連結されたアリールアミンポリマおよびそれから作製された電子デバイス
【課題】安定性がありかつ溶液処理可能でもあり、また周囲酸素によってその性能に悪影響を及ぼさない半導体材料を含む電子デバイスを提供する。
【解決手段】式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含有する電子デバイスである。
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【解決手段】式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含有する電子デバイスである。
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府から委託された研究または開発に関する記述）
この電子デバイスおよびその特定の成分は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）により付与された米国政府共同契約番号７０ＮＡＮＢＯＨ３０３３によって補助されたものである。米国政府は、以下に示すデバイスおよび特定の半導体成分に関連する特定の権利を有する。
【０００２】
本開示は、一般に連結されたアリールアミンポリマおよびその使用を対象とする。より具体的には、実施形態において、本開示は、薄膜トランジスタなどの有機電子デバイスにおいて溶液処理性のある実質的に安定したチャンネル半導体として選択される、連結されたアリールアミンポリマの部類を対象とする。アリールアミンポリマはポリマ骨格について高い共平面性を有しており、したがって、高い結晶化度特性を有し、その結晶化度すなわち分子秩序が、例えば、優れた電荷キャリア移動度を可能にすると考えられ、また、酸素に曝露された場合、これらのポリマは安定であるとも考えられている。したがって、本明細書で開示の連結されたアリールアミンポリマは、有機薄膜トランジスタ回路用のｐ−チャンネル半導体として選択することができる。
【背景技術】
【０００３】
溶液処理が可能であり、そのデバイスが、プラスチック基板上に柔軟なＴＦＴを加工するのに望ましい高い結晶化度、機械的耐久性および構造的柔軟性を有する優れた溶媒溶解性を有する実質的に安定な連結されたアリールアミンポリマで加工された薄膜トランジスタ、ＴＦＴなどの電子デバイスが望まれている。また、スマートカード、無線ＩＣ（ＲＦＩＤ）タグおよびメモリ／ストレージ素子などの低価格マイクロエレクトロニクス用の集積回路論理素子のために連結されたアリールアミンポリマＴＦＴを選択することによって、機械的耐久性を向上させ、したがってその耐用年数を向上させることもできる。
【０００４】
それらが周囲酸素により酸化的にドーピングされ、導電性が増大する結果となるので、空気に曝露された場合、多くの半導体材料は安定でないと考えられている。これは、これらの材料から加工されたデバイスに、大きなオフ電流、したがって低い電流オン／オフ比をもたらす結果となる。したがって、これらの材料の多くについては、材料処理およびデバイス加工の際に、通常、環境酸素を排除するための厳密な予防措置を施して、酸化的ドーピングを回避するかまたはそれを最少化させる。これらの予防手段は製造コストを増大させ、したがって特に大面積デバイスのためのアモルファスシリコン技術に対するある種の半導体ＴＦＴの経済的代替策としての魅力を相殺することになる。また、空気中で安定なある種の既知のアリールアミン担持分子（aryl amine transport molecules）は、結晶化度が低いかまたは結晶性が劣っており、そうした成分が有機薄膜トランジスタとして選択された場合、低い電界効果移動度をもたらす結果となる。本開示の実施形態では、上記および他の欠点を回避または最少化する。
【０００５】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）用の半導体層として選択された場合、位置選択性ポリチオフェン類は、空気に対して敏感であり、酸素に曝露される、すなわち例えば空気中における光誘発の酸化的ドーピングに曝露されると不安定である。本開示の薄膜トランジスタでは、この欠点が回避または最少化される。
【０００６】
ペンタセン類およびヘテロアセン類どのアセン類は、ＴＦＴにおけるチャンネル半導体として用いられる場合、満足できる高い電界効果移動度を有することが知られている。しかし、この材料は、例えば、光線のもとでの大気酸素によって急速に酸化され、そうした成分は周囲条件下で処理可能であるとは考えられていない。さらに、ＴＦＴ用に選択した場合、アセン類は、薄膜形成特性が劣っており、実質的に不溶性であり、これらは本質的に溶液処理が不可能である。したがってそうした成分は、ほとんど真空蒸着法によって処理されており、その結果製造コストが高くなる。本明細書で示す連結されたアリールアミンポリマを用いて作製したＴＦＴでは、それは排除されるかまたは最少化される。
【０００７】
電界効果ＴＦＴで使用するための多くの有機半導体材料が記載されている。そうした材料には、ペンタセンなどの有機小分子（例えば、Ｄ．Ｊ．グントラッハ（Ｇｕｎｄｌａｃｈ）ら、「Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ−ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｉｔｙ」、ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．１８、８７頁（１９９７年）を参照）、セクシチオフェン類またはその変形体などのオリゴマ（例えば文献、Ｆ．ガルニエール（Ｇａｒｎｉｅｒ）ら、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ：Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ」、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、Ｖｏｌ．１１５、８７１６頁（１９９３年）を参照）、およびポリ（３−アルキルチオフェン）（例えば文献、Ｚ．バオら、「Ｓｏｌｕｂｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ） ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｍｏｂｉｌｉｔｙ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６９、４１０８頁（１９９６年）を参照）が含まれる。有機材料をベースとしたＴＦＴは一般に、シリコン結晶またはポリシリコン結晶ＴＦＴなどの従来のそのシリコン系対応物より低い性能特性をもたらすが、それでもこれらは、高い移動度が必要とされない分野の用途では十分に有用である。
【０００８】
【非特許文献１】Ｄ．Ｊ．グントラッハ（Ｇｕｎｄｌａｃｈ）ら、「Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ−ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｉｔｙ」、ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．１８、８７頁（１９９７年）
【非特許文献２】Ｆ．ガルニエール（Ｇａｒｎｉｅｒ）ら、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ：Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ」、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、Ｖｏｌ．１１５、８７１６頁（１９９３年）
【非特許文献３】Ｚ．バオら、「Ｓｏｌｕｂｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ） ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｍｏｂｉｌｉｔｙ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６９、４１０８頁（１９９６年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
多くの既知の小分子またはオリゴマをベースとしたＴＦＴデバイスは、加工のために困難な真空蒸着技術をあてにしている。真空蒸着は主に、これらの材料が不溶性であるか、あるいは、スピンコーティング、溶媒キャスト法またはスタンププリンティングによるその溶液プロセスが一般に均一な薄膜をもたらさないという理由で選択される。
【００１０】
さらに、真空蒸着は、大面積様式のための安定した薄膜品質を実現するのにも困難を伴う場合がある。溶液プロセスにより、例えば位置選択性ポリ（アルキルチオフェン−２，５−ジイル）の位置選択性成分から加工されたものなどのポリマＴＦＴは、いくらかの移動度はもたらすが、空気中で酸化的ドーピングを受けるという問題点がある。周囲条件でこれらの材料から加工されたＴＦＴは一般に、非常に大きなオフ電流、非常に低い電流オン／オフ比を示し、その性能特性は急速に低下すると考えられている。したがって、優れた特性を有する低コストのＴＦＴ設計のためには、安定性がありかつ溶液処理可能でもあり、また周囲酸素によってその性能に悪影響を及ぼされない半導体材料、例えば本明細書で示すアリールアミンポリマで作製されたＴＦＴを有することは非常に価値があることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含有する電子デバイスである。
【化１】
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【００１２】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが、１〜約３６個の炭素原子を有する炭化水素、１〜約３６個の炭素原子を有する基を含むヘテロ原子またはハロゲンから選択される少なくとも１つで任意選択で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであることが好ましい。
【００１３】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが、少なくとも１つの置換基で任意選択で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記炭化水素がメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであることが好ましい。
【００１４】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが少なくとも１つの炭化水素基で任意選択で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記炭化水素がフェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニルのアリールであることが好ましい。
【００１５】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが、置換基を有する少なくとも１つのヘテロ原子で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記置換基を有するヘテロ原子が、ニトロ、シアノ、１〜約１８個の炭素原子を有するアルコキシ、約３〜約３６個の炭素原子を有するトリアルキルシリル、及び約１８〜約３６個の炭素原子を有するトリアリールシリルであることが好ましい。
【００１６】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが、１、２またはそれ以上のハロゲンで置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記ハロゲンがフッ素、塩素、臭素、またはヨウ素であることが好ましい。
【００１７】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、１〜約３６個の炭素原子を有する炭化水素、１〜約３６個の炭素原子を有する基を含むヘテロ原子またはハロゲンから選択される少なくとも１つで任意選択で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであることが好ましい。
【００１８】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、少なくとも１つ、２つまたはそれ以上の炭化水素基で任意選択で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記炭化水素がメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであることが好ましい。
【００１９】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、少なくとも１つの炭化水素基で任意選択で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記炭化水素がフェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘキサデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニルのアリールであることが好ましい。
【００２０】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、置換基を有する少なくとも１つのヘテロ原子で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記置換基を有するヘテロ原子が、ニトロ、シアノ、１〜約１８個の炭素原子を有するアルコキシ、約３〜約３６個の炭素原子を有するトリアルキルシリル、及び約１８〜約３６個の炭素原子を有するトリアリールシリルであることが好ましい。
【００２１】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、少なくとも１つのハロゲンで置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記ハロゲンがフッ素、塩素、臭素、またはヨウ素であることが好ましい。
【００２２】
また、前記電子デバイスにおいて、ｎが約２〜約５，０００であることが好ましい。
【００２３】
また、前記電子デバイスにおいて、Ｘがイオウ、酸素、セレンおよびＮＲ’（Ｒ’およびＲ’’はアルキルである）の少なくとも１つであることが好ましい。
【００２４】
また、前記電子デバイスにおいて、Ｒ’がアリールであることが好ましい。
【００２５】
また、前記電子デバイスにおいて、ＸがＳｉＲ’’２であり、Ｒ’’がアルキルであることが好ましい。
【００２６】
また、前記電子デバイスにおいて、Ｒ’’がアリールであることが好ましい。
【００２７】
また、前記電子デバイスにおいて、ＸがＣＨ２であることが好ましい。
【００２８】
また、前記電子デバイスにおいて、ｍが１〜約３であることが好ましい。
【００２９】
また、前記電子デバイスにおいて、ｍが１であることが好ましい。
【００３０】
また、本発明は、基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、前記ソース及び／又はドレイン電極およびゲート誘電体層と接触している式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体層とを含む薄膜トランジスタである。
【化２】
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【００３１】
また、前記薄膜トランジスタにおいて、前記連結されたアリールアミンポリマが以下の式で表されることが好ましい。
【００３２】
【化３】
（１）
【００３３】
【化４】
（２）
【００３４】
【化５】
（３）
【００３５】
【化６】
（４）
【００３６】
【化７】
（５）
【００３７】
【化８】
（６）
【００３８】
【化９】
（７）
【００３９】
【化１０】
（８）
【００４０】
【化１１】
（９）
【００４１】
【化１２】
（１０）
【００４２】
【化１３】
（１１）
【００４３】
【化１４】
（１２）
【００４４】
【化１５】
（１３）
【００４５】
【化１６】
（１４）
【００４６】
【化１７】
（１５）
【００４７】
【化１８】
（１６）
【００４８】
【化１９】
（１７）
【００４９】
【化２０】
（１８）
【００５０】
【化２１】
（１９）
（式中、ＲおよびＲ’はメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであり、ｎはポリマ中の約２〜約５，０００の反復単位の数である。）
【００５１】
また、前記薄膜トランジスタにおいて、Ｒがメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであり、ｎはポリマ中の約１０〜約１００であることが好ましい。
【００５２】
また、前記薄膜トランジスタにおいて、Ｒが水素、アルキル、アリール、置換アルキル、または置換アリールであることが好ましい。
【００５３】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールアミンポリマが、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）およびポリ（１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）の少なくとも１つであることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本開示の様々な代表的実施形態を図１から図４に示す。ここで、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）またはポリ（１０（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）などの連結されたアリールアミンポリマが薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）構造体におけるチャンネルまたは半導体材料として選択されている。
【００５５】
本開示の特徴は、ＴＦＴデバイスなどのマイクロエレクトロニクスデバイスの用途に有用な半導体である連結されたアリールアミンポリマを提供することである。
【００５６】
本開示の他の特徴は、その薄膜の吸収スペクトルで測定して約２ｅＶ〜約４ｅＶ（電子ボルト）、より具体的には約１．５〜約３．５ｅＶの適切なバンドギャップを有し、ＴＦＴ半導体チャンネル層材料として用いるのに適した連結されたアリールアミンポリマを提供することである。
【００５７】
本開示の他の特徴では、マイクロエレクトロニクス成分として選択することができる連結されたアリールアミンポリマであって、塩化メチレン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン等の一般的な有機溶媒に優れた溶解性を有し、したがって、これらの成分が、スピンコーティング、スクリーンプリンティング、スタンププリンティング、ディップコーティング、溶媒キャスト法、ジェットプリンティング等の溶液プロセスによって経済的に加工することができる連結されたアリールアミンポリマを提供する。
【００５８】
また、本開示のさらに他の特徴では、新規な連結されたアリールアミンポリマおよびそのデバイスであって、そのデバイスが酸素の悪影響に対して高い抵抗性を示し、そのアリールアミンがＳ、Ｏ、Ｃ、Ｓｉ等と結合した２つのＮ−アリール環などの複数のＮ−アリール環を有し、これらのデバイスが、比較的高い電流オン／オフ比を示し、その性能が、位置選択性ポリ（３−アルキルチオフェン−３，５−ジイル）またはアセン類で加工された類似のデバイスほど急速には実質的に低下しないデバイスを提供する。
【００５９】
より具体的には、本開示は式（Ｉ）
【化２２】
（Ｉ）
で示されるかまたは包含される連結されたアリールアミンポリマに関する。より具体的には、ｍはＸ成分の数を表し、１〜約５の数であってよく、ｎは重合度を表し、約２〜約５，０００、約１００〜約５００、または約１０〜約２０、約１０〜約２００または約２０〜約１００などの約２以上の数であってよく、Ｘはヘテロ原子、ヘテロ原子含有基、適切な炭化水素、ＮＲ’またはＳｉＲ’’（Ｒ’およびＲ’’は炭化水素などの適切な成分を表す）などの適切な成分を表す。
【００６０】
実施形態では、連結されたアリールアミンポリマの例は、上記式（１）〜（１９）で表される。
（式中、ＲおよびＲ’はアルキルまたはアリールなどの適切な炭化水素であり、ｎは約２〜約５，０００の数を表す。）
【００６１】
実施形態では、例えば以下の反応スキーム（スキーム１）による連結されたアリールアミンポリマの調製方法を開示する。より具体的には、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）（１ａ）およびポリ（１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）（１ｂ）などのポリ（１０−（４−置換フェニル）フェノチアジン）（１）を調製するために、モノマ反応物としてフェノチアジン（Ｘはイオウ原子であり、ｍは１に等しい）を選択する。より具体的には、１，２−ジクロロベンゼンの還流下で、触媒量の１８−クラウン−６エーテル（１８−Ｃ−６）の存在下、銅を用いて、フェノチアジン（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能）を１−ヨード−４−オクチルベンゼンおよび１−デシルオキシ−４−ヨードベンゼンとそれぞれ反応させて、１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジンおよび１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジンを調製することができる。続いて、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）中、室温（２０℃〜２５℃）で、１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジンと１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジンをそれぞれ、２モル当量のＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）で臭素化して、３，７−ジブロモ−１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジンと３，７−ジブロモ−１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジンを調製する。Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド中、８０℃などの高温で、塩化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＣｌ２）、トリフェニルホスフィン（ＰＰｈ３）および２，２’−ジピリジルの存在下、亜鉛を用いて、３，７−ジブロモ−１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジンまたは３，７−ジブロモ−１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジンを重合して、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）（１ａ）またはポリ（１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）（１ｂ）をそれぞれ生成する。
【００６２】
スキーム１−連結されたアリールアミンポリマの合成
【化２３】
【００６３】
アリールの例には、約６〜約５０個、約６〜約３６個または約６〜約１８個の炭素原子を含む成分が含まれる。アリールの例はフェニル、ナフチル、アントリル等であり、具体的に述べなかったものも含めてそのアリールは、アルキルなどの炭化水素、ヘテロ含有基、ハロゲン等の多くの適切な周知の基で置換されていてよい。
【００６４】
具体的なヘテロ原子含有基は周知であり、例えば、ポリエーテル類、トリアルキルシリル類、ヘテロアリール類等、より具体的には、チエニル、フリルおよびピリジアリールを含む。ヘテロ成分は、イオウ、酸素、窒素、ケイ素、セレン等の複数の周知の原子から選択することができる。ヘテロ原子またはヘテロアリールを含むヘテロ原子含有成分の例には、ＣＮ、チアゾリル、チエニル、フリル、ピリジル、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリブチルシリル、トリペンチルシリル、トリヘキシルシリル、トリフェニルシリル、トリトリルシリル、トリ（エチルフェニル）シリル、トリ（プロピルフェニル）シリル、トリ（ブチルフェニル）シリル、トリ（ペンチルフェニル）シリル、トリ（ヘキシルフェニル）シリル、トリ（ヘプチルフェニル）シリル、トリ（オクチルフェニル）シリル、トリ（ノニルフェニル）シリル、トリ（デシルフェニル）シリル、トリ（ドデシルフェニル）シリル、その異性体および混合物が含まれる。
【００６５】
１〜約５０個、１〜約３６個、アリールについて６〜約４８個の炭素原子を含むことができる炭化水素の例には、例えば置換アルキルおよび置換アリールなどの置換炭化水素を含む本明細書で示すアルキル、アリール等が含まれる。
【００６６】
ＲおよびＲ’の例には、水素、例えば、約１〜約１２個、約１〜約１８個（範囲内の数、例えば４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７および１８はすべて含まれる）の炭素原子を含む約１〜約３０個の炭素原子を有するアルキル、例えばブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシルまたはエイコサニル等；約６〜約４８個の炭素原子、約６〜約３６個の炭素原子、約６〜約２４個の炭素原子を有するアリール、例えばチエニル、フェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘキサデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニル等ならびに置換アルキルおよび置換アリールが含まれる。
【００６７】
本開示の態様は、連結されたアリールアミンポリマを含む電子デバイス；
【００６８】
基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース／ドレイン電極およびゲート誘電体層と接触している、本明細書で示す連結されたアリールアミンポリマを含む半導体層とを含む薄膜トランジスタであるデバイス；
【００６９】
式（Ｉ）の連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含む電子デバイス（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す）；
【００７０】
前記ヘテロアリールが、１〜約３６個の炭素原子を有する炭化水素、１〜約３６個の炭素原子を有するヘテロ含有基またはハロゲンの少なくとも１つの基で任意選択で置換されている、チエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであるデバイス；
【００７１】
前記ヘテロアリールが、少なくとも１つの炭化水素基で任意選択で置換されており、かつその炭化水素がフェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニルのアリールであるチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであるデバイス；
【００７２】
基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース／ドレイン電極およびゲート誘電体層と接触している式（Ｉ）の連結されたアリールアミンポリマを含む半導体層とを含む薄膜トランジスタ（式中、Ａｒは適切な炭化水素であり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’、またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）；
【００７３】
連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含有する電子デバイスであって、前記デバイスが薄膜トランジスタであり、前記連結されたアリールアミンポリマが上記式（１）〜（１９）からなる群から選択されるデバイス（式中、Ｒはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルまたはアリールであり、ｎはポリマ中の約２〜約５，０００の反復単位の数である。）；
【００７４】
上記式（Ｉ）のポリマ；
【００７５】
上記式（１）〜（１２）の連結したアリールポリマの層を含む薄膜トランジスタなどの電子デバイス（式中、Ｒはアルキルアリール等であり、Ｒ’およびＲ’’はアルキルまたはアリール等であり、ｎは反復ポリマ単位の数を表す。）；
【００７６】
基板がポリエステル、ポリカーボネートまたはポリイミドのプラスチックシートであり、ゲート、ソースおよびドレイン電極がそれぞれ独立に、銀、金、ニッケル、アルミニウム、クロム、白金、インジウムチタン酸化物または導電性ポリマを含み、ゲート誘電体が窒化ケイ素または酸化ケイ素を含む誘電体層であるＴＦＴデバイス；
【００７７】
基板がガラスまたはプラスチックのシートであり、前記ゲート、ソースおよびドレイン電極がそれぞれ金を含み、ゲート誘電体層が有機ポリマであるポリ（メタクリレート）またはポリ（ビニルフェノール）を含むＴＦＴデバイス；
【００７８】
ポリ（３−アルキニルチオフェン）層が、スピンコーティング、スタンププリンティング、スクリーンプリンティングまたはジェットプリンティングの溶液プロセスによって形成されるデバイス；
【００７９】
ゲート、ソースおよびドレイン電極、ゲート誘電体ならびに半導体層が、スピンコーティング、溶媒キャスト法、スタンププリンティング、スクリーンプリンティングまたはジェットプリンティングの溶液プロセスによって形成されるデバイス；
【００８０】
ならびに、基板がポリエステル、ポリカーボネートまたはポリイミドのプラスチックシートであり、ゲート、ソースおよびドレイン電極が、有機導電性ポリマであるポリスチレンスルホネート−ドーピングされたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）か、またはポリマバインダ中のコロイダルシルバーディスパージョンを含む導電性インク／ペースト化合物から加工され、ゲート誘電体層が有機ポリマまたは無機酸化物粒子−ポリマ複合材であるＴＦＴデバイスに関し、１つまたは複数のデバイスはＴＦＴなどの電子デバイスを含む。
【００８１】
図１は、基板１６、それと接触している金属接点１８（ゲート電極）および絶縁用誘電体層１４の層を含むＴＦＴ構造体１０であって、そのゲート電極の一部またはゲート全体が誘電体層１４と接触しており、その層１４の頂部に２つの金属接点２０および２２（ソースおよびドレイン電極）が固着されているＴＦＴ構造体の概略を示す図である。金属接点２０および２２の上およびその間に、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）（１ａ）またはポリ（１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）（１ｂ）の連結されたアリールアミンポリマ層１２が存在する。ゲート電極は、基板や誘電体層等の中に完全に含めることができる。
【００８２】
図２は、基板３６と、ゲート電極３８と、ソース電極４０と、ドレイン電極４２と、絶縁用誘電体層３４と、連結されたアリールアミンポリマ半導体層３２とを含む他のＴＦＴ構造体３０の概略を示す図である。
【００８３】
図３は、ゲート電極として動作できる高度にｎ−ドーピングされたシリコンウエハ５６と、熱的に成長した酸化ケイ素誘電体層５４と、連結されたアリールアミンポリマ半導体層５２と、その頂部に固着されたソース電極６０と、ドレイン電極６２と、ゲート電極接点６４とを含む他のＴＦＴ構造体５０の概略を示す図である。
【００８４】
図４は、基板７６と、ゲート電極７８と、ソース電極８０と、ドレイン電極８２と、連結されたアリールアミンポリマ半導体層７２と、絶縁用誘電体層７４とを含むＴＦＴ構造体７０の概略を示す図である。
【００８５】
本開示のいくつかの実施形態では、任意選択の保護層を、図１、図２、図３および図４のトランジスタ構造体のそれぞれの頂部に組み込むことができる。図４のＴＦＴ構造体では、絶縁用誘電体層７４は保護層として機能することもできる。
【００８６】
実施形態において、さらに本開示および図を参照して、基板層は一般に、目的の用途に応じて適切な様々な形態のシリコン、ガラス板、プラスチックフィルムまたはシート等を含むシリコン材料であってよい。構造的に柔軟なデバイスのためには、例えばポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドシート等のプラスチック基板を選択することができる。基板の厚さは、例えば約１０ミクロン〜１０ｍｍ超であってよく、特に柔軟なプラスチック基板のためには具体的な厚さは約５０〜約１００ミクロンであり、ガラスまたはシリコンなどの剛性の基板のためには約１〜約１０ｍｍであってよい。
【００８７】
ソースおよびドレイン電極からゲート電極を隔てさせることができ、かつ半導体層と接触している絶縁用誘電体層は、一般に、無機材料フィルム、有機ポリマフィルムまたは有機−無機複合膜であってよい。誘電体層の厚さは、例えば約１０ナノメータ〜約１ミクロンであり、より具体的な厚さは約１００ナノメータ〜約５００ナノメータである。誘電体層に適した無機材料の例には、酸化ケイ素等の無機酸化物、窒化ケイ素等の無機窒化物、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム等が含まれ、誘電体層用の有機ポリマの例には、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリ（ビニルフェノール）、ポリイミド類、ポリスチレン、ポリ（メタクリレート）類、ポリ（アクリレート）類、エポキシ樹脂等が含まれ、無機−有機複合材料の例には、ポリエステル、ポリイミド、エポキシ樹脂等のポリマ中に分散されたナノサイズの金属酸化物粒子が含まれる。絶縁用誘電体層は一般に、使用する誘電体の誘電定数に応じて約５０ナノメータ〜約５００ナノメータの厚さのものである。より具体的には、誘電体は、例えば少なくとも約３の誘電定数を有し、したがって適切な約３００ナノメータの誘電体厚さは、例えば約１０−９〜約１０−７Ｆ／ｃｍ２の望ましい電気容量を提供することができる。
【００８８】
例えば、誘電体層と、ソース／ドレイン電極との間にあり、かつそれらに接触して位置して、本明細書で示す連結されたアリールアミンポリマを含むアクティブ半導体層が配置されており、この層の厚さは通常、例えば約１０ナノメータ〜約１μｍまたは約４０〜約１００ナノメータである。この層は一般に、溶液プロセスによって加工することができる。
【００８９】
ゲート電極は、薄い金属フィルム、導電性ポリマフィルム、導電性インクまたはペーストで作製された導電性フィルムまたは基板自体（例えば高度にドーピングされたシリコン）であってよい。ゲート電極材料の例には、これらに限定されないが、アルミニウム、金、クロム、インジウムスズ酸化物、ポリスチレンスルホネート−ドーピングされたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＳＳ／ＰＥＤＯＴ）などの導電性ポリマ、Ａｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＥｌｅｃｔｒｏｄａｇなどの、ポリマバインダ中に含まれたカーボンブラック／グラファイトまたはコロイダルシルバーディスパージョンを含む導電性インク／ペースト、ならびにＮｏｅｌｌｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ等から入手可能な銀を充てんした導電性熱可塑性インクが含まれる。ゲート層は、金属または導電性金属酸化物の蒸着、スパッタリング、導電性ポリマ溶液または導電性インクからのコーティング、あるいはスピンコーティング、キャスティングまたはプリンティングによる分散によって作製することができる。ゲート電極層の厚さは、例えば約１０ナノメータ〜約１０ミクロンであり、具体的な厚さは、金属フィルムについては例えば約１０〜約２００ナノメータであり、ポリマ導体については約１〜約１０ミクロンである。
【００９０】
ソース電極層およびドレイン電極層は、半導体層に抵抗性の低いオーム接触を提供する材料から加工することができる。ソース電極およびドレイン電極としての使用に適した一般的な材料には、金、ニッケル、アルミニウム、白金、導電性ポリマおよび導電性インクなどのゲート電極材料からなるものが含まれる。この層の一般的な厚さは約、例えば約４０ナノメータ〜約１ミクロンであり、より具体的な厚さは約１００〜約４００ナノメータである。ＴＦＴデバイスは幅Ｗと長さＬを有する半導体チャンネルを含む。半導体チャンネル幅は、例えば約１０ミクロン〜約５ｍｍであってよく、より具体的なチャンネル幅は約１００ミクロン〜約１ｍｍであってよい。半導体チャンネル長さは、例えば約１ミクロン〜約１ｍｍであってよく、より具体的なチャンネル長さは約５ミクロン〜約１００ミクロンであってよい。
【００９１】
一般に約＋１０ボルト〜約−８０ボルトの電圧をゲート電極に印加する場合、ソース電極は接地され、一般に、例えば約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半導体チャンネル間に担持された電荷担体を集める。
【００９２】
本明細書で説明しなかった他の既知の材料も、本開示のＴＦＴデバイスの様々な成分のために、実施形態において選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施形態に係るＴＦＴ構造体の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る他のＴＦＴ構造体の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る他のＴＦＴ構造体の概略を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る他のＴＦＴ構造体の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０，３０，５０，７０ ＴＦＴ構造体、１２，３２，５２，７２ 連結されたアリールアミンポリマ層、１４，３４，７４ 絶縁用誘電体層、１６，３６，７６ 基板、１８，３８，７８ ゲート電極、２０，２２ 金属接点、４０，６０，８０ ソース電極、４２，６２，８２ ドレイン電極、５４ 誘電体層、５６ シリコンウエハ、６４ ゲート電極接点。
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府から委託された研究または開発に関する記述）
この電子デバイスおよびその特定の成分は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）により付与された米国政府共同契約番号７０ＮＡＮＢＯＨ３０３３によって補助されたものである。米国政府は、以下に示すデバイスおよび特定の半導体成分に関連する特定の権利を有する。
【０００２】
本開示は、一般に連結されたアリールアミンポリマおよびその使用を対象とする。より具体的には、実施形態において、本開示は、薄膜トランジスタなどの有機電子デバイスにおいて溶液処理性のある実質的に安定したチャンネル半導体として選択される、連結されたアリールアミンポリマの部類を対象とする。アリールアミンポリマはポリマ骨格について高い共平面性を有しており、したがって、高い結晶化度特性を有し、その結晶化度すなわち分子秩序が、例えば、優れた電荷キャリア移動度を可能にすると考えられ、また、酸素に曝露された場合、これらのポリマは安定であるとも考えられている。したがって、本明細書で開示の連結されたアリールアミンポリマは、有機薄膜トランジスタ回路用のｐ−チャンネル半導体として選択することができる。
【背景技術】
【０００３】
溶液処理が可能であり、そのデバイスが、プラスチック基板上に柔軟なＴＦＴを加工するのに望ましい高い結晶化度、機械的耐久性および構造的柔軟性を有する優れた溶媒溶解性を有する実質的に安定な連結されたアリールアミンポリマで加工された薄膜トランジスタ、ＴＦＴなどの電子デバイスが望まれている。また、スマートカード、無線ＩＣ（ＲＦＩＤ）タグおよびメモリ／ストレージ素子などの低価格マイクロエレクトロニクス用の集積回路論理素子のために連結されたアリールアミンポリマＴＦＴを選択することによって、機械的耐久性を向上させ、したがってその耐用年数を向上させることもできる。
【０００４】
それらが周囲酸素により酸化的にドーピングされ、導電性が増大する結果となるので、空気に曝露された場合、多くの半導体材料は安定でないと考えられている。これは、これらの材料から加工されたデバイスに、大きなオフ電流、したがって低い電流オン／オフ比をもたらす結果となる。したがって、これらの材料の多くについては、材料処理およびデバイス加工の際に、通常、環境酸素を排除するための厳密な予防措置を施して、酸化的ドーピングを回避するかまたはそれを最少化させる。これらの予防手段は製造コストを増大させ、したがって特に大面積デバイスのためのアモルファスシリコン技術に対するある種の半導体ＴＦＴの経済的代替策としての魅力を相殺することになる。また、空気中で安定なある種の既知のアリールアミン担持分子（aryl amine transport molecules）は、結晶化度が低いかまたは結晶性が劣っており、そうした成分が有機薄膜トランジスタとして選択された場合、低い電界効果移動度をもたらす結果となる。本開示の実施形態では、上記および他の欠点を回避または最少化する。
【０００５】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）用の半導体層として選択された場合、位置選択性ポリチオフェン類は、空気に対して敏感であり、酸素に曝露される、すなわち例えば空気中における光誘発の酸化的ドーピングに曝露されると不安定である。本開示の薄膜トランジスタでは、この欠点が回避または最少化される。
【０００６】
ペンタセン類およびヘテロアセン類どのアセン類は、ＴＦＴにおけるチャンネル半導体として用いられる場合、満足できる高い電界効果移動度を有することが知られている。しかし、この材料は、例えば、光線のもとでの大気酸素によって急速に酸化され、そうした成分は周囲条件下で処理可能であるとは考えられていない。さらに、ＴＦＴ用に選択した場合、アセン類は、薄膜形成特性が劣っており、実質的に不溶性であり、これらは本質的に溶液処理が不可能である。したがってそうした成分は、ほとんど真空蒸着法によって処理されており、その結果製造コストが高くなる。本明細書で示す連結されたアリールアミンポリマを用いて作製したＴＦＴでは、それは排除されるかまたは最少化される。
【０００７】
電界効果ＴＦＴで使用するための多くの有機半導体材料が記載されている。そうした材料には、ペンタセンなどの有機小分子（例えば、Ｄ．Ｊ．グントラッハ（Ｇｕｎｄｌａｃｈ）ら、「Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ−ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｉｔｙ」、ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．１８、８７頁（１９９７年）を参照）、セクシチオフェン類またはその変形体などのオリゴマ（例えば文献、Ｆ．ガルニエール（Ｇａｒｎｉｅｒ）ら、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ：Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ」、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、Ｖｏｌ．１１５、８７１６頁（１９９３年）を参照）、およびポリ（３−アルキルチオフェン）（例えば文献、Ｚ．バオら、「Ｓｏｌｕｂｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ） ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｍｏｂｉｌｉｔｙ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６９、４１０８頁（１９９６年）を参照）が含まれる。有機材料をベースとしたＴＦＴは一般に、シリコン結晶またはポリシリコン結晶ＴＦＴなどの従来のそのシリコン系対応物より低い性能特性をもたらすが、それでもこれらは、高い移動度が必要とされない分野の用途では十分に有用である。
【０００８】
【非特許文献１】Ｄ．Ｊ．グントラッハ（Ｇｕｎｄｌａｃｈ）ら、「Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ−ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｉｔｙ」、ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．１８、８７頁（１９９７年）
【非特許文献２】Ｆ．ガルニエール（Ｇａｒｎｉｅｒ）ら、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ：Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ」、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、Ｖｏｌ．１１５、８７１６頁（１９９３年）
【非特許文献３】Ｚ．バオら、「Ｓｏｌｕｂｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ） ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｍｏｂｉｌｉｔｙ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６９、４１０８頁（１９９６年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
多くの既知の小分子またはオリゴマをベースとしたＴＦＴデバイスは、加工のために困難な真空蒸着技術をあてにしている。真空蒸着は主に、これらの材料が不溶性であるか、あるいは、スピンコーティング、溶媒キャスト法またはスタンププリンティングによるその溶液プロセスが一般に均一な薄膜をもたらさないという理由で選択される。
【００１０】
さらに、真空蒸着は、大面積様式のための安定した薄膜品質を実現するのにも困難を伴う場合がある。溶液プロセスにより、例えば位置選択性ポリ（アルキルチオフェン−２，５−ジイル）の位置選択性成分から加工されたものなどのポリマＴＦＴは、いくらかの移動度はもたらすが、空気中で酸化的ドーピングを受けるという問題点がある。周囲条件でこれらの材料から加工されたＴＦＴは一般に、非常に大きなオフ電流、非常に低い電流オン／オフ比を示し、その性能特性は急速に低下すると考えられている。したがって、優れた特性を有する低コストのＴＦＴ設計のためには、安定性がありかつ溶液処理可能でもあり、また周囲酸素によってその性能に悪影響を及ぼされない半導体材料、例えば本明細書で示すアリールアミンポリマで作製されたＴＦＴを有することは非常に価値があることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含有する電子デバイスである。
【化１】
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【００１２】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが、１〜約３６個の炭素原子を有する炭化水素、１〜約３６個の炭素原子を有する基を含むヘテロ原子またはハロゲンから選択される少なくとも１つで任意選択で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであることが好ましい。
【００１３】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが、少なくとも１つの置換基で任意選択で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記炭化水素がメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであることが好ましい。
【００１４】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが少なくとも１つの炭化水素基で任意選択で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記炭化水素がフェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニルのアリールであることが好ましい。
【００１５】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが、置換基を有する少なくとも１つのヘテロ原子で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記置換基を有するヘテロ原子が、ニトロ、シアノ、１〜約１８個の炭素原子を有するアルコキシ、約３〜約３６個の炭素原子を有するトリアルキルシリル、及び約１８〜約３６個の炭素原子を有するトリアリールシリルであることが好ましい。
【００１６】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールが、１、２またはそれ以上のハロゲンで置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記ハロゲンがフッ素、塩素、臭素、またはヨウ素であることが好ましい。
【００１７】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、１〜約３６個の炭素原子を有する炭化水素、１〜約３６個の炭素原子を有する基を含むヘテロ原子またはハロゲンから選択される少なくとも１つで任意選択で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであることが好ましい。
【００１８】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、少なくとも１つ、２つまたはそれ以上の炭化水素基で任意選択で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記炭化水素がメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであることが好ましい。
【００１９】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、少なくとも１つの炭化水素基で任意選択で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記炭化水素がフェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘキサデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニルのアリールであることが好ましい。
【００２０】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、置換基を有する少なくとも１つのヘテロ原子で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記置換基を有するヘテロ原子が、ニトロ、シアノ、１〜約１８個の炭素原子を有するアルコキシ、約３〜約３６個の炭素原子を有するトリアルキルシリル、及び約１８〜約３６個の炭素原子を有するトリアリールシリルであることが好ましい。
【００２１】
また、前記電子デバイスにおいて、前記ヘテロアリールが、少なくとも１つのハロゲンで置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記ハロゲンがフッ素、塩素、臭素、またはヨウ素であることが好ましい。
【００２２】
また、前記電子デバイスにおいて、ｎが約２〜約５，０００であることが好ましい。
【００２３】
また、前記電子デバイスにおいて、Ｘがイオウ、酸素、セレンおよびＮＲ’（Ｒ’およびＲ’’はアルキルである）の少なくとも１つであることが好ましい。
【００２４】
また、前記電子デバイスにおいて、Ｒ’がアリールであることが好ましい。
【００２５】
また、前記電子デバイスにおいて、ＸがＳｉＲ’’２であり、Ｒ’’がアルキルであることが好ましい。
【００２６】
また、前記電子デバイスにおいて、Ｒ’’がアリールであることが好ましい。
【００２７】
また、前記電子デバイスにおいて、ＸがＣＨ２であることが好ましい。
【００２８】
また、前記電子デバイスにおいて、ｍが１〜約３であることが好ましい。
【００２９】
また、前記電子デバイスにおいて、ｍが１であることが好ましい。
【００３０】
また、本発明は、基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、前記ソース及び／又はドレイン電極およびゲート誘電体層と接触している式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体層とを含む薄膜トランジスタである。
【化２】
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【００３１】
また、前記薄膜トランジスタにおいて、前記連結されたアリールアミンポリマが以下の式で表されることが好ましい。
【００３２】
【化３】
（１）
【００３３】
【化４】
（２）
【００３４】
【化５】
（３）
【００３５】
【化６】
（４）
【００３６】
【化７】
（５）
【００３７】
【化８】
（６）
【００３８】
【化９】
（７）
【００３９】
【化１０】
（８）
【００４０】
【化１１】
（９）
【００４１】
【化１２】
（１０）
【００４２】
【化１３】
（１１）
【００４３】
【化１４】
（１２）
【００４４】
【化１５】
（１３）
【００４５】
【化１６】
（１４）
【００４６】
【化１７】
（１５）
【００４７】
【化１８】
（１６）
【００４８】
【化１９】
（１７）
【００４９】
【化２０】
（１８）
【００５０】
【化２１】
（１９）
（式中、ＲおよびＲ’はメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであり、ｎはポリマ中の約２〜約５，０００の反復単位の数である。）
【００５１】
また、前記薄膜トランジスタにおいて、Ｒがメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであり、ｎはポリマ中の約１０〜約１００であることが好ましい。
【００５２】
また、前記薄膜トランジスタにおいて、Ｒが水素、アルキル、アリール、置換アルキル、または置換アリールであることが好ましい。
【００５３】
また、前記電子デバイスにおいて、前記アリールアミンポリマが、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）およびポリ（１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）の少なくとも１つであることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本開示の様々な代表的実施形態を図１から図４に示す。ここで、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）またはポリ（１０（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）などの連結されたアリールアミンポリマが薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）構造体におけるチャンネルまたは半導体材料として選択されている。
【００５５】
本開示の特徴は、ＴＦＴデバイスなどのマイクロエレクトロニクスデバイスの用途に有用な半導体である連結されたアリールアミンポリマを提供することである。
【００５６】
本開示の他の特徴は、その薄膜の吸収スペクトルで測定して約２ｅＶ〜約４ｅＶ（電子ボルト）、より具体的には約１．５〜約３．５ｅＶの適切なバンドギャップを有し、ＴＦＴ半導体チャンネル層材料として用いるのに適した連結されたアリールアミンポリマを提供することである。
【００５７】
本開示の他の特徴では、マイクロエレクトロニクス成分として選択することができる連結されたアリールアミンポリマであって、塩化メチレン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン等の一般的な有機溶媒に優れた溶解性を有し、したがって、これらの成分が、スピンコーティング、スクリーンプリンティング、スタンププリンティング、ディップコーティング、溶媒キャスト法、ジェットプリンティング等の溶液プロセスによって経済的に加工することができる連結されたアリールアミンポリマを提供する。
【００５８】
また、本開示のさらに他の特徴では、新規な連結されたアリールアミンポリマおよびそのデバイスであって、そのデバイスが酸素の悪影響に対して高い抵抗性を示し、そのアリールアミンがＳ、Ｏ、Ｃ、Ｓｉ等と結合した２つのＮ−アリール環などの複数のＮ−アリール環を有し、これらのデバイスが、比較的高い電流オン／オフ比を示し、その性能が、位置選択性ポリ（３−アルキルチオフェン−３，５−ジイル）またはアセン類で加工された類似のデバイスほど急速には実質的に低下しないデバイスを提供する。
【００５９】
より具体的には、本開示は式（Ｉ）
【化２２】
（Ｉ）
で示されるかまたは包含される連結されたアリールアミンポリマに関する。より具体的には、ｍはＸ成分の数を表し、１〜約５の数であってよく、ｎは重合度を表し、約２〜約５，０００、約１００〜約５００、または約１０〜約２０、約１０〜約２００または約２０〜約１００などの約２以上の数であってよく、Ｘはヘテロ原子、ヘテロ原子含有基、適切な炭化水素、ＮＲ’またはＳｉＲ’’（Ｒ’およびＲ’’は炭化水素などの適切な成分を表す）などの適切な成分を表す。
【００６０】
実施形態では、連結されたアリールアミンポリマの例は、上記式（１）〜（１９）で表される。
（式中、ＲおよびＲ’はアルキルまたはアリールなどの適切な炭化水素であり、ｎは約２〜約５，０００の数を表す。）
【００６１】
実施形態では、例えば以下の反応スキーム（スキーム１）による連結されたアリールアミンポリマの調製方法を開示する。より具体的には、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）（１ａ）およびポリ（１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）（１ｂ）などのポリ（１０−（４−置換フェニル）フェノチアジン）（１）を調製するために、モノマ反応物としてフェノチアジン（Ｘはイオウ原子であり、ｍは１に等しい）を選択する。より具体的には、１，２−ジクロロベンゼンの還流下で、触媒量の１８−クラウン−６エーテル（１８−Ｃ−６）の存在下、銅を用いて、フェノチアジン（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能）を１−ヨード−４−オクチルベンゼンおよび１−デシルオキシ−４−ヨードベンゼンとそれぞれ反応させて、１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジンおよび１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジンを調製することができる。続いて、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）中、室温（２０℃〜２５℃）で、１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジンと１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジンをそれぞれ、２モル当量のＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）で臭素化して、３，７−ジブロモ−１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジンと３，７−ジブロモ−１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジンを調製する。Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド中、８０℃などの高温で、塩化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＣｌ２）、トリフェニルホスフィン（ＰＰｈ３）および２，２’−ジピリジルの存在下、亜鉛を用いて、３，７−ジブロモ−１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジンまたは３，７−ジブロモ−１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジンを重合して、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）（１ａ）またはポリ（１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）（１ｂ）をそれぞれ生成する。
【００６２】
スキーム１−連結されたアリールアミンポリマの合成
【化２３】
【００６３】
アリールの例には、約６〜約５０個、約６〜約３６個または約６〜約１８個の炭素原子を含む成分が含まれる。アリールの例はフェニル、ナフチル、アントリル等であり、具体的に述べなかったものも含めてそのアリールは、アルキルなどの炭化水素、ヘテロ含有基、ハロゲン等の多くの適切な周知の基で置換されていてよい。
【００６４】
具体的なヘテロ原子含有基は周知であり、例えば、ポリエーテル類、トリアルキルシリル類、ヘテロアリール類等、より具体的には、チエニル、フリルおよびピリジアリールを含む。ヘテロ成分は、イオウ、酸素、窒素、ケイ素、セレン等の複数の周知の原子から選択することができる。ヘテロ原子またはヘテロアリールを含むヘテロ原子含有成分の例には、ＣＮ、チアゾリル、チエニル、フリル、ピリジル、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリブチルシリル、トリペンチルシリル、トリヘキシルシリル、トリフェニルシリル、トリトリルシリル、トリ（エチルフェニル）シリル、トリ（プロピルフェニル）シリル、トリ（ブチルフェニル）シリル、トリ（ペンチルフェニル）シリル、トリ（ヘキシルフェニル）シリル、トリ（ヘプチルフェニル）シリル、トリ（オクチルフェニル）シリル、トリ（ノニルフェニル）シリル、トリ（デシルフェニル）シリル、トリ（ドデシルフェニル）シリル、その異性体および混合物が含まれる。
【００６５】
１〜約５０個、１〜約３６個、アリールについて６〜約４８個の炭素原子を含むことができる炭化水素の例には、例えば置換アルキルおよび置換アリールなどの置換炭化水素を含む本明細書で示すアルキル、アリール等が含まれる。
【００６６】
ＲおよびＲ’の例には、水素、例えば、約１〜約１２個、約１〜約１８個（範囲内の数、例えば４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７および１８はすべて含まれる）の炭素原子を含む約１〜約３０個の炭素原子を有するアルキル、例えばブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシルまたはエイコサニル等；約６〜約４８個の炭素原子、約６〜約３６個の炭素原子、約６〜約２４個の炭素原子を有するアリール、例えばチエニル、フェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘキサデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニル等ならびに置換アルキルおよび置換アリールが含まれる。
【００６７】
本開示の態様は、連結されたアリールアミンポリマを含む電子デバイス；
【００６８】
基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース／ドレイン電極およびゲート誘電体層と接触している、本明細書で示す連結されたアリールアミンポリマを含む半導体層とを含む薄膜トランジスタであるデバイス；
【００６９】
式（Ｉ）の連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含む電子デバイス（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す）；
【００７０】
前記ヘテロアリールが、１〜約３６個の炭素原子を有する炭化水素、１〜約３６個の炭素原子を有するヘテロ含有基またはハロゲンの少なくとも１つの基で任意選択で置換されている、チエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであるデバイス；
【００７１】
前記ヘテロアリールが、少なくとも１つの炭化水素基で任意選択で置換されており、かつその炭化水素がフェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニルのアリールであるチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであるデバイス；
【００７２】
基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース／ドレイン電極およびゲート誘電体層と接触している式（Ｉ）の連結されたアリールアミンポリマを含む半導体層とを含む薄膜トランジスタ（式中、Ａｒは適切な炭化水素であり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’、またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ適切な炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）；
【００７３】
連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含有する電子デバイスであって、前記デバイスが薄膜トランジスタであり、前記連結されたアリールアミンポリマが上記式（１）〜（１９）からなる群から選択されるデバイス（式中、Ｒはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルまたはアリールであり、ｎはポリマ中の約２〜約５，０００の反復単位の数である。）；
【００７４】
上記式（Ｉ）のポリマ；
【００７５】
上記式（１）〜（１２）の連結したアリールポリマの層を含む薄膜トランジスタなどの電子デバイス（式中、Ｒはアルキルアリール等であり、Ｒ’およびＲ’’はアルキルまたはアリール等であり、ｎは反復ポリマ単位の数を表す。）；
【００７６】
基板がポリエステル、ポリカーボネートまたはポリイミドのプラスチックシートであり、ゲート、ソースおよびドレイン電極がそれぞれ独立に、銀、金、ニッケル、アルミニウム、クロム、白金、インジウムチタン酸化物または導電性ポリマを含み、ゲート誘電体が窒化ケイ素または酸化ケイ素を含む誘電体層であるＴＦＴデバイス；
【００７７】
基板がガラスまたはプラスチックのシートであり、前記ゲート、ソースおよびドレイン電極がそれぞれ金を含み、ゲート誘電体層が有機ポリマであるポリ（メタクリレート）またはポリ（ビニルフェノール）を含むＴＦＴデバイス；
【００７８】
ポリ（３−アルキニルチオフェン）層が、スピンコーティング、スタンププリンティング、スクリーンプリンティングまたはジェットプリンティングの溶液プロセスによって形成されるデバイス；
【００７９】
ゲート、ソースおよびドレイン電極、ゲート誘電体ならびに半導体層が、スピンコーティング、溶媒キャスト法、スタンププリンティング、スクリーンプリンティングまたはジェットプリンティングの溶液プロセスによって形成されるデバイス；
【００８０】
ならびに、基板がポリエステル、ポリカーボネートまたはポリイミドのプラスチックシートであり、ゲート、ソースおよびドレイン電極が、有機導電性ポリマであるポリスチレンスルホネート−ドーピングされたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）か、またはポリマバインダ中のコロイダルシルバーディスパージョンを含む導電性インク／ペースト化合物から加工され、ゲート誘電体層が有機ポリマまたは無機酸化物粒子−ポリマ複合材であるＴＦＴデバイスに関し、１つまたは複数のデバイスはＴＦＴなどの電子デバイスを含む。
【００８１】
図１は、基板１６、それと接触している金属接点１８（ゲート電極）および絶縁用誘電体層１４の層を含むＴＦＴ構造体１０であって、そのゲート電極の一部またはゲート全体が誘電体層１４と接触しており、その層１４の頂部に２つの金属接点２０および２２（ソースおよびドレイン電極）が固着されているＴＦＴ構造体の概略を示す図である。金属接点２０および２２の上およびその間に、ポリ（１０−（４−オクチルフェニル）フェノチアジン）（１ａ）またはポリ（１０−（４−デシルオキシフェニル）フェノチアジン）（１ｂ）の連結されたアリールアミンポリマ層１２が存在する。ゲート電極は、基板や誘電体層等の中に完全に含めることができる。
【００８２】
図２は、基板３６と、ゲート電極３８と、ソース電極４０と、ドレイン電極４２と、絶縁用誘電体層３４と、連結されたアリールアミンポリマ半導体層３２とを含む他のＴＦＴ構造体３０の概略を示す図である。
【００８３】
図３は、ゲート電極として動作できる高度にｎ−ドーピングされたシリコンウエハ５６と、熱的に成長した酸化ケイ素誘電体層５４と、連結されたアリールアミンポリマ半導体層５２と、その頂部に固着されたソース電極６０と、ドレイン電極６２と、ゲート電極接点６４とを含む他のＴＦＴ構造体５０の概略を示す図である。
【００８４】
図４は、基板７６と、ゲート電極７８と、ソース電極８０と、ドレイン電極８２と、連結されたアリールアミンポリマ半導体層７２と、絶縁用誘電体層７４とを含むＴＦＴ構造体７０の概略を示す図である。
【００８５】
本開示のいくつかの実施形態では、任意選択の保護層を、図１、図２、図３および図４のトランジスタ構造体のそれぞれの頂部に組み込むことができる。図４のＴＦＴ構造体では、絶縁用誘電体層７４は保護層として機能することもできる。
【００８６】
実施形態において、さらに本開示および図を参照して、基板層は一般に、目的の用途に応じて適切な様々な形態のシリコン、ガラス板、プラスチックフィルムまたはシート等を含むシリコン材料であってよい。構造的に柔軟なデバイスのためには、例えばポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドシート等のプラスチック基板を選択することができる。基板の厚さは、例えば約１０ミクロン〜１０ｍｍ超であってよく、特に柔軟なプラスチック基板のためには具体的な厚さは約５０〜約１００ミクロンであり、ガラスまたはシリコンなどの剛性の基板のためには約１〜約１０ｍｍであってよい。
【００８７】
ソースおよびドレイン電極からゲート電極を隔てさせることができ、かつ半導体層と接触している絶縁用誘電体層は、一般に、無機材料フィルム、有機ポリマフィルムまたは有機−無機複合膜であってよい。誘電体層の厚さは、例えば約１０ナノメータ〜約１ミクロンであり、より具体的な厚さは約１００ナノメータ〜約５００ナノメータである。誘電体層に適した無機材料の例には、酸化ケイ素等の無機酸化物、窒化ケイ素等の無機窒化物、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム等が含まれ、誘電体層用の有機ポリマの例には、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリ（ビニルフェノール）、ポリイミド類、ポリスチレン、ポリ（メタクリレート）類、ポリ（アクリレート）類、エポキシ樹脂等が含まれ、無機−有機複合材料の例には、ポリエステル、ポリイミド、エポキシ樹脂等のポリマ中に分散されたナノサイズの金属酸化物粒子が含まれる。絶縁用誘電体層は一般に、使用する誘電体の誘電定数に応じて約５０ナノメータ〜約５００ナノメータの厚さのものである。より具体的には、誘電体は、例えば少なくとも約３の誘電定数を有し、したがって適切な約３００ナノメータの誘電体厚さは、例えば約１０−９〜約１０−７Ｆ／ｃｍ２の望ましい電気容量を提供することができる。
【００８８】
例えば、誘電体層と、ソース／ドレイン電極との間にあり、かつそれらに接触して位置して、本明細書で示す連結されたアリールアミンポリマを含むアクティブ半導体層が配置されており、この層の厚さは通常、例えば約１０ナノメータ〜約１μｍまたは約４０〜約１００ナノメータである。この層は一般に、溶液プロセスによって加工することができる。
【００８９】
ゲート電極は、薄い金属フィルム、導電性ポリマフィルム、導電性インクまたはペーストで作製された導電性フィルムまたは基板自体（例えば高度にドーピングされたシリコン）であってよい。ゲート電極材料の例には、これらに限定されないが、アルミニウム、金、クロム、インジウムスズ酸化物、ポリスチレンスルホネート−ドーピングされたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＳＳ／ＰＥＤＯＴ）などの導電性ポリマ、Ａｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＥｌｅｃｔｒｏｄａｇなどの、ポリマバインダ中に含まれたカーボンブラック／グラファイトまたはコロイダルシルバーディスパージョンを含む導電性インク／ペースト、ならびにＮｏｅｌｌｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ等から入手可能な銀を充てんした導電性熱可塑性インクが含まれる。ゲート層は、金属または導電性金属酸化物の蒸着、スパッタリング、導電性ポリマ溶液または導電性インクからのコーティング、あるいはスピンコーティング、キャスティングまたはプリンティングによる分散によって作製することができる。ゲート電極層の厚さは、例えば約１０ナノメータ〜約１０ミクロンであり、具体的な厚さは、金属フィルムについては例えば約１０〜約２００ナノメータであり、ポリマ導体については約１〜約１０ミクロンである。
【００９０】
ソース電極層およびドレイン電極層は、半導体層に抵抗性の低いオーム接触を提供する材料から加工することができる。ソース電極およびドレイン電極としての使用に適した一般的な材料には、金、ニッケル、アルミニウム、白金、導電性ポリマおよび導電性インクなどのゲート電極材料からなるものが含まれる。この層の一般的な厚さは約、例えば約４０ナノメータ〜約１ミクロンであり、より具体的な厚さは約１００〜約４００ナノメータである。ＴＦＴデバイスは幅Ｗと長さＬを有する半導体チャンネルを含む。半導体チャンネル幅は、例えば約１０ミクロン〜約５ｍｍであってよく、より具体的なチャンネル幅は約１００ミクロン〜約１ｍｍであってよい。半導体チャンネル長さは、例えば約１ミクロン〜約１ｍｍであってよく、より具体的なチャンネル長さは約５ミクロン〜約１００ミクロンであってよい。
【００９１】
一般に約＋１０ボルト〜約−８０ボルトの電圧をゲート電極に印加する場合、ソース電極は接地され、一般に、例えば約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半導体チャンネル間に担持された電荷担体を集める。
【００９２】
本明細書で説明しなかった他の既知の材料も、本開示のＴＦＴデバイスの様々な成分のために、実施形態において選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施形態に係るＴＦＴ構造体の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る他のＴＦＴ構造体の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る他のＴＦＴ構造体の概略を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る他のＴＦＴ構造体の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０，３０，５０，７０ ＴＦＴ構造体、１２，３２，５２，７２ 連結されたアリールアミンポリマ層、１４，３４，７４ 絶縁用誘電体層、１６，３６，７６ 基板、１８，３８，７８ ゲート電極、２０，２２ 金属接点、４０，６０，８０ ソース電極、４２，６２，８２ ドレイン電極、５４ 誘電体層、５６ シリコンウエハ、６４ ゲート電極接点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含有することを特徴とする電子デバイス。
【化１】
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【請求項２】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
前記アリールが少なくとも１つの炭化水素基で任意選択で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記炭化水素がフェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニルのアリールであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
前記ヘテロアリールが、少なくとも１つ、２つまたはそれ以上の炭化水素基で任意選択で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記炭化水素がメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
ｎが約２〜約５，０００であることを特徴とする電子デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
Ｘがイオウ、酸素、セレンおよびＮＲ’（Ｒ’およびＲ’’はアルキルである）の少なくとも１つであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
ｍが１〜約３であることを特徴とする電子デバイス。
【請求項７】
基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、前記ソース及び／又はドレイン電極およびゲート誘電体層と接触している式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体層とを含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【化２】
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【請求項８】
請求項７に記載の薄膜トランジスタであって、前記連結されたアリールアミンポリマが以下の式で表されることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【化３】
（１）
【化４】
（２）
【化５】
（３）
【化６】
（４）
【化７】
（５）
【化８】
（６）
【化９】
（７）
【化１０】
（８）
【化１１】
（９）
【化１２】
（１０）
【化１３】
（１１）
【化１４】
（１２）
【化１５】
（１３）
【化１６】
（１４）
【化１７】
（１５）
【化１８】
（１６）
【化１９】
（１７）
【化２０】
（１８）
【化２１】
（１９）
（式中、ＲおよびＲ’はメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであり、ｎはポリマ中の約２〜約５，０００の反復単位の数である。）
【請求項１】
式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体材料を含有することを特徴とする電子デバイス。
【化１】
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【請求項２】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
前記アリールが少なくとも１つの炭化水素基で任意選択で置換されたフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリルであり、前記炭化水素がフェニル、メチルフェニル（トリル）、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシルフェニル、トリデシルフェニル、テトラデシルフェニル、ペンタデシルフェニル、ヘプタデシルフェニルまたはオクタデシルフェニルのアリールであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
前記ヘテロアリールが、少なくとも１つ、２つまたはそれ以上の炭化水素基で任意選択で置換されたチエニル、フラニル、ピリジニル、オキサゾイル、ピロイル、トリアジニル、イミダゾイル、ピリミジニル、ピラジニル、オキサジアゾイル、ピラゾイル、トリアゾイル、チアゾイル、チアジアゾイル、キノリニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾイルであり、前記炭化水素がメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
ｎが約２〜約５，０００であることを特徴とする電子デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
Ｘがイオウ、酸素、セレンおよびＮＲ’（Ｒ’およびＲ’’はアルキルである）の少なくとも１つであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
ｍが１〜約３であることを特徴とする電子デバイス。
【請求項７】
基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、前記ソース及び／又はドレイン電極およびゲート誘電体層と接触している式（Ｉ）で示される連結されたアリールアミンポリマを含む半導体層とを含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【化２】
（Ｉ）
（式中、Ａｒはアリールまたはヘテロアリールであり、ＸはＣＨ２、イオウ、酸素、セレン、ＮＲ’またはＳｉＲ’’２（Ｒ’およびＲ’’はそれぞれ炭化水素である）を表し、ｍはＸ置換基の数を表し、ｎは反復単位の数を表す。）
【請求項８】
請求項７に記載の薄膜トランジスタであって、前記連結されたアリールアミンポリマが以下の式で表されることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【化３】
（１）
【化４】
（２）
【化５】
（３）
【化６】
（４）
【化７】
（５）
【化８】
（６）
【化９】
（７）
【化１０】
（８）
【化１１】
（９）
【化１２】
（１０）
【化１３】
（１１）
【化１４】
（１２）
【化１５】
（１３）
【化１６】
（１４）
【化１７】
（１５）
【化１８】
（１６）
【化１９】
（１７）
【化２０】
（１８）
【化２１】
（１９）
（式中、ＲおよびＲ’はメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシルまたはオクタデシルのアルキルであり、ｎはポリマ中の約２〜約５，０００の反復単位の数である。）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２７７５５３（Ｐ２００７−２７７５５３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９８０６７（Ｐ２００７−９８０６７）
【出願日】平成１９年４月４日（２００７．４．４）
【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１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月４日（２００７．４．４）
【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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