JPH10135481A - 薄膜トランジスタからなるデバイス - Google Patents
薄膜トランジスタからなるデバイスInfo
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- JPH10135481A JPH10135481A JP28166197A JP28166197A JPH10135481A JP H10135481 A JPH10135481 A JP H10135481A JP 28166197 A JP28166197 A JP 28166197A JP 28166197 A JP28166197 A JP 28166197A JP H10135481 A JPH10135481 A JP H10135481A
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Dram (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ＴＦＴに用いるｎチャネル有機半導体材料の特
性（特に、移動度）を改善する。 【解決手段】薄膜トランジスタを有するデバイスに関す
る。このトランジスタは、ゲート、ソース、ドレイン、
及びｎ形有機半導体化合物からなる。このｎ形有機半導
体化合物は、炭素環と複素環から選択される非飽和環の
単一のリニアアレーを有し、真空エネルギーレベルを基
準として、約３．５〜４．６ｅＶの最低非占有分子軌道
エネルギーレベルを有する。この化合物は、２×１０-4
ｃｍ2Ｖ-1ｓ- 1以上の電界効果電子移動度を示す。この
デバイスは、ｐチャネル有機ＴＦＴを有することができ
る。ｎ形有機半導体化合物は、ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤ
Ｉ、ＴＣＮＮＱＤから選択される。
性（特に、移動度）を改善する。 【解決手段】薄膜トランジスタを有するデバイスに関す
る。このトランジスタは、ゲート、ソース、ドレイン、
及びｎ形有機半導体化合物からなる。このｎ形有機半導
体化合物は、炭素環と複素環から選択される非飽和環の
単一のリニアアレーを有し、真空エネルギーレベルを基
準として、約３．５〜４．６ｅＶの最低非占有分子軌道
エネルギーレベルを有する。この化合物は、２×１０-4
ｃｍ2Ｖ-1ｓ- 1以上の電界効果電子移動度を示す。この
デバイスは、ｐチャネル有機ＴＦＴを有することができ
る。ｎ形有機半導体化合物は、ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤ
Ｉ、ＴＣＮＮＱＤから選択される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）を有するデバイスに関する。
スタ（ＴＦＴ）を有するデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、可
塑性の回路の重要な構成要素になると期待されている。
特に、製造の容易性、機械的な可とう性、高温をさける
ことが重要な、携帯型コンピュータ、ページャ、トラン
ザクションカードや識別タグのメモリ素子において、デ
ィスプレーを駆動させることに用いられている。ＴＦＴ
用の有機半導体材料は幾つかのお互い相関する特性を有
することが好ましい。トランジスタに用いられる有機半
導体材料は、他の元素とともに炭素を含有し、かつ、室
温（２０℃）で少なくとも約１０-4ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1の電
荷移動度を示す材料である。トランジスタ用の有機半導
体材料の有用性は、例えば、最高占有分子軌道（ＨＯＭ
Ｏ）エネルギーレベルと最低占有分子軌道（ＬＵＭＯ）
エネルギーレベル、電界効果移動度（μFE）、及び材料
を含むデバイスのオン／オフ電流比等の幾つかのパラメ
ータにより判断することができる。これらのパラメータ
は、文献、Lowry et al., Mechanism and Theory in Or
ganic Chemistry, Harper &Row Publishers, 553(197
6)、Garnier et al., Synthetic Metals, 45, (1991)16
3-171、及びDodabalapur et al., Science, 269, 1560
(1995)等に記載されている。
塑性の回路の重要な構成要素になると期待されている。
特に、製造の容易性、機械的な可とう性、高温をさける
ことが重要な、携帯型コンピュータ、ページャ、トラン
ザクションカードや識別タグのメモリ素子において、デ
ィスプレーを駆動させることに用いられている。ＴＦＴ
用の有機半導体材料は幾つかのお互い相関する特性を有
することが好ましい。トランジスタに用いられる有機半
導体材料は、他の元素とともに炭素を含有し、かつ、室
温（２０℃）で少なくとも約１０-4ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1の電
荷移動度を示す材料である。トランジスタ用の有機半導
体材料の有用性は、例えば、最高占有分子軌道（ＨＯＭ
Ｏ）エネルギーレベルと最低占有分子軌道（ＬＵＭＯ）
エネルギーレベル、電界効果移動度（μFE）、及び材料
を含むデバイスのオン／オフ電流比等の幾つかのパラメ
ータにより判断することができる。これらのパラメータ
は、文献、Lowry et al., Mechanism and Theory in Or
ganic Chemistry, Harper &Row Publishers, 553(197
6)、Garnier et al., Synthetic Metals, 45, (1991)16
3-171、及びDodabalapur et al., Science, 269, 1560
(1995)等に記載されている。
【０００３】最近になって、比較的高い移動度の有機Ｔ
ＦＴ材料が合成されている。これらの材料は主に、０．
０１〜０．６ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1の移動度を有するｐ型半導
体である。この材料の例としては、フタロシアニン酸銅
(copper phthalocyanine)、α-セクシチオフェン(sexit
hiophene)、ペンタセン(pentacene)がある。文献、Katz
et al., Chemistry of Materials, Vol.7, No. 12, 22
35(1995)、Lin et al., Device Research Conference,
Vol. 175(1996)を見るとよい。同様に高い移動度を有す
るＮ型有機半導体材料は得るのがさらに難しい。電子の
キャリアの１つのグループとしては、ペリレンテトラカ
ルボキシリックジアンヒドライド(perylenetetracarbox
ylic dianhidride:ＰＴＣＤＡ)及びそのジイミド誘導体
に基づいた染料である。文献、Dodabalapur et al., Sc
ience, 269, 1560(1995)を参照するとよい。ＰＴＣＤＡ
の構造は、
ＦＴ材料が合成されている。これらの材料は主に、０．
０１〜０．６ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1の移動度を有するｐ型半導
体である。この材料の例としては、フタロシアニン酸銅
(copper phthalocyanine)、α-セクシチオフェン(sexit
hiophene)、ペンタセン(pentacene)がある。文献、Katz
et al., Chemistry of Materials, Vol.7, No. 12, 22
35(1995)、Lin et al., Device Research Conference,
Vol. 175(1996)を見るとよい。同様に高い移動度を有す
るＮ型有機半導体材料は得るのがさらに難しい。電子の
キャリアの１つのグループとしては、ペリレンテトラカ
ルボキシリックジアンヒドライド(perylenetetracarbox
ylic dianhidride:ＰＴＣＤＡ)及びそのジイミド誘導体
に基づいた染料である。文献、Dodabalapur et al., Sc
ience, 269, 1560(1995)を参照するとよい。ＰＴＣＤＡ
の構造は、
【化３】 である。このＰＴＣＤＡはＴＦＴにおいて１０-4〜１０
-5ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1のオーダーの移動度を示す。ＰＴＣＤ
Ａの置換された及び非置換のイミド誘導体は、若干、よ
り低い移動度を示す。これは主にイミドの期待されるほ
どの低い電子親和性からである。１０-2〜０．３ｃｍ2
Ｖ-1ｓ-1の範囲のＮチャネル移動度（電界効果電子移動
度）はＣ60によって達成されているがこの化合物は酸素
や湿気により不安定になる。
-5ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1のオーダーの移動度を示す。ＰＴＣＤ
Ａの置換された及び非置換のイミド誘導体は、若干、よ
り低い移動度を示す。これは主にイミドの期待されるほ
どの低い電子親和性からである。１０-2〜０．３ｃｍ2
Ｖ-1ｓ-1の範囲のＮチャネル移動度（電界効果電子移動
度）はＣ60によって達成されているがこの化合物は酸素
や湿気により不安定になる。
【０００４】適当なｎチャネル有機半導体材料がないこ
とは、ｎチャネル及びｐチャネルＴＦＴを組み合わすこ
とが必要な相補形回路等のデバイスに影響を与える。そ
してこの適当なｎチャネル有機半導体材料がないこと
は、ｎチャネルアモルファスシリコンＴＦＴ技術ととも
に有機ｐチャネルＴＦＴ材料を含むハイブリッド相補形
回路の開発へと導いた。文献、A. Dodabalapur et al.,
Appl. Phys. Lett., 68, 2264(1996)を見るとよい。こ
のようなハイブリッド回路は良い性能を示すが、有機ｐ
チャネルＴＦＴ及び有機ｎチャネルＴＦＴを有する相補
形回路は、製造を容易にし、プロセス効率を改善する。
とは、ｎチャネル及びｐチャネルＴＦＴを組み合わすこ
とが必要な相補形回路等のデバイスに影響を与える。そ
してこの適当なｎチャネル有機半導体材料がないこと
は、ｎチャネルアモルファスシリコンＴＦＴ技術ととも
に有機ｐチャネルＴＦＴ材料を含むハイブリッド相補形
回路の開発へと導いた。文献、A. Dodabalapur et al.,
Appl. Phys. Lett., 68, 2264(1996)を見るとよい。こ
のようなハイブリッド回路は良い性能を示すが、有機ｐ
チャネルＴＦＴ及び有機ｎチャネルＴＦＴを有する相補
形回路は、製造を容易にし、プロセス効率を改善する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、改善した
特性（特に、移動度）を示すＴＦＴのためのｎチャネル
有機半導体材料の必要性があり、本発明はこのような材
料を提供することを目的とする。
特性（特に、移動度）を示すＴＦＴのためのｎチャネル
有機半導体材料の必要性があり、本発明はこのような材
料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、薄膜トランジ
スタを有するデバイスに関する。このトランジスタは、
ゲート、ソース、ドレイン、及びｎ形有機半導体化合物
からなる。このｎ形有機半導体化合物は、炭素環と複素
環から選択される非飽和環の単一のリニアアレーを有
し、真空エネルギーレベルを基準として、約３．５〜
４．６ｅＶの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ
ーレベルを有する。この化合物は、２×１０-4ｃｍ2Ｖ
-1ｓ-1以上の電界効果電子移動度(field effect electr
on mobility)を示す。このデバイスは、ｐチャネル有機
ＴＦＴを有することができる。ｎ形有機半導体化合物
は、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボキシルジアンヒド
ライド（ＮＴＣＤＡ:naphthalene tetracarboxylic dia
nhydride）、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボキシルジ
イミド（ＮＴＣＤＩ:naphthalene tetracarboxylic dii
mide）、11,11,12,12-テトラシアノナフト-2,6-キノジ
メタン（ＴＣＮＮＱＤ:tetracyanonaphtho-2,6-quinodi
methane）から選択される。
スタを有するデバイスに関する。このトランジスタは、
ゲート、ソース、ドレイン、及びｎ形有機半導体化合物
からなる。このｎ形有機半導体化合物は、炭素環と複素
環から選択される非飽和環の単一のリニアアレーを有
し、真空エネルギーレベルを基準として、約３．５〜
４．６ｅＶの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ
ーレベルを有する。この化合物は、２×１０-4ｃｍ2Ｖ
-1ｓ-1以上の電界効果電子移動度(field effect electr
on mobility)を示す。このデバイスは、ｐチャネル有機
ＴＦＴを有することができる。ｎ形有機半導体化合物
は、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボキシルジアンヒド
ライド（ＮＴＣＤＡ:naphthalene tetracarboxylic dia
nhydride）、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボキシルジ
イミド（ＮＴＣＤＩ:naphthalene tetracarboxylic dii
mide）、11,11,12,12-テトラシアノナフト-2,6-キノジ
メタン（ＴＣＮＮＱＤ:tetracyanonaphtho-2,6-quinodi
methane）から選択される。
【０００７】
【発明の実施の形態】ＴＦＴはよく知られている。ＴＦ
Ｔの一般的な態様を図１に示した。このＴＦＴは、ソー
ス電極１０、ドレイン電極１２、ゲート電極１４、ゲー
ト誘電体１６、基板１８、半導体材料２０を有する。Ｔ
ＦＴが蓄積モードにおいて動作するときに、ソース１０
から出た電荷は移動度があり、ソース-ドレインチャネ
ル電流を伝導する。図１の構成では、電荷は、チャネル
を形成するためにソース１０から水平方向に注入すれば
よい。ゲート場なしではチャネルはピンチオフされ、そ
して理想的にはソースドレインの伝導がなくなる。オフ
電流は、チャネルがピンチオフされたときのソース１０
とドレイン１２の間を流れる電流として定義され、蓄積
モードのＴＦＴではこのことは０以下のゲート-ソース
電圧に対して起こる。オン電流は、チャネルが伝導して
いるときのソース１０とドレイン１２の間を流れる電流
として定義される。ｎチャネル蓄積モードのＴＦＴで
は、このことは正のゲート-ソース電圧に対して起こ
る。約２００ｎｍの厚さのゲート誘電体１６では、ＴＦ
Ｔがオンであるのに必要なゲート-ソース電圧は、通常
１０Ｖより大きい。オンとオフの間のスイッチングは、
ゲート誘電体１６をまたがって半導体-誘電体境界面へ
のゲート電極１４から電場を課して除去して、有効にキ
ャパシタをチャージすることにより達成される。
Ｔの一般的な態様を図１に示した。このＴＦＴは、ソー
ス電極１０、ドレイン電極１２、ゲート電極１４、ゲー
ト誘電体１６、基板１８、半導体材料２０を有する。Ｔ
ＦＴが蓄積モードにおいて動作するときに、ソース１０
から出た電荷は移動度があり、ソース-ドレインチャネ
ル電流を伝導する。図１の構成では、電荷は、チャネル
を形成するためにソース１０から水平方向に注入すれば
よい。ゲート場なしではチャネルはピンチオフされ、そ
して理想的にはソースドレインの伝導がなくなる。オフ
電流は、チャネルがピンチオフされたときのソース１０
とドレイン１２の間を流れる電流として定義され、蓄積
モードのＴＦＴではこのことは０以下のゲート-ソース
電圧に対して起こる。オン電流は、チャネルが伝導して
いるときのソース１０とドレイン１２の間を流れる電流
として定義される。ｎチャネル蓄積モードのＴＦＴで
は、このことは正のゲート-ソース電圧に対して起こ
る。約２００ｎｍの厚さのゲート誘電体１６では、ＴＦ
Ｔがオンであるのに必要なゲート-ソース電圧は、通常
１０Ｖより大きい。オンとオフの間のスイッチングは、
ゲート誘電体１６をまたがって半導体-誘電体境界面へ
のゲート電極１４から電場を課して除去して、有効にキ
ャパシタをチャージすることにより達成される。
【０００８】図２のインバータのような相補形回路の構
成もよく知られている。相補形回路では通常、遅いほう
のチャネルのＴＦＴが負荷３０として用いられ、高速の
チャネルのＴＦＴが駆動素子（ドライバ）３２として用
いられる。このような相補形回路は、電源３４，入力３
６、及び出力３８を有する。
成もよく知られている。相補形回路では通常、遅いほう
のチャネルのＴＦＴが負荷３０として用いられ、高速の
チャネルのＴＦＴが駆動素子（ドライバ）３２として用
いられる。このような相補形回路は、電源３４，入力３
６、及び出力３８を有する。
【０００９】有機ＴＦＴを有する素子としては、ＬＣＤ
ディスプレー、ＲＦ識別タグ、いわゆるスマートカー
ド、電子切符や他の電子製品識別タグ等がある。
ディスプレー、ＲＦ識別タグ、いわゆるスマートカー
ド、電子切符や他の電子製品識別タグ等がある。
【００１０】本発明は、ｎ形有機半導体材料からなるＴ
ＦＴを用いるデバイスに関し、特に、ゲート、ソース、
ドレイン、及びｎ形有機半導体化合物を有する薄膜トラ
ンジスタからなるデバイスに関する。このｎ形有機半導
体化合物は炭素環及び複素環から選択される不飽和環の
単一のリニアアレーを有し、真空エネルギーレベルを基
準として約３．５〜約４．６ｅＶの最低非占有分子軌道
（ＬＵＭＯ）エネルギーレベルを有する。この化合物
は、２×１０-4ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1以上の電界効果電子移動
度を示す。ＬＵＭＯは真空エネルギーレベルを基準とし
て約４．０〜約４．６ｅＶにするとよい。
ＦＴを用いるデバイスに関し、特に、ゲート、ソース、
ドレイン、及びｎ形有機半導体化合物を有する薄膜トラ
ンジスタからなるデバイスに関する。このｎ形有機半導
体化合物は炭素環及び複素環から選択される不飽和環の
単一のリニアアレーを有し、真空エネルギーレベルを基
準として約３．５〜約４．６ｅＶの最低非占有分子軌道
（ＬＵＭＯ）エネルギーレベルを有する。この化合物
は、２×１０-4ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1以上の電界効果電子移動
度を示す。ＬＵＭＯは真空エネルギーレベルを基準とし
て約４．０〜約４．６ｅＶにするとよい。
【００１１】ＬＵＭＯエネルギーレベル及び減少電位
は、物質の特性をほぼ示すことは知られている。ＬＵＭ
Ｏエネルギーレベル値は、真空エネルギーレベルを基準
として測定され、減少電位値は標準電極に対して溶液に
おいて測定される。これら両方のパラメータに対する許
容範囲は本発明に従えば、約１．１ｅＶである。従っ
て、いずれの特性も本発明のデバイスの化合物を定める
のに用いることができる。また、標準電極によって減少
電位を定めるということは、減少電位は電極電位と比較
して測定されるということである。一般的な標準カロメ
ル電極は、４．２ｅＶである。この４．２ｅＶカロメル
電極の場合、約３．５〜約４．６ｅＶのＬＵＭＯエネル
ギーレベルに等しい減少電位は、標準カロメル電極に対
して約−０．７〜約＋０．４ｅＶである。知られている
ように、ＬＵＭＯエネルギーレベルは通常、発光スペク
トル（例えば、Ｘ線、紫外線）を解析することにより測
定され、減少電位は通常、電気化学的電位走査により測
定される。
は、物質の特性をほぼ示すことは知られている。ＬＵＭ
Ｏエネルギーレベル値は、真空エネルギーレベルを基準
として測定され、減少電位値は標準電極に対して溶液に
おいて測定される。これら両方のパラメータに対する許
容範囲は本発明に従えば、約１．１ｅＶである。従っ
て、いずれの特性も本発明のデバイスの化合物を定める
のに用いることができる。また、標準電極によって減少
電位を定めるということは、減少電位は電極電位と比較
して測定されるということである。一般的な標準カロメ
ル電極は、４．２ｅＶである。この４．２ｅＶカロメル
電極の場合、約３．５〜約４．６ｅＶのＬＵＭＯエネル
ギーレベルに等しい減少電位は、標準カロメル電極に対
して約−０．７〜約＋０．４ｅＶである。知られている
ように、ＬＵＭＯエネルギーレベルは通常、発光スペク
トル（例えば、Ｘ線、紫外線）を解析することにより測
定され、減少電位は通常、電気化学的電位走査により測
定される。
【００１２】炭素環または複素環の単一リニアアレーを
有する化合物は、少なくとも２つの環のπ共有構造を基
構造（コア構造）として有し、各環は基構造の２以下の
他の環がついているような化合物である。環の単一リニ
アアレーは、様々な非環状の置換基により置換されてい
てもよい。アレーの置換基は、基構造に付いた炭素環又
は複素環であってもよく、これらの環は、共役の度合い
を単に増加させるのではなく、該化合物の電子エネルギ
ーレベル又はプロセスパラメータを変えるように主に機
能するときに、置換基と定める。後述するサイクリック
アンヒドライド、及びＮＴＣＤＡとＮＴＣＤＩのイミド
グループはこの定義に従うと置換基である。単一リニア
アレーを有する化合物は、１以上の基構造を持たない。
上に分子構造を記したＰＴＣＤＡは炭素環又は複素環の
単一リニアアレーを有する化合物ではない。これは、Ｐ
ＴＣＤＡの基構造の環は、３以上の他の環に付いている
からである。また、ＰＴＣＤＡは、各々が２つの環を有
する２つの別々のリニアアレーを持つものとして考えら
れる。
有する化合物は、少なくとも２つの環のπ共有構造を基
構造（コア構造）として有し、各環は基構造の２以下の
他の環がついているような化合物である。環の単一リニ
アアレーは、様々な非環状の置換基により置換されてい
てもよい。アレーの置換基は、基構造に付いた炭素環又
は複素環であってもよく、これらの環は、共役の度合い
を単に増加させるのではなく、該化合物の電子エネルギ
ーレベル又はプロセスパラメータを変えるように主に機
能するときに、置換基と定める。後述するサイクリック
アンヒドライド、及びＮＴＣＤＡとＮＴＣＤＩのイミド
グループはこの定義に従うと置換基である。単一リニア
アレーを有する化合物は、１以上の基構造を持たない。
上に分子構造を記したＰＴＣＤＡは炭素環又は複素環の
単一リニアアレーを有する化合物ではない。これは、Ｐ
ＴＣＤＡの基構造の環は、３以上の他の環に付いている
からである。また、ＰＴＣＤＡは、各々が２つの環を有
する２つの別々のリニアアレーを持つものとして考えら
れる。
【００１３】基環の炭素環又は複素環は、５又は６因環
である。単一リニアアレーは以下のような構造を持つナ
フタレン又はナフトキノイド(naphthoquinoid)をベース
にする。
である。単一リニアアレーは以下のような構造を持つナ
フタレン又はナフトキノイド(naphthoquinoid)をベース
にする。
【化４】 本発明の化合物のアレーは以下のような構造をベースに
してもよい。
してもよい。
【化５】 これらの骨組み構造は炭素原子のみによって表している
が、これらの構造の特定の位置には他の原子により占有
されていることもある。
が、これらの構造の特定の位置には他の原子により占有
されていることもある。
【００１４】本発明はいかなる理論にも限定されない
が、非飽和炭素環又は複素環の単一リニアアレーは、良
い電子移動度を表す望ましいπ＊軌道重なりを与えると
考えられる。これらの軌道は例えば、文献、Lowry et a
l., Mechanism and Theory inOrganic Chemistry, Harp
er & Row Publishers, 28-31, 559-566(1976)、におい
て定義され、議論されている。この軌道の重なりに関連
して、ＬＵＭＯエネルギーレベルの許容範囲が以下の２
つの両方を防ぐように現れる。即ち、（ａ）ｎ形有機半
導体化合物における多すぎる電子トラップの生成であっ
て、このようなトラップは電子がＬＵＭＯレベルまで達
することを防ぐこと、及び（ｂ）ｎ形有機半導体化合物
における電子親和度の増加であって、半導体材料は多く
ドープされ、伝導性金属の特性になり始める（このこと
は低すぎるＬＵＭＯエネルギーレベル値において起こ
る）。この軌道重なりと選択したＬＵＭＯエネルギーレ
ベルの組み合わせは、本発明のデバイスのｎ形有機半導
体化合物の移動度を良くするものと考えられている。
が、非飽和炭素環又は複素環の単一リニアアレーは、良
い電子移動度を表す望ましいπ＊軌道重なりを与えると
考えられる。これらの軌道は例えば、文献、Lowry et a
l., Mechanism and Theory inOrganic Chemistry, Harp
er & Row Publishers, 28-31, 559-566(1976)、におい
て定義され、議論されている。この軌道の重なりに関連
して、ＬＵＭＯエネルギーレベルの許容範囲が以下の２
つの両方を防ぐように現れる。即ち、（ａ）ｎ形有機半
導体化合物における多すぎる電子トラップの生成であっ
て、このようなトラップは電子がＬＵＭＯレベルまで達
することを防ぐこと、及び（ｂ）ｎ形有機半導体化合物
における電子親和度の増加であって、半導体材料は多く
ドープされ、伝導性金属の特性になり始める（このこと
は低すぎるＬＵＭＯエネルギーレベル値において起こ
る）。この軌道重なりと選択したＬＵＭＯエネルギーレ
ベルの組み合わせは、本発明のデバイスのｎ形有機半導
体化合物の移動度を良くするものと考えられている。
【００１５】所望のＬＵＭＯエネルギーレベル値は、１
以上の置換基を特定の基環と組み合わせることによって
得られる。このＬＵＭＯエネルギーレベル値は、π*軌
道の重なりによって作られる電子移動度に大きく影響さ
せずに得ることができる。この置換基は、π電子引っ込
め(withdrawing)又は共鳴引っ込めグループとして特徴
づけることができる。このようなグループは、例えば文
献、Lowry et al., Mechanism and Theory in Organic
Chemistry, Harper & Row Publishers, 62-71(1976)、
において定義され、議論されている。この議論によっ
て、これらの置換基を用いることによってどのように所
望のＬＵＭＯエネルギーレベル値を達成できるかが明ら
かになっている。特に、置換基は、ＬＵＭＯへの電子注
入から起こるように、コア構造の負の電荷を安定化さ
せ、従って、ＬＵＭＯの摂動の安定化、エネルギー低値
化をさせるものと考えることができる。この現象は、文
献、Ferraro et al., Introduction to Synthetic Elec
trical Conductors, AcademicPress, Inc., 22(1987)、
にて示されている。優れた置換基としては、サイクリッ
クアンヒドライド、サイクリックイミド、及び
以上の置換基を特定の基環と組み合わせることによって
得られる。このＬＵＭＯエネルギーレベル値は、π*軌
道の重なりによって作られる電子移動度に大きく影響さ
せずに得ることができる。この置換基は、π電子引っ込
め(withdrawing)又は共鳴引っ込めグループとして特徴
づけることができる。このようなグループは、例えば文
献、Lowry et al., Mechanism and Theory in Organic
Chemistry, Harper & Row Publishers, 62-71(1976)、
において定義され、議論されている。この議論によっ
て、これらの置換基を用いることによってどのように所
望のＬＵＭＯエネルギーレベル値を達成できるかが明ら
かになっている。特に、置換基は、ＬＵＭＯへの電子注
入から起こるように、コア構造の負の電荷を安定化さ
せ、従って、ＬＵＭＯの摂動の安定化、エネルギー低値
化をさせるものと考えることができる。この現象は、文
献、Ferraro et al., Introduction to Synthetic Elec
trical Conductors, AcademicPress, Inc., 22(1987)、
にて示されている。優れた置換基としては、サイクリッ
クアンヒドライド、サイクリックイミド、及び
【化６】 を用いることができる。他の置換基としては、シアノ、
オクソ、ハロゲン、ニトロ及びカルボニルのグループ、
及び以下の２つの置換基がある。
オクソ、ハロゲン、ニトロ及びカルボニルのグループ、
及び以下の２つの置換基がある。
【化７】 ここで、Ｒ'は、有機電子非供与基又はハロゲンである
（この最後のグループのようなグループは例えば、文
献、MRS Symp. Proceedings, 413, 13(1996)、にて議論
されている。）
（この最後のグループのようなグループは例えば、文
献、MRS Symp. Proceedings, 413, 13(1996)、にて議論
されている。）
【００１６】以下の置換基も優れていることがわかっ
た。
た。
【化８】 ここで、Ｒは、有機電子非供与基、又はＨである。
【００１７】非飽和炭素環又は複素環の単一リニアアレ
ーを有するｎ形有機半導体化合物は、1,4,5,8-ナフタレ
ンテトラカルボキシルジアンヒドライド（ＮＴＣＤＡ:n
aphthalene tetracarboxylic dianhydride）、1,4,5,8-
ナフタレンテトラカルボキシルジイミド（ＮＴＣＤＩ:n
aphthalene tetracarboxylic diimide）、11,11,12,12-
テトラシアノナフト-2,6-キノジメタン（ＴＣＮＮＱＤ:
tetracyanonaphtho-2,6-quinodimethane）から選択され
る。これらの構造を下に示す。
ーを有するｎ形有機半導体化合物は、1,4,5,8-ナフタレ
ンテトラカルボキシルジアンヒドライド（ＮＴＣＤＡ:n
aphthalene tetracarboxylic dianhydride）、1,4,5,8-
ナフタレンテトラカルボキシルジイミド（ＮＴＣＤＩ:n
aphthalene tetracarboxylic diimide）、11,11,12,12-
テトラシアノナフト-2,6-キノジメタン（ＴＣＮＮＱＤ:
tetracyanonaphtho-2,6-quinodimethane）から選択され
る。これらの構造を下に示す。
【化９】 これらの材料のＬＵＭＯエネルギー値はそれぞれ、３．
８〜３．９ｅＶ、３．５〜３．８ｅＶ、４．３〜４．４
ｅＶである。これらの値は、上述の方法により測定され
た。
８〜３．９ｅＶ、３．５〜３．８ｅＶ、４．３〜４．４
ｅＶである。これらの値は、上述の方法により測定され
た。
【００１８】下に示す例のように、異なる基板温度で蒸
着されたｎチャネル有機ＴＦＴにおいって異なる移動度
が測定された。本発明はいかなる理論によっても限定さ
れないが、異なる基板温度における異なる移動度は、よ
り高温における形態の変化が原因の１つと考えられる。
代わりに、ＴＦＴにおける誘電体と半導体の間の境界面
の結合が基板温度が高いと強くなること、微量の不純物
が高温において選択的に半導体から溶け出したことが原
因として考えられる。
着されたｎチャネル有機ＴＦＴにおいって異なる移動度
が測定された。本発明はいかなる理論によっても限定さ
れないが、異なる基板温度における異なる移動度は、よ
り高温における形態の変化が原因の１つと考えられる。
代わりに、ＴＦＴにおける誘電体と半導体の間の境界面
の結合が基板温度が高いと強くなること、微量の不純物
が高温において選択的に半導体から溶け出したことが原
因として考えられる。
【００１９】本発明のデバイスのｎ形有機半導体化合物
においては、単一リニアアレーは１以上の無機物質と結
合していてもよく、また、さらなるポリマー物質と結合
していてもよい。加えて、トランジスタは、１以上の別
々の有機化合物と、単一リニアアレーを有する化合物と
の混合体、又は１以上の別々の有機化合物又はポリマー
と、単一リニアアレーを有する化合物との混合体からな
ってもよい。さらに、トランジスタは、非飽和炭素環又
は複素環の単一リニアアレーを有する２以上の異なるｎ
形有機半導体化合物の混合体であって、これら化合物
は、ＬＵＭＯエネルギーレベルが真空エネルギーレベル
を基準として約３．５〜４．６ｅＶであり、２×１０-4
ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1以上の電界効果電子移動度を示す混合体
からなってもよい。
においては、単一リニアアレーは１以上の無機物質と結
合していてもよく、また、さらなるポリマー物質と結合
していてもよい。加えて、トランジスタは、１以上の別
々の有機化合物と、単一リニアアレーを有する化合物と
の混合体、又は１以上の別々の有機化合物又はポリマー
と、単一リニアアレーを有する化合物との混合体からな
ってもよい。さらに、トランジスタは、非飽和炭素環又
は複素環の単一リニアアレーを有する２以上の異なるｎ
形有機半導体化合物の混合体であって、これら化合物
は、ＬＵＭＯエネルギーレベルが真空エネルギーレベル
を基準として約３．５〜４．６ｅＶであり、２×１０-4
ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1以上の電界効果電子移動度を示す混合体
からなってもよい。
【００２０】単一リニアアレーを有する化合物は、ＴＦ
Ｔの基板（例えば、二酸化ケイ素、ポリイミド（前もっ
てイミド化されたポリイミドを含む）、又はＡｌ、Ｔａ
等の金属の酸化物）に真空蒸着によって適用される。こ
のような真空蒸着は、１０-7〜１０-5torrの範囲の基体
圧力でターボポンプ又は拡散ポンプされた真空システム
によって行うことができる。ｎ形有機半導体化合物を基
板に適用することができるポリマーで混合すること等の
液相蒸着法によって、又はｎ形有機半導体化合物を半導
体化合物を蒸着できる溶液の中で混合することによっ
て、化合物を用いるのがよい。この化合物は、スタンピ
ング、プリンティング、エッチング又はリソグラフィー
等の液相蒸着方法によって適用又はパターン化すること
ができる。
Ｔの基板（例えば、二酸化ケイ素、ポリイミド（前もっ
てイミド化されたポリイミドを含む）、又はＡｌ、Ｔａ
等の金属の酸化物）に真空蒸着によって適用される。こ
のような真空蒸着は、１０-7〜１０-5torrの範囲の基体
圧力でターボポンプ又は拡散ポンプされた真空システム
によって行うことができる。ｎ形有機半導体化合物を基
板に適用することができるポリマーで混合すること等の
液相蒸着法によって、又はｎ形有機半導体化合物を半導
体化合物を蒸着できる溶液の中で混合することによっ
て、化合物を用いるのがよい。この化合物は、スタンピ
ング、プリンティング、エッチング又はリソグラフィー
等の液相蒸着方法によって適用又はパターン化すること
ができる。
【００２１】加えて、非飽和炭素環又は複素環の単一リ
ニアアレーを有するｎ形有機半導体化合物をトランジス
タにおける使用の前に蒸着後に化学的処理してもよい。
このような処理は例えば、化合物の付随的な導電率を変
えるためや、大気中においての安定性を改善するために
行う。ｎ形有機半導体化合物における望まないドーパン
トは例えば、酸化剤で処理して望まない自由電荷を補償
することによって、除去できる。この酸化剤としてヨウ
素を利用できる。本発明のデバイスの化合物に存在する
望まないドーパントは、例えば、デバイスを室温で数秒
間気体ヨウ素にさらすことによって、ヨウ素で除去でき
る。余分のヨウ素は、例えば、露出したデバイスを真空
チャンバー内に置いて、数分間から数時間の間、約１０
-2torrまで圧力を下げることにより除去することができ
る。
ニアアレーを有するｎ形有機半導体化合物をトランジス
タにおける使用の前に蒸着後に化学的処理してもよい。
このような処理は例えば、化合物の付随的な導電率を変
えるためや、大気中においての安定性を改善するために
行う。ｎ形有機半導体化合物における望まないドーパン
トは例えば、酸化剤で処理して望まない自由電荷を補償
することによって、除去できる。この酸化剤としてヨウ
素を利用できる。本発明のデバイスの化合物に存在する
望まないドーパントは、例えば、デバイスを室温で数秒
間気体ヨウ素にさらすことによって、ヨウ素で除去でき
る。余分のヨウ素は、例えば、露出したデバイスを真空
チャンバー内に置いて、数分間から数時間の間、約１０
-2torrまで圧力を下げることにより除去することができ
る。
【００２２】単一リニアアレーからなるｎ形化合物に加
えて、本発明のデバイスは、ｐチャネル有機薄膜トラン
ジスタからさらになることができる。即ち、本発明は、
相補形回路からなるデバイスを意図している。このよう
な相補形回路のｐ形有機半導体化合物の電界効果移動度
がｎ形有機半導体化合物のものと比べて匹敵又はより良
いことは好ましい。適切なｐ形有機半導体化合物の例と
しては、銅フタロシアニン、α-セクシオフェン、ペン
タセン、及びポリチオフェンがある。
えて、本発明のデバイスは、ｐチャネル有機薄膜トラン
ジスタからさらになることができる。即ち、本発明は、
相補形回路からなるデバイスを意図している。このよう
な相補形回路のｐ形有機半導体化合物の電界効果移動度
がｎ形有機半導体化合物のものと比べて匹敵又はより良
いことは好ましい。適切なｐ形有機半導体化合物の例と
しては、銅フタロシアニン、α-セクシオフェン、ペン
タセン、及びポリチオフェンがある。
【００２３】また、本発明のデバイスのｎ形有機半導体
化合物は、Dodabalapur et al.の米国特許出願０８／４
４１１４２号に記されているような二層有機ＴＦＴにお
ける１つの層として用いることができる。このようなデ
バイスは、１つがｎ形で１つがｐ形である２つの活性な
半導体材料を有する。ゲートバイアスの符号と大きさに
従って、このようなデバイスは、ｎチャネル又はｐチャ
ネルのいずれかのＴＦＴとして機能できる。文献、Doda
balapur et al., Science, 269, 1560(1995)を見るとよ
い。
化合物は、Dodabalapur et al.の米国特許出願０８／４
４１１４２号に記されているような二層有機ＴＦＴにお
ける１つの層として用いることができる。このようなデ
バイスは、１つがｎ形で１つがｐ形である２つの活性な
半導体材料を有する。ゲートバイアスの符号と大きさに
従って、このようなデバイスは、ｎチャネル又はｐチャ
ネルのいずれかのＴＦＴとして機能できる。文献、Doda
balapur et al., Science, 269, 1560(1995)を見るとよ
い。
【００２４】
【実施例】以下に実験の例を示す。
【００２５】ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤＩ、ＴＣＮＮＱＤを
それぞれ、Aldrich社、ICN社、TCIChemical Co.社から
購入した。それぞれを１０-4torr以下の圧力で真空昇華
して精製した。各物質からのＴＦＴは、ｎ形ケイ素上に
熱的に成長したに酸化ケイ素の３００ｎｍの絶縁層を用
いて製造し、これは、ゲート電極として機能する。金の
ソース及びドレインの接点は、チャネル幅Ｗが２５０μ
ｍ、チャネル長Ｌが４、１２、２５μｍであるようにフ
ォトリソグラフィーにより定められた。有機半導体材料
はベース圧力が３×１０-6torr以下で基板上にそれぞれ
真空蒸着され、約５００オングストロームの厚さの薄膜
を形成した。ＴＦＴの電気的特性はHewlett-Packard社4
145b半導体パラメータアナライザーを用いて真空で測定
した。
それぞれ、Aldrich社、ICN社、TCIChemical Co.社から
購入した。それぞれを１０-4torr以下の圧力で真空昇華
して精製した。各物質からのＴＦＴは、ｎ形ケイ素上に
熱的に成長したに酸化ケイ素の３００ｎｍの絶縁層を用
いて製造し、これは、ゲート電極として機能する。金の
ソース及びドレインの接点は、チャネル幅Ｗが２５０μ
ｍ、チャネル長Ｌが４、１２、２５μｍであるようにフ
ォトリソグラフィーにより定められた。有機半導体材料
はベース圧力が３×１０-6torr以下で基板上にそれぞれ
真空蒸着され、約５００オングストロームの厚さの薄膜
を形成した。ＴＦＴの電気的特性はHewlett-Packard社4
145b半導体パラメータアナライザーを用いて真空で測定
した。
【００２６】ＮＴＣＤＡ ＴＦＴ 図３には、基板温度５５℃で蒸着され、チャネル長１２
μｍを有するＮＴＣＤＡから製造されたＴＦＴの電気的
特性を示す。曲線は、低いドレイン-ソース電圧におい
て線形で、高いドレイン-ソース電圧において飽和状態
となっている。ＮＴＣＤＡ ＴＦＴにおいてＮ形伝導が
存在していることが示してある。これは正のゲートバイ
アスが正のドレイン電圧下で、増加しているソース-ド
レイン電流（ＩD S）を達成するために必要であるからで
ある。電界効果移動度（μFE）は、数式、 ＩDS＝（Ｗci／２Ｌ）μFE（ＶG−ＶO）2 を用いて飽和段階にて計算できる。ここで、Ｌ及びＷは
それぞれチャネルの長さ及び幅であり、Ｃiは酸化物の
単位面積あたりのキャパシタンスであり、ＶGはゲート
電圧であり、ＶOは、推定しきい値電圧（これは、ＶGに
対するＩDS 1/2のプロットにより計算することができ
る。）である。
μｍを有するＮＴＣＤＡから製造されたＴＦＴの電気的
特性を示す。曲線は、低いドレイン-ソース電圧におい
て線形で、高いドレイン-ソース電圧において飽和状態
となっている。ＮＴＣＤＡ ＴＦＴにおいてＮ形伝導が
存在していることが示してある。これは正のゲートバイ
アスが正のドレイン電圧下で、増加しているソース-ド
レイン電流（ＩD S）を達成するために必要であるからで
ある。電界効果移動度（μFE）は、数式、 ＩDS＝（Ｗci／２Ｌ）μFE（ＶG−ＶO）2 を用いて飽和段階にて計算できる。ここで、Ｌ及びＷは
それぞれチャネルの長さ及び幅であり、Ｃiは酸化物の
単位面積あたりのキャパシタンスであり、ＶGはゲート
電圧であり、ＶOは、推定しきい値電圧（これは、ＶGに
対するＩDS 1/2のプロットにより計算することができ
る。）である。
【００２７】基板温度２５℃で蒸着されたＮＴＣＤＡベ
ースのＴＦＴに対して、１×１０-3〜３×１０-3ｃｍ2
Ｖ-1ｓ-1の電解効果移動度が得られた。ＴＦＴを大気の
湿気にさらすとより低い移動度が観測され、電流はチャ
ネル長とは逆の関係で大きさが変わった。基板温度２５
℃で蒸着されたＮＴＣＤＡのＴＦＴでは、１０-4ｃｍ2
Ｖ-1ｓ-1のオーダーの移動度を観測した。異なる基板温
度における移動度の相違は、より高温における形態の変
化が原因の１つと考えられる。代わりに、ＴＦＴにおけ
る誘電体と半導体の間の境界面の結合が基板温度が高い
と強くなること、微量の不純物が高温において選択的に
半導体から溶け出したことが原因として考えられる。Ｘ
線光電子スペクトロスコピーは、前に吸着していた不純
物の基板からの脱離は起こらなかったことを示した。
ースのＴＦＴに対して、１×１０-3〜３×１０-3ｃｍ2
Ｖ-1ｓ-1の電解効果移動度が得られた。ＴＦＴを大気の
湿気にさらすとより低い移動度が観測され、電流はチャ
ネル長とは逆の関係で大きさが変わった。基板温度２５
℃で蒸着されたＮＴＣＤＡのＴＦＴでは、１０-4ｃｍ2
Ｖ-1ｓ-1のオーダーの移動度を観測した。異なる基板温
度における移動度の相違は、より高温における形態の変
化が原因の１つと考えられる。代わりに、ＴＦＴにおけ
る誘電体と半導体の間の境界面の結合が基板温度が高い
と強くなること、微量の不純物が高温において選択的に
半導体から溶け出したことが原因として考えられる。Ｘ
線光電子スペクトロスコピーは、前に吸着していた不純
物の基板からの脱離は起こらなかったことを示した。
【００２８】ＮＴＣＤＩのＴＦＴ 基板温度５５℃で蒸着されたＮＴＣＤＩのＴＦＴの電気
的特性は、ＮＴＣＤＡと同様なふるまい、即ち、低いド
レイン-ソース電圧における線形領域及び高いドレイン-
ソース電圧における飽和領域の存在を示した。電子移動
度はこれらのデバイスに対して、２×１０-4〜３×１０
-4ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1のオーダーであった。これはＮＴＣＤ
Ａで観測した移動度よりも１桁分低い大きさである。
的特性は、ＮＴＣＤＡと同様なふるまい、即ち、低いド
レイン-ソース電圧における線形領域及び高いドレイン-
ソース電圧における飽和領域の存在を示した。電子移動
度はこれらのデバイスに対して、２×１０-4〜３×１０
-4ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1のオーダーであった。これはＮＴＣＤ
Ａで観測した移動度よりも１桁分低い大きさである。
【００２９】ＴＣＮＮＱＤのＴＦＴ 基板温度２５℃で蒸着されたＴＣＮＮＱＤのＴＦＴに対
して、移動度を測定した。移動度９×１０-4〜２×１０
-3ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1が得られた。これらの移動度は、意図
的にドープしたテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ:t
etracyanoquinodimethane）によって得られるものより
も高く、ＮＴＣＤＡのものに匹敵する。ＴＣＮＮＱＤを
ベースにするＴＦＴは、高いオフ電流を示したが、測定
した移動度に貢献できる偶発的なドーパントの存在の可
能性を示した。室温における個体ヨウ素から生成された
気体ヨウ素へとデバイスを２〜３秒さらした後、図４に
反映されているように移動度を少ししか減らさずにオン
／オフ比は１．５〜２から５〜１８へと増加した。
して、移動度を測定した。移動度９×１０-4〜２×１０
-3ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1が得られた。これらの移動度は、意図
的にドープしたテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ:t
etracyanoquinodimethane）によって得られるものより
も高く、ＮＴＣＤＡのものに匹敵する。ＴＣＮＮＱＤを
ベースにするＴＦＴは、高いオフ電流を示したが、測定
した移動度に貢献できる偶発的なドーパントの存在の可
能性を示した。室温における個体ヨウ素から生成された
気体ヨウ素へとデバイスを２〜３秒さらした後、図４に
反映されているように移動度を少ししか減らさずにオン
／オフ比は１．５〜２から５〜１８へと増加した。
【００３０】相補形回路 以下の相補形回路は本質的に、図２に示したように構成
した。個々のＴＦＴのチャネル幅は、２５０μｍであ
り、長さは４〜１００μｍの範囲であった。ｎチャネル
及びｐチャネルＴＦＴは別々のチップ上に設け、電気的
に接続した。両方のデバイスを有する相補形回路を単一
のチップ上に設けたり、ｎチャネル及びｐチャネル機能
を単一のヘテロ構造デバイスにおいて組み合わせること
は可能である。ｐチャネルＴＦＴにおける典型的な移動
度は、１０-2ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1よりも大きい。
した。個々のＴＦＴのチャネル幅は、２５０μｍであ
り、長さは４〜１００μｍの範囲であった。ｎチャネル
及びｐチャネルＴＦＴは別々のチップ上に設け、電気的
に接続した。両方のデバイスを有する相補形回路を単一
のチップ上に設けたり、ｎチャネル及びｐチャネル機能
を単一のヘテロ構造デバイスにおいて組み合わせること
は可能である。ｐチャネルＴＦＴにおける典型的な移動
度は、１０-2ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1よりも大きい。
【００３１】図５には、ペンタセンｐチャネルＴＦＴが
負荷でＮＴＣＤＡのｎチャネルＴＦＴが駆動素子である
相補形インバータ回路の特性を示す。ｐチャネル及びｎ
チャネルＴＦＴのチャネル長はそれぞれ、２４μｍ及び
４μｍであった。供給電圧は１０Ｖであって、入力電圧
Ｖinが小さい値の者に対する出力電圧の値（Ｖout）は
ほぼ、 Ｖsupply［Ｒoff（ｎ）／｛Ｒon（ｐ）＋Ｒ
off（ｎ）｝］ であった。ここで、｛ ｝の中に示したＲon及びＲoff
は、ＴＦＴのオフ抵抗及びオン抵抗である。この条件の
下で、ｐチャネル負荷はオンでｎチャネルスイッチトラ
ンジスタはオフであった。入力電圧が増加するとｎチャ
ネルＴＦＴは段階的にオンへと変わり、ｐチャネルデバ
イスは段階的にオフへと変わった。最終的に、大きなに
Ｖinおいて、Ｖoutは、［Ｒon（ｎ）／｛Ｒon（ｐ）＋
Ｒoff（ｎ）｝］となった。これらの等式は、ＴＦＴの
オン及びオフ抵抗の低いことの重要性を示唆する。
負荷でＮＴＣＤＡのｎチャネルＴＦＴが駆動素子である
相補形インバータ回路の特性を示す。ｐチャネル及びｎ
チャネルＴＦＴのチャネル長はそれぞれ、２４μｍ及び
４μｍであった。供給電圧は１０Ｖであって、入力電圧
Ｖinが小さい値の者に対する出力電圧の値（Ｖout）は
ほぼ、 Ｖsupply［Ｒoff（ｎ）／｛Ｒon（ｐ）＋Ｒ
off（ｎ）｝］ であった。ここで、｛ ｝の中に示したＲon及びＲoff
は、ＴＦＴのオフ抵抗及びオン抵抗である。この条件の
下で、ｐチャネル負荷はオンでｎチャネルスイッチトラ
ンジスタはオフであった。入力電圧が増加するとｎチャ
ネルＴＦＴは段階的にオンへと変わり、ｐチャネルデバ
イスは段階的にオフへと変わった。最終的に、大きなに
Ｖinおいて、Ｖoutは、［Ｒon（ｎ）／｛Ｒon（ｐ）＋
Ｒoff（ｎ）｝］となった。これらの等式は、ＴＦＴの
オン及びオフ抵抗の低いことの重要性を示唆する。
【００３２】図６には、ＮＴＣＤＡのｎチャネルＴＦＴ
負荷を有する相補形回路及び銅フタロシアニンｐチャネ
ルＴＦＴ駆動素子の特性を示す。両方のＴＦＴのチャネ
ル長は、４μｍで供給電圧は、−１０Ｖであった。
負荷を有する相補形回路及び銅フタロシアニンｐチャネ
ルＴＦＴ駆動素子の特性を示す。両方のＴＦＴのチャネ
ル長は、４μｍで供給電圧は、−１０Ｖであった。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のデバイス
は、ゲート、ソース、ドレイン、及びｎ形有機半導体化
合物からなる薄膜トランジスタを有し、このｎ形有機半
導体化合物は、炭素環と複素環から選択される非飽和環
の単一のリニアアレーを有し、真空エネルギーレベルを
基準として、約３．５〜４．６ｅＶの最低非占有分子軌
道エネルギーレベルを有する。この化合物は、２×１０
-4ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1以上の電界効果電子移動度を示す。こ
のデバイスは、ｐチャネル有機ＴＦＴを有することがで
きる。ｎ形有機半導体化合物は、ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤ
Ｉ、ＴＣＮＮＱＤから選択される。このようにして、蒸
気のような実験結果も得ることができ、ＴＦＴに用いる
ｎチャネル有機半導体材料の特性（特に、移動度）を改
善できた。
は、ゲート、ソース、ドレイン、及びｎ形有機半導体化
合物からなる薄膜トランジスタを有し、このｎ形有機半
導体化合物は、炭素環と複素環から選択される非飽和環
の単一のリニアアレーを有し、真空エネルギーレベルを
基準として、約３．５〜４．６ｅＶの最低非占有分子軌
道エネルギーレベルを有する。この化合物は、２×１０
-4ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1以上の電界効果電子移動度を示す。こ
のデバイスは、ｐチャネル有機ＴＦＴを有することがで
きる。ｎ形有機半導体化合物は、ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤ
Ｉ、ＴＣＮＮＱＤから選択される。このようにして、蒸
気のような実験結果も得ることができ、ＴＦＴに用いる
ｎチャネル有機半導体材料の特性（特に、移動度）を改
善できた。
【図１】典型的なＴＦＴの構成の断面図である。
【図２】負荷及び駆動を示す相補形回路のインバータの
構成の回路図である。
構成の回路図である。
【図３】ＮＴＣＤＡにより製造されたＴＦＴの特性を示
すグラフ図である。
すグラフ図である。
【図４】気体ヨウ素での処理の前後のＴＣＮＮＱＤによ
り製造されたＴＦＴの特性を示すグラフ図である。
り製造されたＴＦＴの特性を示すグラフ図である。
【図５】負荷としてペンタセン(pentacene)（ｐチャネ
ル）ＴＦＴ、駆動素子としてＮＴＣＤＡ（ｎチャネル）
を有する相補形回路の特性を示すグラフ図である。
ル）ＴＦＴ、駆動素子としてＮＴＣＤＡ（ｎチャネル）
を有する相補形回路の特性を示すグラフ図である。
【図６】負荷としてＮＴＣＤＡ（ｎチャネル）ＴＦＴ、
駆動素子として銅フタロシアニン(phthalocyanine)（ｐ
チャネル）ＴＦＴを有する相補形回路の特性を示すグラ
フ図である。
駆動素子として銅フタロシアニン(phthalocyanine)（ｐ
チャネル）ＴＦＴを有する相補形回路の特性を示すグラ
フ図である。
１０ ソース電極 １２ ドレイン電極 １４ ゲート電極 １６ ゲート誘電体 １８ 基板 ２０ 半導体材料 ３０ 負荷 ３２ 駆動素子 ３４ 電源 ３６ 入力 ３８ 出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ハワード エダン カッツ アメリカ合衆国、07901 ニュージャージ ー、サミット、バトラー パークウェイ 135 (72)発明者 ジョイス ジー．ラクインダナム アメリカ合衆国、07974 ニュージャージ ー、マレーヒル、エザン ドライブ 61、 アパートメント １エー
Claims (14)
- 【請求項１】 ゲートと、ソースと、ドレインと、及び
ｎ型有機半導体化合物とを有する薄膜トランジスタから
なるデバイスであって、 このｎ型有機半導体化合物は、炭素環及び複素環から選
択された非飽和環の単一リニアアレーを有し、ＬＵＭＯ
エネルギーレベルが真空エネルギーレベルを基準として
約３．５〜約４．６ｅＶであり、かつ、２×１０-4ｃｍ
2Ｖ-1ｓ-1以上の電界効果電子移動度を示すことを特徴
とする薄膜トランジスタからなるデバイス。 - 【請求項２】 前記単一リニアアレーは、５因環、６因
環、及びこれらの組み合わせから選択される環から構成
されることを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項３】前記ＬＵＭＯエネルギーレベルは、真空エ
ネルギーレベルを基準として約４．０〜約４．６ｅＶで
あることを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項４】 前記単一リニアアレーは、ナフタレン及
びナフトキノイドから選択される構造をベースにするこ
とを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項５】 前記化合物は、1,4,5,8-ナフタレンテト
ラカルボキシルジアンヒドライド（ＮＴＣＤＡ:naphtha
lene tetracarboxylic dianhydride）、1,4,5,8-ナフタ
レンテトラカルボキシルジイミド（ＮＴＣＤＩ:naphtha
lene tetracarboxylic diimide）、11,11,12,12-テトラ
シアノナフト-2,6-キノジメタン（ＴＣＮＮＱＤ:tetrac
yanonaphtho-2,6-quinodimethane）から選択される化合
物であることを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項６】 前記単一リニアアレーは、サイクリック
アンヒドライド、サイクリックイミド、シアノ、オク
ソ、ハロゲン、ニトロ、カルボニル、 【化１】 （Ｒ'は、有機電子非供与基及びハロゲンから選択され
る。）、 【化２】 （Ｒは、有機電子非供与基及びＨから選択される。）か
ら選択される少なくとも１つの置換基が付いていること
を特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項７】 前記単一リニアアレーは、少なくとも１
つの無機物質に結合していることを特徴とする請求項１
記載のデバイス。 - 【請求項８】 前記単一リニアアレーは、少なくとも１
つのさらなるポリマー物質に結合していることを特徴と
する請求項１記載のデバイス。 - 【請求項９】 前記トランジスタは、非飽和の炭素環又
は複素環の単一リニアアレーを有する化合物と少なくと
も１つの無機化合物との混合体からなることを特徴とす
る請求項１記載のデバイス。 - 【請求項１０】 前記トランジスタは、非飽和の炭素環
又は複素環の単一リニアアレーを有する化合物と少なく
とも１つのさらなる有機化合物又はポリマー化合物との
混合体からなることを特徴とする請求項１記載のデバイ
ス。 - 【請求項１１】 前記トランジスタは、非飽和の炭素環
又は複素環の単一リニアアレーを有し、ＬＵＭＯエネル
ギーレベルが真空エネルギーレベルを基準として約３．
５〜約４．６ｅＶであり、かつ、２×１０-4ｃｍ2Ｖ-1
ｓ-1以上の電界効果電子移動度を示すような第２の化合
物からさらになることを特徴とする請求項１記載のデバ
イス。 - 【請求項１２】 前記化合物は、蒸着後に化学的処理を
されることを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項１３】 前記蒸着後の化学的処理は、ドーパン
トの除去からなることを特徴とする請求項１２記載のデ
バイス。 - 【請求項１４】 ゲートと、ソースと、ドレインと、及
びｐ型有機半導体化合物とを有するｐチャネル有機薄膜
トランジスタからさらになることを特徴とする請求項１
記載のデバイス。
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