施例８は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第９の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【０１０６】
実施例８にあっては、チャネル形成領域１４は、式（７）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例８にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ1」及び「Ｒ2」は、アルキル基ＣnＨ2n+1（より具体的には、メチル基）である。
【０１０７】
【０１０８】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（７）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例８として、表３に示す。
【０１０９】
実施例８における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例９】
【０１１０】
実施例９は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第１０の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【０１１１】
実施例９にあっては、チャネル形成領域１４は、式（８）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例９にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ1」及び「Ｒ2」は、アルキル基ＣnＨ2n+1（より具体的には、メチル基）である。
【０１１２】
【０１１３】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（８）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例９として、表３に示す。
【０１１４】
実施例９における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【０１１５】
［表２］
【０１１６】
［表３］
【０１１７】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。有機電界効果型トランジスタの構造や構成、製造条件、製造方法は例示であり、適宜変更することができる。本発明によって得られた有機電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体や支持部材に多数のＴＦＴを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各ＴＦＴを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、実施例において挙げた有機半導体物質を合成して得るための極性基を有する物質を例示した図である。
【図２】図２は、実施例において挙げた有機半導体物質を合成して得るための極性基を有していない物質を例示した図である。
【図３】図３は、実施例１における有機電界効果型トランジスタのテスト品の模式的な一部断面図である。
【図４】図４は、実施例１における有機電界効果型トランジスタのテスト品において、ゲート電圧を変化させたときのドレイン電圧とドレイン電流の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例１における有機電界効果型トランジスタのテスト品の動作特性を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例１における有機電界効果型トランジスタのテスト品におけるチャネル形成領域の薄膜Ｘ線回折の結果を示すチャートである。
【図７】図７に、実施例１におけるＭＤＴ−ＤＣ−ＴＴＦの単結晶Ｘ線構造解析を行い、決定した結晶構造を示す図である。
【図８】図８は、実施例１におけるＭＤＴ−ＤＣ−ＴＴＦの結晶構造を基に計算したＨＯＭＯバンド構造を示す図である。
【図９】図９の（Ａ）は、所謂ボトムゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図であり、図９の（Ｂ）は、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図である。
【図１０】図１０の（Ａ）は、所謂トップゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図であり、図１０の（Ｂ）は、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０・・・基板、１１・・・絶縁膜、１２・・・ゲート電極、１３・・・ゲート絶縁層１３、１４・・・チャネル形成領域、１４Ａ・・・チャネル形成領域延在部、１５・・・ソース／ドレイン電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャネル形成領域が有機半導体分子から成る有機電界効果型トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの電子機器に用いられている薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor，ＴＦＴ）を含む電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）は、例えば、シリコン半導体基板あるいはシリコン半導体層に形成されたチャネル形成領域及びソース／ドレイン領域、シリコン半導体基板表面あるいはシリコン半導体層表面に形成されたＳｉＯ2から成るゲート絶縁層、並びに、ゲート絶縁層を介してチャネル形成領域に対向して設けられたゲート電極から構成されている。あるいは又、支持体上に形成されたゲート電極、ゲート電極上を含む支持体上に形成されたゲート絶縁層、並びに、ゲート絶縁層上に形成されたチャネル形成領域及びソース／ドレイン領域から構成されている。そして、これらの構造を有する電界効果型トランジスタの作製には、非常に高価な半導体製造装置が使用されており、製造コストの低減が強く要望されている。
【０００３】
そこで、近年、スピンコート法、印刷法、スプレー法に例示される真空技術を用いない方法に基づき製造が可能な有機半導体材料を用いたＦＥＴの研究、開発に注目が集まっており、その性能も実用化レベルまであと一歩というところまで到達している。
【０００４】
【非特許文献１】H. Klauk et al., J. Appl. Phys. 92, 5259 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現在、有機トランジスタのチャネル形成領域を構成する材料（有機半導体分子）として、縮合芳香族化合物である２，３，６，７−ジベンゾアントラセン（ペンタセンとも呼ばれる）が最良の性能を示すことが報告されている（例えば、H. Klauk et al., J. Appl. Phys. 92, 5259 (2002) 参照）。しかしながら、ペンタセンは溶媒に不溶であるが故に、トランジスタ作製のためには、高真空下でペンタセンを昇華させて支持体等の下地に蒸着させるというプロセスが必要であり、大型で高価な装置が必要とされる。従って、現在の所、シリコンを用いたＦＥＴを製造するプロセスと比較して、ペンタセンといった有機半導体分子を用いるメリットが少ない。
【０００６】
それ故、溶媒に可溶であり、スピンコート法、印刷法、スプレー法に例示される真空技術を用いない方法、即ち、所謂ウエット・プロセスに基づき形成、成膜が可能な有機半導体分子（有機半導体材料）であって、しかも、ペンタセンと同程度あるいはそれ以上の特性を有する有機半導体分子（有機半導体材料）が強く求められている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、溶媒に可溶であり、所謂ウエット・プロセスに基づき形成、成膜が可能である有機半導体分子（有機半導体材料）からチャネル形成領域が構成された有機電界効果型トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る有機電界効果型トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタである。
【０００９】
そして、本発明の第１の態様に係る有機電界効果型トランジスタにおいては、チャネル形成領域は、４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成ることを特徴とする。尚、有機半導体分子を化学修飾する置換基を、電子吸引基とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る有機電界効果型トランジスタにおいては、チャネル形成領域を構成する有機半導体分子が、
（Ａ）テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を有し、
（Ｂ）分子構造中央に位置する二重結合に対して非対称な構造を有し、且つ、
（Ｃ）末端の一方は、電子吸引基で置換されている、
ことを特徴とする。
【００１１】
テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格は、カルコゲン原子によって構成されており、一般に、カルコゲン原子とは、Ｏ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）、Ｐｏ（ポロニウム）を指すが、本明細書においては、カルコゲン原子とは、Ｏ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）及びＴｅ（テルル）から成る群から選択された１種類の原子であると定義する。
【００１２】
本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域を構成する有機半導体分子の電子吸引基で置換された末端と反対側の末端は、アルキル基で置換されていることが好ましい。あるいは又、電子吸引基で置換された末端と反対側の末端は、閉環構造であっても開環構造であってもよく、閉環構造である場合、五員環、ベンゼン環、七員環を例示することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（１）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第４の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（２）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第５の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（３）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第６の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（４）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第７の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（５）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第８の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（６）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第９の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（７）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とし、
本発明の第１０の態様に係る有機電界効果型トランジスタにあっては、チャネル形成領域は、式（８）の構造を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする。
【００１４】
ここで、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子（カルコゲン原子）であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子であり、Ｒ1，Ｒ2はアルキル基又は水素原子である。尚、Ｒ1とＲ2は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、異なる２種類の電子吸引基から有機半導体分子を構成することもできる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る有機電界効果型トランジスタ（以下、これらを総称して、単に、本発明の有機電界効果型トランジスタと呼ぶ場合がある）において、電子吸引基（電子説において共鳴効果や誘起効果によって相手から電子をひきつける原子団を指し、電子受容性基とも呼ばれる）は、シアノ基（−ＣＮ）、ニトロ基（−ＮＯ2）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）、チオシアン酸基（−Ｓ−Ｃ≡Ｎ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、カルボン酸アルキル基（−ＣＯＯＲ）、及び、フッ化アルキル基から成る群から選択された少なくとも１種類の置換基であることが好ましい。
【００２４】
上述した有機半導体分子は、一般的に、以下に示す合成経路Ａによって、極性基を持つ部位（図１の（１）〜（６）に示す極性基を持つ部位の合成経路を参照）と持たない部位（図２の（Ａ）〜（Ｈ）に示す極性基を持たない部位の合成経路を参照）とのクロスカップリング反応によって合成される。これらの組み合わせによって、非対称に極性基によって置換されたテトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を持つ６×８＝４８種の化合物を示すことができる。但し、ニトロ基を持つ分子に関しては、一般的に、以下に示す合成経路Ｂに基づき、クロスカップリング反応によって無置換体を合成した後に極性基を修飾する。
【００２５】
【００２６】
本発明の有機電界効果型トランジスタの構造として、具体的には、以下の４種類の構造を例示することができる。尚、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、チャネル形成領域の延在部をチャネル形成領域延在部と呼ぶ場合がある。
【００２７】
即ち、第１の構造を有する有機電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート／トップコンタクト型であり、
（ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（ｂ）ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層、
（ｃ）ゲート絶縁層上に形成されたチャネル形成領域及びチャネル形成領域延在部、並びに、
（ｄ）チャネル形成領域延在部上に形成されたソース／ドレイン電極、
を備えている。
【００２８】
また、第２の構造を有する有機電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型であり、
（ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（ｂ）ゲート電極及び支持体上に形成されたゲート絶縁層、
（ｃ）ゲート絶縁層上に形成されたソース／ドレイン電極、並びに、
（ｄ）ソース／ドレイン電極の間のゲート絶縁層の部分の上に形成されたチャネル形成領域、
を備えている。
【００２９】
更には、第３の構造を有する有機電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート／トップコンタクト型であり、
（ａ）支持体上に形成されたチャネル形成領域及びチャネル形成領域延在部、
（ｂ）チャネル形成領域延在部上に形成されたソース／ドレイン電極、
（ｃ）ソース／ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
【００３０】
また、第４の構造を有する有機電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型であり、
（ａ）支持体上に形成されたソース／ドレイン電極、
（ｂ）ソース／ドレイン電極の間の支持体の部分の上に形成されたチャネル形成領域、
（ｃ）チャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
【００３１】
本発明の有機電界効果型トランジスタにおいては、チャネル形成領域を、所謂ウエット・プロセスに基づき形成することが好ましい。ここで、ウエット・プロセスとして、スピンコート法；スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法といった各種印刷法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法；浸漬法；キャスティング法；及びスプレー法の内のいずれかを挙げることができる。場合によっては、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）に基づき、チャネル形成領域を形成することもできる。
【００３２】
また、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、ゲート絶縁層を構成する材料として、酸化ケイ素系材料、窒化ケイ素（ＳｉＮY）、Ａｌ2Ｏ3、金属酸化物高誘電絶縁膜にて例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミドにて例示される有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。尚、酸化ケイ素系材料として、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低誘電率ＳｉＯX系材料（例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ）を例示することができる。
【００３３】
ゲート絶縁層の形成方法として、上述した各種印刷法；上述した各種コーティング法；浸漬法；キャスティング法；スピンコート法；スプレー法；各種ＣＶＤ法；及び、各種ＰＶＤ法の内のいずれかを挙げることができる。ここで、ＰＶＤ法として、（ａ）電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着等の各種真空蒸着法、（ｂ）プラズマ蒸着法、（ｃ）２極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、バイアススパッタリング法等の各種スパッタリング法、（ｄ）ＤＣ(direct current)法、ＲＦ法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法を挙げることができる。
【００３４】
あるいは又、ゲート絶縁層は、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化することによって形成することができるし、ゲート電極の表面に酸化膜や窒化膜を成膜することで得ることもできる。ゲート電極の表面を酸化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、熱酸化法、Ｏ2プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。また、ゲート電極の表面を窒化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、Ｎ2プラズマを用いた窒化法を例示することができる。あるいは又、例えば、金（Ａｕ）からゲート電極を構成する場合、一端をメルカプト基で修飾された直鎖状炭化水素のように、ゲート電極と化学的に結合を形成し得る官能基を有する絶縁性分子によって、浸漬法等の方法で自己組織的にゲート電極表面を被覆することで、ゲート電極の表面にゲート絶縁層を形成することもできる。
【００３５】
更には、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、ゲート電極やソース／ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）を挙げることができるし、これらの元素を含む層の積層構造とすることもできる。更には、ゲート電極やソース／ドレイン電極を構成する材料として、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］といった有機材料を挙げることもできる。
【００３６】
ソース／ドレイン電極やゲート電極の形成方法として、これらを構成する材料にも依るが、スピンコート法；各種導電性ペーストや各種導電性高分子溶液を用いた上述の各種印刷法；上述した各種コーティング法；リフトオフ法；シャドウマスク法；電解メッキ法や無電解メッキ法あるいはこれらの組合せといったメッキ法；スプレー法；上述した各種のＰＶＤ法；及び、ＭＯＣＶＤ法を含む各種のＣＶＤ法の内のいずれか、あるいは、更には必要に応じてパターニング技術との組合せを挙げることができる。
【００３７】
本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、支持体として、各種のガラス基板や、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を挙げることができる。更には、支持体として、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）やポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ポリメタクリル酸メチル，ＰＭＭＡ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）に例示される高分子材料から構成されたプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板を挙げることができ、このような可撓性を有する高分子材料から構成された支持体を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への有機電界効果型トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。支持体として、その他、導電性基板（金等の金属、高配向性グラファイトから成る基板）を挙げることができる。また、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、有機電界効果型トランジスタの構成、構造によっては、有機電界効果型トランジスタが支持部材上に設けられている場合もあるが、このような場合における支持部材も上述した材料から構成することができる。
【００３８】
本発明の有機電界効果型トランジスタを、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体に多数の有機電界効果型トランジスタを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各有機電界効果型トランジスタを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。また、有機電界効果型トランジスタを樹脂にて封止してもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、チャネル形成領域は４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成り、あるいは又、チャネル形成領域を構成する有機半導体分子は、（Ａ）テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を有し、（Ｂ）分子構造中央に位置する二重結合に対して非対称な構造を有し、且つ、（Ｃ）末端の一方は、電子吸引基で置換されており、あるいは又、チャネル形成領域は、式（１）乃至式（８）の構造を有する有機半導体分子から成るが、係る有機半導体分子は、溶媒に対して高い溶解性を有しており、各種のウエット・プロセスに基づき有機電界効果型トランジスタのチャネル形成領域を容易に形成することが可能となる。
【００４０】
ところで、溶解性の向上のみを目的として有機半導体分子にアルキル鎖を導入した場合、有機半導体分子間における相互作用の次元性が低下したり、有機半導体分子間における相互作用の強度が弱められる。即ち、アルキル鎖を導入した場合、有機半導体分子の配列状態に乱れが生じる結果、例えば、有機半導体分子間におけるπ電子共役に低下が生じ、有機半導体分子の導電率が著しく低下する虞がある。然るに、本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、極性が大きく、且つ、他の置換基との相互作用が可能であるような置換基を有機半導体分子を化学修飾する置換基（例えば、電子吸引基）として導入すれば、溶媒への溶解性を向上させることができるだけでなく、この置換基によって導入された分子自身の極性と下地との相互作用により、下地、例えば、ＳｉＯXや金属酸化物から成る極性を有する下地への濡れ性が向上する結果、成膜性が向上する。また、有機半導体分子の配列状態に乱れが生じることが無く、あるいは又、少ないので、例えば、有機半導体分子間におけるπ電子共役に低下が生じたり、有機半導体分子の導電率が著しく低下するといった現象が生じ難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００４２】
実施例１は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第３の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。即ち、実施例１の有機電界効果型トランジスタは、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、チャネル形成領域１４、及び、ソース／ドレイン電極１５から構成されており、より具体的には、図９の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すように、所謂ボトムゲート／トップコンタクト型の実施例１の有機電界効果型トランジスタは、
（ａ）支持体１０，１１上に形成され、金薄膜から成るゲート電極１２、
（ｂ）ゲート電極１２及び支持体１０，１１上に形成され、厚さ０．３μｍのＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３、
（ｃ）ゲート絶縁層１３上に形成され、厚さ０．１３μｍのチャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａ、並びに、
（ｄ）チャネル形成領域延在部１４Ａ上に形成され、厚さ０．１μｍの金薄膜から成るソース／ドレイン電極１５、
を備えている。尚、支持体１０，１１は、ガラス基板から成る基板１０、及び、その表面に形成されたＳｉＯ2から成る絶縁膜１１から構成されており、ゲート電極１２及びゲート絶縁層１３は、より具体的には、絶縁膜１１上に形成されている。
【００４３】
そして、チャネル形成領域１４は、４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成る。ここで、有機半導体分子を化学修飾する置換基は、電子吸引基である。尚、このようなチャネル形成領域１４の構成、構造は、後述する実施例２〜実施例９においても同様である。
【００４４】
あるいは又、チャネル形成領域１４を構成する有機半導体分子は、
（Ａ）テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を有し、
（Ｂ）分子構造中央に位置する二重結合に対して非対称な構造を有し、且つ、
（Ｃ）末端の一方は、電子吸引基で置換されている。
ここで、このようなチャネル形成領域１４の構成、構造は、後述する実施例２〜実施例９においても同様である。
【００４５】
あるいは又、チャネル形成領域１４は、式（１）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例１にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子であり、ＭＤＴ−ＤＣＭ−ＴＴＦと称される。
【００４６】
【００４７】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（１）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例１として、表３に示す。尚、永久双極子モーメントの計算は、ＭＯＰＡＣ（ＰＭ３）を用い、雰囲気を真空とした条件で行った。
【００４８】
電子吸引基Ｅｗがカルボン酸メチル（−ＣＯＯＭｅ）である実施例１における有機半導体分子は、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【００４９】
こうして得られた有機半導体分子、ＭＤＴ−ＤＣＭ−ＴＴＦのクロロホルムに対する溶解度は、２０ミリグラム／ミリリットル以上であった。また、こうして得られたＭＤＴ−ＤＣＭ−ＴＴＦのクロロホルム溶液を用いてスピンコート法といったコーティング法に基づき形成されたチャネル形成領域を有する有機電界効果型トランジスタのテスト品（図３の模式的な一部断面図を参照）の移動度は、４×１０-3ｃｍ2・Ｖ-1・秒-1であり、オン／オフ比は１０4以上であった。ここで、図３に示した有機電界効果型トランジスタのテスト品におけるゲート電極は、高濃度にドープされたシリコン半導体基板から成り、ゲート絶縁層は、シリコン半導体基板の表面を酸化して得られた厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2から成り、ソース／ドレイン電極は、Ｃｒから成る厚さ５ｎｍの密着層（図示せず）上に形成された厚さ５０ｎｍのＡｕ層から成る。尚、図３に示した有機電界効果型トランジスタのテスト品のゲート電圧を変化させたときのドレイン電圧とドレイン電流の関係を図４に示し、動作特性を図５に示す。また、有機電界効果型トランジスタのテスト品におけるチャネル形成領域の薄膜Ｘ線回折でおいては、図６に示すように、明瞭なピークが観測され、分子極性の存在によりスピンコートによってＳｉＯ2から成るゲート絶縁層上に自己組織的に配列した有機半導体膜が形成されていることが確認された。
【００５０】
以下、実施例１のボトムゲート／トップコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概要を説明する。
【００５１】
［工程−１００］
先ず、支持体（ガラス基板１０、及び、その表面にＳｉＯ2から成る絶縁膜１１が形成されている）上にゲート電極１２を形成する。具体的には、絶縁膜１１上に、ゲート電極１２を形成すべき部分が除去されたレジスト層（図示せず）を、リソグラフィ技術に基づき形成する。その後、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ゲート電極１２としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフトオフ法に基づき、ゲート電極１２を得ることができる。
【００５２】
［工程−１１０］
次に、ゲート電極１２を含む支持体（絶縁膜１１）上にゲート絶縁層１３を形成する。具体的には、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３を、スパッタリング法に基づきゲート電極１２及び絶縁膜１１上に形成する。ゲート絶縁層１３の成膜を行う際、ゲート電極１２の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極１２の取出部（図示せず）をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
【００５３】
［工程−１２０］
次に、ゲート絶縁層１３上に、チャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａを形成する。具体的には、先に説明した有機半導体分子から、スピンコート法といったウエット・プロセスに基づき、チャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａをゲート絶縁層１３上に形成することができる。
【００５４】
［工程−１３０］
その後、チャネル形成領域延在部１４Ａの上に、チャネル形成領域１４を挟むようにソース／ドレイン電極１５を形成する。具体的には、全面に、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ソース／ドレイン電極１５としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。こうして、図９の（Ａ）に示した構造を得ることができる。ソース／ドレイン電極１５の成膜を行う際、チャネル形成領域延在部１４Ａの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース／ドレイン電極１５をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
【００５５】
［工程−１４０］
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層（図示せず）を形成し、ソース／ドレイン電極１５の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース／ドレイン電極１５に接続された配線（図示せず）が絶縁層上に形成された、ボトムゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタを得ることができる。
【００５６】
尚、有機電界効果型トランジスタは、図９の（Ａ）に示した所謂ボトムゲート／トップコンタクト型に限定されず、その他、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型、所謂トップゲート／トップコンタクト型、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型とすることもできる。
【００５７】
図９の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示す、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタは、
（ａ）支持体１０，１１上に形成されたゲート電極１２、
（ｂ）ゲート電極１２及び支持体１０，１１上に形成されたゲート絶縁層１３、
（ｃ）ゲート絶縁層１３上に形成されたソース／ドレイン電極１５、並びに、
（ｄ）ソース／ドレイン電極１５の間のゲート絶縁層１３の部分の上に形成されたチャネル形成領域１４、
を備えている。
【００５８】
以下、ボトムゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概要を説明する。
【００５９】
［工程−２００］
先ず、［工程−１００］と同様にして、支持体（絶縁膜１１）上にゲート電極１２を形成した後、［工程−１１０］と同様にして、ゲート電極１２及び絶縁膜１１上にゲート絶縁層１３を形成する。
【００６０】
［工程−２１０］
次に、ゲート絶縁層１３の上に金（Ａｕ）層から成るソース／ドレイン電極１５を形成する。具体的には、ゲート絶縁層１３上に、ソース／ドレイン電極１５を形成すべき部分が除去されたレジスト層をリソグラフィ技術に基づき形成する。そして、［工程−１００］と同様にして、レジスト層及びゲート絶縁層１３上に、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ソース／ドレイン電極１５としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法にて成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフトオフ法に基づき、ソース／ドレイン電極１５を得ることができる。
【００６１】
［工程−２２０］
その後、［工程−１２０］と同様の方法に基づき、ソース／ドレイン電極１５の間のゲート絶縁層１３の部分の上にチャネル形成領域１４を形成する。こうして、図９の（Ｂ）に示した構造を得ることができる。
【００６２】
［工程−２３０］
最後に、［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、ボトムゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタを得ることができる。
【００６３】
図１０の（Ａ）に模式的な一部断面図を示す、所謂トップゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタは、
（ａ）支持体１０，１１上に形成されたチャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａ、
（ｂ）チャネル形成領域延在部１４Ａ上に形成されたソース／ドレイン電極１５、
（ｃ）ソース／ドレイン電極１５及びチャネル形成領域１４上に形成されたゲート絶縁層１３、並びに、
（ｄ）ゲート絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２、
を備えている。
【００６４】
以下、トップゲート／トップコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概要を説明する。
【００６５】
［工程−３００］
先ず、支持体（ガラス基板１０、及び、その表面にＳｉＯ2から成る絶縁膜１１が形成されている）上に、［工程−１２０］と同様の方法に基づき、チャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａを形成する。
【００６６】
［工程−３１０］
次いで、チャネル形成領域延在部１４Ａ上に、チャネル形成領域１４を挟むようにソース／ドレイン電極１５を形成する。具体的には、全面に、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ソース／ドレイン電極１５としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。ソース／ドレイン電極１５の成膜を行う際、チャネル形成領域延在部１４Ａの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース／ドレイン電極１５をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
【００６７】
［工程−３２０］
次いで、ソース／ドレイン電極１５及びチャネル形成領域１４上に、ゲート絶縁層１３を形成する。具体的には、ＰＶＡをスピンコーティング法にて全面に成膜することで、ゲート絶縁層１３を得ることができる。
【００６８】
［工程−３３０］
その後、ゲート絶縁層１３上にゲート電極１２を形成する。具体的には、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、及び、ゲート電極１２としての金（Ａｕ）層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜する。こうして、図１０の（Ａ）に示した構造を得ることができる。ゲート電極１２の成膜を行う際、ゲート絶縁層１３の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極１２をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。最後に、［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、トップゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタを得ることができる。
【００６９】
図１０の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示す、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタは、
（ａ）支持体１０，１１上に形成されたソース／ドレイン電極１５、
（ｂ）ソース／ドレイン電極１５の間の支持体１０，１１の部分の上に形成されたチャネル形成領域１４、
（ｃ）チャネル形成領域１４上に形成されたゲート絶縁層１３、並びに、
（ｄ）ゲート絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２、
を備えている。
【００７０】
以下、トップゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概要を説明する。
【００７１】
［工程−４００］
先ず、支持体（ガラス基板１０、及び、その表面にＳｉＯ2から成る絶縁膜１１が形成されている）上に、ソース／ドレイン電極１５を形成する。具体的には、絶縁膜１１上に、密着層としてのチタン（Ｔｉ）層（図示せず）、ソース／ドレイン電極１５としての金（Ａｕ）層を真空蒸着法に基づき形成する。ソース／ドレイン電極１５の成膜を行う際、支持体（絶縁膜１１）の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース／ドレイン電極１５をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。
【００７２】
［工程−４１０］
その後、ソース／ドレイン電極１５の間の支持体（絶縁膜１１）上に、［工程−１２０］と同様の方法に基づき、チャネル形成領域１４を形成する。実際には、ソース／ドレイン電極１５の上にチャネル形成領域延在部１４Ａが形成される。
【００７３】
［工程−４２０］
次に、ソース／ドレイン電極１５及びチャネル形成領域１４上に（実際には、チャネル形成領域１４及びチャネル形成領域延在部１４Ａ上に）、［工程−３２０］と同様にして、ゲート絶縁層１３を形成する。
【００７４】
［工程−４３０］
その後、［工程−３３０］と同様にして、ゲート絶縁層１３上にゲート電極１２を形成する。こうして、図１０の（Ｂ）に示した構造を得ることができる。最後に、［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、トップゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタを得ることができる。
【００７５】
尚、以下に説明する実施例２〜実施例９における有機電界効果型トランジスタも、ボトムゲート／トップコンタクト型、ボトムゲート／ボトムコンタクト型、トップゲート／トップコンタクト型、トップゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタのいずれかとすることができるし、上述した方法に基づき製造することができる。
【実施例２】
【００７６】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２にあっても、チャネル形成領域１４は、式（１）の構造を有する有機半導体分子（但し、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子であり、ＭＤＴ−ＤＣ−ＴＴＦと称される有機半導体分子）であり、実施例２にあっては、電子吸引基Ｅｗはシアノ基（−ＣＮ）である。このような有機半導体分子は、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【００７７】
このＭＤＴ−ＤＣ−ＴＴＦの単結晶Ｘ線構造解析を行い決定した結晶構造を図７に示し、結晶構造を基に計算したＨＯＭＯバンド構造を図８に示す。結晶学的データは、以下の表１のとおりである。結晶構造及びバンド構造から明らかなように、この物質は（００１）面内で２次元的なＨＯＭＯバンド構造を有している。
【００７８】
［表１］
晶系：単斜晶系 Ｐ２1／ｎ
ａ ＝ ８．７５７１（１５）Å
ｂ ＝ ５．７７９８（１０）Å
ｃ ＝２３．３１０（３） Å
β ＝９６．５７９（２）度
Ｖ ＝１１７２．０（３）Å3
Ｚ ＝４
Ｒ ＝０．０４８５２
【００７９】
尚、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき有機半導体分子を合成することもできるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき有機半導体分子を合成することもできるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき有機半導体分子を合成することもできるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｃ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき有機半導体分子を合成することもできる。
【実施例３】
【００８０】
実施例３は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第４の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【００８１】
実施例３にあっては、チャネル形成領域１４は、式（２）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例３にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【００８２】
【００８３】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（２）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例３として表３に示す。
【００８４】
実施例３における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｄ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例４】
【００８５】
実施例４は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第５の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【００８６】
実施例４にあっては、チャネル形成領域１４は、式（３）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例４にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【００８７】
【００８８】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（３）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例４として、表３に示す。
【００８９】
実施例４における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｅ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例５】
【００９０】
実施例５は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第６の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【００９１】
実施例５にあっては、チャネル形成領域１４は、式（４）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例５にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【００９２】
【００９３】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（４）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例５として、表３に示す。
【００９４】
実施例５における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｈ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例６】
【００９５】
実施例６は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第７の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【００９６】
実施例６にあっては、チャネル形成領域１４は、式（５）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例６にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【００９７】
【００９８】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（５）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例６として、表３に示す。
【００９９】
実施例６における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｆ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例７】
【０１００】
実施例７は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第８の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【０１０１】
実施例７にあっては、チャネル形成領域１４は、式（６）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例７にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ」は水素原子である。
【０１０２】
【０１０３】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（６）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例７として、表３に示す。
【０１０４】
実施例７における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｇ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例８】
【０１０５】
実施例８は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第９の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【０１０６】
実施例８にあっては、チャネル形成領域１４は、式（７）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例８にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ1」及び「Ｒ2」は、アルキル基ＣnＨ2n+1（より具体的には、メチル基）である。
【０１０７】
【０１０８】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（７）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例８として、表３に示す。
【０１０９】
実施例８における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ａ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【実施例９】
【０１１０】
実施例９は、本発明の第１の態様、第２の態様、及び、第１０の態様に係る有機電界効果型トランジスタに関する。
【０１１１】
実施例９にあっては、チャネル形成領域１４は、式（８）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成る。尚、実施例９にあっては、より具体的には、カルコゲン原子「Ｘ」は硫黄（Ｓ）原子であり、「Ｒ1」及び「Ｒ2」は、アルキル基ＣnＨ2n+1（より具体的には、メチル基）である。
【０１１２】
【０１１３】
種々の電子吸引基Ｅｗにおける永久双極子モーメントの計算結果を、表２に示す。また、参考のために、式（８）において、電子吸引基ＥｗをＣＨ3に置き換えた場合の、それぞれの永久双極子モーメントの計算結果を、比較例９として、表３に示す。
【０１１４】
実施例９における有機半導体分子は、図１の（１）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（２）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（３）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（４）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（５）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができるし、図１の（６）に示す合成経路を経て得られた物質と、図２の（Ｂ）に示す合成経路を経て得られた物質のクロスカップリング反応に基づき合成することができる。
【０１１５】
［表２］
【０１１６】
［表３］
【０１１７】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。有機電界効果型トランジスタの構造や構成、製造条件、製造方法は例示であり、適宜変更することができる。本発明によって得られた有機電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体や支持部材に多数のＴＦＴを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各ＴＦＴを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、実施例において挙げた有機半導体物質を合成して得るための極性基を有する物質を例示した図である。
【図２】図２は、実施例において挙げた有機半導体物質を合成して得るための極性基を有していない物質を例示した図である。
【図３】図３は、実施例１における有機電界効果型トランジスタのテスト品の模式的な一部断面図である。
【図４】図４は、実施例１における有機電界効果型トランジスタのテスト品において、ゲート電圧を変化させたときのドレイン電圧とドレイン電流の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例１における有機電界効果型トランジスタのテスト品の動作特性を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例１における有機電界効果型トランジスタのテスト品におけるチャネル形成領域の薄膜Ｘ線回折の結果を示すチャートである。
【図７】図７に、実施例１におけるＭＤＴ−ＤＣ−ＴＴＦの単結晶Ｘ線構造解析を行い、決定した結晶構造を示す図である。
【図８】図８は、実施例１におけるＭＤＴ−ＤＣ−ＴＴＦの結晶構造を基に計算したＨＯＭＯバンド構造を示す図である。
【図９】図９の（Ａ）は、所謂ボトムゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図であり、図９の（Ｂ）は、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図である。
【図１０】図１０の（Ａ）は、所謂トップゲート／トップコンタクト型の有機電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図であり、図１０の（Ｂ）は、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型の有機電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０・・・基板、１１・・・絶縁膜、１２・・・ゲート電極、１３・・・ゲート絶縁層１３、１４・・・チャネル形成領域、１４Ａ・・・チャネル形成領域延在部、１５・・・ソース／ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
有機半導体分子を化学修飾する置換基は、電子吸引基であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
電子吸引基は、シアノ基、ニトロ基、アルデヒド基、チオシアン酸基、カルボン酸基、カルボン酸アルキル基、及び、フッ化アルキル基から成る群から選択された少なくとも１種類の置換基であることを特徴とする請求項２に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域を構成する有機半導体分子は、
（Ａ）テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を有し、
（Ｂ）分子構造中央に位置する二重結合に対して非対称な構造を有し、且つ、
（Ｃ）末端の一方は、電子吸引基で置換されている、
ことを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
チャネル形成領域を構成する有機半導体分子の電子吸引基で置換された末端と反対側の末端は、アルキル基で置換されていることを特徴とする請求項４に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
電子吸引基は、シアノ基、ニトロ基、アルデヒド基、チオシアン酸基、カルボン酸基、カルボン酸アルキル基、及び、フッ化アルキル基から成る群から選択された少なくとも１種類の置換基であることを特徴とする請求項４に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（１）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（２）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（３）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（４）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（５）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（６）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１３】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（７）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒ1，Ｒ2はアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１４】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（８）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒ1，Ｒ2はアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１５】
電子吸引基は、電子吸引基は、シアノ基、ニトロ基、アルデヒド基、チオシアン酸基、カルボン酸基、カルボン酸アルキル基、及び、フッ化アルキル基から成る群から選択された少なくとも１種類の置換基であることを特徴とする請求項７乃至請求項１４のいずれか１項に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、４デバイ以上の永久双極子モーメントを有するように化学修飾された有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
有機半導体分子を化学修飾する置換基は、電子吸引基であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
電子吸引基は、シアノ基、ニトロ基、アルデヒド基、チオシアン酸基、カルボン酸基、カルボン酸アルキル基、及び、フッ化アルキル基から成る群から選択された少なくとも１種類の置換基であることを特徴とする請求項２に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域を構成する有機半導体分子は、
（Ａ）テトラ・カルコゲノ・フルバレン骨格を有し、
（Ｂ）分子構造中央に位置する二重結合に対して非対称な構造を有し、且つ、
（Ｃ）末端の一方は、電子吸引基で置換されている、
ことを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
チャネル形成領域を構成する有機半導体分子の電子吸引基で置換された末端と反対側の末端は、アルキル基で置換されていることを特徴とする請求項４に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
電子吸引基は、シアノ基、ニトロ基、アルデヒド基、チオシアン酸基、カルボン酸基、カルボン酸アルキル基、及び、フッ化アルキル基から成る群から選択された少なくとも１種類の置換基であることを特徴とする請求項４に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（１）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（２）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（３）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（４）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（５）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（６）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒはアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１３】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（７）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒ1，Ｒ2はアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１４】
ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース／ドレイン電極から構成された有機電界効果型トランジスタであって、
チャネル形成領域は、式（８）の構造（但し、Ｘは、硫黄原子、セレン原子、テルル原子及び酸素原子から成る群から選択された原子であり、Ｅｗは電子吸引基であり、Ｒ1，Ｒ2はアルキル基又は水素原子である）を有する有機半導体分子から成ることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
【請求項１５】
電子吸引基は、電子吸引基は、シアノ基、ニトロ基、アルデヒド基、チオシアン酸基、カルボン酸基、カルボン酸アルキル基、及び、フッ化アルキル基から成る群から選択された少なくとも１種類の置換基であることを特徴とする請求項７乃至請求項１４のいずれか１項に記載の有機電界効果型トランジスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２７８６９２（Ｐ２００６−２７８６９２Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９５２７６（Ｐ２００５−９５２７６）
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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