JPH0448653A - 有機整流素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属と有機半導体層との接合を利用した有機
整流素子に関し、特に、周囲の雰囲気を変えることによ
って、整流特性、即ち、順方向と逆方向とを逆転できる
有機整流素子に関するものである。

（従来の技術） 従来、有機半導体を用いた有機整流素子を作製する試み
は多くなされてきた。その主たる動作原理は、試料内に
形成される電位勾配を利用するもので、具体的には、金
属と有機半導体との接合を利用した、いわゆる、■ショ
ットキー障壁を用いるもの、■有機半導体自身のＰ−Ｎ
接合を用いるもの、等である。

また、その主な有機半導体としては、例えば、シアニン
、ビリリウム、アズレニウム、スウアリリウムなどのイ
オン性色素やピリジウム、キクナトノン、ジオキサジン
、さらにフタロシアニンなどが挙げられる。

ところで、これらの有機半導体においては、Ｎ型のもの
は極めて少なく、また、ドーピングなどによる価電子制
御も困難であったり、安定性に欠けるなどのため、現状
では、そのほとんどがＰ型半導体に属する。

従って、特開昭５６−３５４７７号、特開昭６０−２０
１６７２号および特開平１−２００６７７号公報や文献
（Ａ、Ｋ。

Ｇｈｏｓｈ、　Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、４５．２３０
　（１９７４）、　Ｆｅｎ−Ｒｅｎ。

Ｊ、Ｃｈｅｍ、Ｐｈｙｓ、６９．７．３３４２　（１９
７８））などにおいても、有機整流素子としては、上記
■ショットキー障壁を用いたものが多数見受けられる。

ところで、このショットキー障壁を形成するには、背面
電極、あるいは表面電極の一方に、Ｐ型有機半導体層よ
りも仕事関数の小さな、例えば、Ｉｎ、　ＡＩ、　Ｍｇ
などの金属を用いてショットキー障壁を、もう一方には
、Ｐ型有機半導体層よりも仕事関数の大きな、例えば、
Ｐｔ、＾ｕ、　Ａｇ、　Ｃｕなどの金属を用いてオーミ
ックコンタクトすることにより可能である。

従って、例えば、Ｐ型有機半導体層として、銅フタロシ
アニンを、オーミンクコンタクトとしてＡｕを、ショッ
トキーコンタクトとしてＡＩを用いた有機整流素子にお
いては、ＡＩ側に負（−）のバイアス電圧を印加した時
に順方向となり、その整流比は、（電圧＋Ｖでの電流値
）／（電圧−■での電流値）として表すことが出来る。

なお、これらの素子の電流値は一般に真空中に比べ、大
気中の方が大きくなることが知られている。その理由と
しては、大気中の酸素が有機半導体層に吸着拡散してア
クセプタ準位とし働き、これに有機半導体の価電子帯か
ら電子が移行するためにキャリア（正札）濃度が増加す
るものと考えられている。即ち、これがＰ型有機半導体
の起源とされている。

（発明が解決しようとする課Ｈ） 本発明は、以上のような従来の有機整流素子とは異なり
、周囲の雰囲気を変えることにより、一つの整流素子で
整流特性が逆転、即ち、順方向と逆方向が逆転する新規
な有機整流素子を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成した本発明の有機整流素子は、背面電極
、有機半導体層、表面電極を有する有機整流素子におい
て、前記有機半導体層がシャトルコック構造の金属フタ
ロシアニン系分子からなる蒸着膜であることを特徴とす
る。

ここでシャトルコック構造の金属フタロシアニン系分子
とは、次式 で表わされるように、４個のイソインドリン環からなる
ポルフィリン環の類縁体であり、分子の中心にＹ、　Ｅ
ｕ、　Ｅｒ、　Ｌａ、　Ｎｄ、　Ｈｇ＋　Ｂａ、　Ｐｄ
、　Ｐｔ、　Ｐｂ等の金属（Ｍ）を含み、配位している
。

また、その中心金属（Ｍ）のイオン半径が大きいため、
第２図の側面図に示すように、フタロシアニン分子面か
ら飛び出し、分子面が傘状に湾曲した構造（シャトルコ
ック構造）をとっている。

シャトルコック構造に関しては文献（例えば、Ｋ。

υｋｅｉ、　Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、４５Ａ、　４．３４
５　（１９７３））に詳細に記載されている。

本発明の有機整流素子の有機半導体層は、上記シャトル
コック構造を有する金属フタロシアニン系分子からなる
蒸着膜より成るもので、その蒸着膜厚は数百人〜数μ囮
程度、好ましくは０．１〜１μ−で用いられる。

本発明において用いる背面電極および表面電極のいずれ
か一方は、有機半導体層より仕事関数が大きく、またも
う一方は有機半導体層より仕事関数が小さい電極金属か
ら構成される。

以下、本発明を図面を用いて具体的に説明する。

第１図は、本発明の一実施例の有機整流素子の断面図で
ある。ガラスなどの基板１上に、有機半導体層３よりも
仕事関数の大きな金属を背面電極２として形成し、その
上に有機半導体層３として、シャトルコック構造の金属
フタロシアニン分子を蒸着形成する。

そして、その上に有機半導体層３よりも仕事関数の小さ
な金属を表面電極４として形成したものである。

有機半導体層３よりも仕事関数の大きな電極金属として
は、例えば、Ｐｔ、　Ａｕ、　Ａｇ、　Ｃｕなどが、ま
た、有機半導体層３よりも仕事関数の小さな電極金属と
しては、ＡＩ、　Ｉｎ、　Ｍｇなどが挙げられるが、安
定性の点から、前者では、Ｐｔ、　Ａｕなどが、後者で
は、ＡＩ、　Ｍｇなどが好ましい。

また、ショットキーコンタクトは後で述べる理由により
、背面電極２と有機半導体層３との界面より、表面電極
４と有機半導体層３との界面で形成される方が好ましい
。

このようにして作製した有機整流素子は、背面電極２、
表面電極４にリード線を接続し、外部回路へと導かれる
。

大気中で、この素子の電流−電圧特性を測定すると、整
流比は約１０〜１００　　（Ｖ＝±２，０■において）
であり、一方１０−３トール（Ｔｏｒｒ）程度の真空下
では、１／１０〜１／１００程度となる新規な現象が発
現する。

この現象は、Ｐ型有機半導体であるシャトルコック構造
を有する金属フタロシアニン系分子の蒸着膜が、あたか
もＮ型有機半導体に転移した様相となるが、実際に変化
していないことを光起電力、その他の評価より確認して
いる。

このように、大気中での整流比が１０〜１００程度であ
ったものが、真空中で、１／１０〜１／１００となる理
由は明らかでないが、他のＣｕ、　Ｎｉ、　Ｚｎ、　Ｃ
ｏ、　Ｆｅ。

Ｍｇ等の平面分子構造をとる金属フタロシアニンと異な
り、中心金属イオンがフタロシアニン環の面から飛び出
したシャトルコック構造を持っていることに大きく起因
しているものと考えられる。

さらには、また、表面電極４とシャトルコック構造を有
する金属フタロシアニン系薫着膜との間でショットキー
コンタクトを形成した方が、整流比が大きい傾向となる
ことから、大気中では、この表面電極４を通して、ある
いは側面から酸素や水分などが吸着、拡散していくため
に、逆方向側で、正孔注入に対し、ＡＩなどの電極金属
とプロ・ンキングコンタクトを形成しているとも考えら
れる。

いずれにしても、本発明の素子は、周囲雰囲気を大気圧
から真空、例えば、１０−’Ｔｏｒｒに変えることによ
って、整流比の逆転する新規な素子を提供する。

なお、このようなシャトルコック構造を有する金属フタ
ロシアニン系物質を他の方法、すなわち、スピナー塗布
したり、他のポリマーと分散させることによって形成し
た薄膜では、残念ながらこのような現象は認められなか
った。

（実施例） 本発明をさらに詳細に説明するために、以下に実施例を
示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

実ＪｉＬＬ ガラス基板上に背面電極として、Ａｕを真空蒸着した後
、シャトルコック構造を有する金属フタロシアニン分子
の蒸着膜として、鉛フタロシアニン（ＰｂＰｃ）を真空
度；　５　Ｘｌ０−６Ｔｏｒｒ、基板温度；室温、蒸着
速度；約１人／ｓｅｃにて膜厚、　１０００人を真空蒸
着法により形成した。

次に、この上に、ＡＩを膜厚約１２０人真空蒸着して表
面電極を形成し、有機整流素子とした。

その後、背面電極、表面電極にＡｇペーストにてリード
線を取り付け、クライオスタットにセットした後、大気
中、真空中（約１０−’Ｔｏｒｒ）で暗時の電流−電圧
特性を測定した（第３図参照）。

その結果、大気中、真空中での整流比はそれぞれ１２．
１／３０と極めて大きな差異を生じた。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、有機半導体層とし
て、シャトルコック構造の金属フタロシアニン系蒸着膜
を用い、しかも、背面電極、表面電極のいずれか一方に
は、有機半導体層より仕事関数が大きく、また、もう一
方は有機半導体層より仕事関数が小さい電極金属を用い
ることにより、周囲の雰囲気で順方向と逆方向とを逆転
できる新規な有機整流素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例の有機整流素子の断面図、第２図
はシャトルコック構造を有する金属フタロシアニン分子
の構造を説明するための拡大側面図、 第３図は実施例の有機整流素子の電流−電圧特性（大気
中と真空中での比較）を示すグラフである。 １・・・基板 ３・・・有機半導体層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、背面電極、有機半導体層、表面電極を有する有機整
   流素子において、前記有機半導体層が、シャトルコック
   構造の金属フタロシアニン系分子からなる蒸着膜である
   ことを特徴とする有機整流素子。