微晶有机半导体膜、有机半导体晶体管及有机半导体晶体管的制造方法技术

本发明专利技术提供一种即使被图案化或暴露在高热中，也能够有效地抑制龟裂的产生或龟裂的扩散的有机半导体膜、使用了该有机半导体膜的有机半导体晶体管及该有机半导体晶体管的制造方法。一种包含由下述通式(1)表示的分子量3000以下的化合物，且晶畴的尺寸为1nm以上且100nm以下的微晶有机半导体膜、使用了该有机半导体膜的有机半导体晶体管及该有机半导体晶体管的制造方法。X、Y及Z表示特定的环构成原子。R

Manufacturing Methods of Microcrystalline Organic Semiconductor Films, Organic Semiconductor Transistors and Organic Semiconductor Transistors

The invention provides an organic semiconductor film, an organic semiconductor transistor using the organic semiconductor film and a manufacturing method of the organic semiconductor transistor, which can effectively suppress the generation of cracks or the diffusion of cracks even when patterned or exposed to high heat. A microcrystalline organic semiconductor film, an organic semiconductor transistor using the organic semiconductor film and a method for manufacturing the organic semiconductor transistor, comprising a compound with a molecular weight less than 3000 and a domain size greater than 1nm and less than 100nm, as indicated by the following general formula (1). X, Y and Z denote that a particular ring constitutes an atom. R

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微晶有机半导体膜、有机半导体晶体管及有机半导体晶体管的制造方法
本专利技术涉及一种微晶有机半导体膜、有机半导体晶体管及有机半导体晶体管的制造方法。
技术介绍
液晶显示器、有机电致发光显示器等显示器、RFID(radiofrequencyidentifier(线射频识别)：RF标签)、存储器等逻辑电路中，作为切换元件而堆积有微小的晶体管。在半导体层中使用了有机半导体化合物的有机半导体晶体管(场效应晶体管)能够轻量化，进一步柔软性也优异。因此，作为替代具有硅类半导体层的晶体管的下一代晶体管而备受瞩目，且正在研发中。有机半导体晶体管的高性能化中，载流子迁移率的提高成为重要的因素。通过提高载流子迁移率，成为仅用微小的电场便能够进行高速切换，且能够实现处理速度的提高和低耗电量化。为了实现该迁移率，对有机半导体层中使用的有机半导体的化学结构进行了研究。例如，专利文献1及2中记载有如下：通过将环构成原子具有包含杂原子的稠合多环结构的特定芳香族化合物使用于晶体管的半导体活性层(有机半导体层)，该晶体管显示出优异的载流子迁移率。以往技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015-195361号公报专利文献2：日本特开2015-195362号公报上述专利文献1及2中所记载的技术中，通过使用溶解有有机半导体化合物的涂布液来形成有机半导体层，使有机半导体晶体在有机半导体层中析出而实现高迁移率。上述专利文献1及2中，用偏振光显微镜对有机半导体晶体的析出进行了观察，但能够用该偏振光显微镜观察的晶体限定于晶畴较大的晶体。即，上述专利文献1及2中所记载的技术中，在有机半导体层析出的晶体的畴尺寸大于几μm。本专利技术人等使用晶体管的有机半导体层来对上述各专利文献中所记载的化合物的其性能进行反复研究的结果，得知由于膜的晶畴较大，而集成晶体管时会产生问题。更详细而言为，对集成化中的有机半导体层进行图案化(在本专利技术中简称为“图案化”时，除另有说明以外，是指通过来自外部的物理力量或化学作用而将有机半导体层设为所希望的形状。例如，可举出用针对有机半导体层进行刻画或者蚀刻等。)时，因膜的端部产生的裂纹(龟裂)容易扩散到整个晶畴的性能劣化的问题。若该龟裂达到沟道部分，则载流子传输受到较大阻碍，从而无法得到所希望的载流子迁移率。即，所得到的有机半导体晶体管的性能变得容易产生偏差。并且，还发现在有机半导体层的晶畴的大小与热稳定性之间存在负的相关性。即，专利文献1及2中所记载的技术中，若作为形成有机半导体层之后的后工序，实施加热工序(烧成、密封工序等)，则因热膨张等而在晶体结构中容易产生龟裂，该龟裂成为使载流子迁移率降低的原因。即，若将上述各专利文献中所记载的化合物使用于晶体管的有机半导体层，则即使有机半导体层暴露在热中，得到的有机半导体晶体管的性能中也容易产生偏差。并且，上述专利文献1及2中所记载的技术中，有机半导体层的晶畴较大，因此在有机半导体层的形成工序中，残留在有机半导体层的下侧的溶剂并不挥发而容易残留。认为底栅型的晶体管中，溶剂会残留于栅极绝缘层与有机半导体层之间，从而该残留溶剂成为提高阈值电压的绝对值，或者成为使阈值电压的滞后恶化的一原因。并且，底接触型的晶体管中，润湿性通常在绝缘膜和电极有所不同，因此即使使用了上述各专利文献中所记载的化合物的情况下，也有时很难形成如大到覆盖整个沟道区域的的畴的晶体膜。即，有时很难将整个有机半导体膜设为均匀的晶体状态，认为这也是成为得到的有机半导体晶体管的性能中产生偏差的一原因。
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题其中，本专利技术的课题在于提供一种使用上述专利文献1至2中所记载的特定结构的芳香族化合物来形成的有机半导体膜，该有机半导体膜中，即使通过如图案化等来自外部的物理力量，并且暴露在高热下，也能够有效地抑制龟裂的产生或龟裂的扩散。并且，本专利技术的课题在于提供一种元件之间的性能偏差较少，并且还抑制了耗电量的有机半导体晶体管及其制造方法。本专利技术人等鉴于上述课题进行深入研究的结果，发现如下：使用上述专利文献1至2中所记载的特定结构的芳香族化合物来形成膜时，通过应用基于蒸镀的膜形成，可得到晶畴尺寸非常小的微晶有机半导体膜；及该微晶有机半导体膜即使通过图案化，并且暴露在烧成等热下，也很难产生龟裂，并且即使产生龟裂，该龟裂也很难扩散。进一步，本专利技术人等发现能够提供一种通过将该微晶有机半导体膜用作有机半导体晶体管的有机半导体层，能够高度抑制得到的晶体管元件之间的性能的偏差，并且阈值电压的绝对值低且耗电量较少的元件。本专利技术基于这些见解进一步进行反复研究而完成。本专利技术的上述课题通过下述方法得以解决。〔1〕一种微晶有机半导体膜，其包含由下述通式(1)表示的分子量3000以下的化合物，且晶畴的尺寸为1nm以上且100nm以下。[化学式1]通式(1)中，X表示氧原子、硫原子、硒原子、碲原子或NR5。Y及Z表示CR6、氧原子、硫原子、硒原子、氮原子或NR7，具有Y及Z的5员环为芳香族杂环。通式(1)中，R1及R2直接或经由2价基团A间接地与包含Y及Z的5员环的环构成原子键合，R3及R4直接或经由2价基团A间接地与苯环的环构成原子键合。该2价基团A为选自-O-、-S-、-NR8-、-CO-、-SO-及-SO2-中的基团或由这些基团的2种以上连接而成的基团。R1、R2、R5、R6、R7及R8表示氢原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基。R3及R4表示卤素原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基。m及n为0～2的整数。其中，排除以下方式，即X为氧原子或硫原子，并且具有Y及Z的5员环为咪唑环的方式、以及X为硫原子、Y为CH，Z为硫原子，并且R1及R2均为氢原子，并且m及n均为0的方式。〔2〕如〔1〕所述的微晶有机半导体膜，其中，上述具有Y及Z的5员环为选自噻吩环、呋喃环、硒吩环、吡咯环、噻唑环及噁唑环中的环。〔3〕如〔1〕或〔2〕所述的微晶有机半导体膜，其中，上述R1、R2、R3及R4的碳原子数为30以下。〔4〕如〔1〕至〔3〕中任一项所述的微晶有机半导体膜，其中，上述R1及R2为碳原子数20以下的烷基、碳原子数20以下的芳基或碳原子数20以下的杂芳基。〔5〕如〔1〕至〔4〕中任一项所述的微晶有机半导体膜，其中，上述R1与R2相同，上述R3与R4相同，并且m与n相同。〔6〕如〔1〕至〔5〕中任一项所述的微晶有机半导体膜，其中，上述m及n均为0。〔7〕如〔1〕所述的微晶有机半导体膜，其中，由上述通式(1)表示的分子量3000以下的化合物由下述通式(2)或(3)表示。[化学式2]通式(2)及(3)中，Xa表示氧原子、硫原子或硒原子，Ya及Za表示氧原子、硫原子、硒原子或NR7a。R7a与上述通式(1)中的R7的含义相同，R1a、R2a、R3a、R4a、ma及na分别与通式(1)中的R1、R2、R3、R4、m及n的含义相同，R1a、R2a、R3a及R4a与环构成原子的键合方式也分别和通式(1)中的R1、R2、R3及R4与环构成原子的键合方式相同，其中，通式(2)中不包括Xa为硫原子，Za为硫原子，并且R1a及R2a均为氢原子，并且ma及na均为0的方式。〔8〕如〔7〕所述的微晶有机半导体膜，其中，上述R1a、R2a、R3a及R4a的碳原子数为30以下。〔9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微晶有机半导体膜，其包含由下述通式(1)表示的分子量3000以下的化合物，且晶畴的尺寸为1nm以上且100nm以下，[化学式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.29 JP 2016-1919131.一种微晶有机半导体膜，其包含由下述通式(1)表示的分子量3000以下的化合物，且晶畴的尺寸为1nm以上且100nm以下，[化学式1]通式(1)中，X表示氧原子、硫原子、硒原子、碲原子或NR5，Y及Z表示CR6、氧原子、硫原子、硒原子、氮原子或NR7，具有Y及Z的5员环为芳香族杂环，通式(1)中，R1及R2直接或经由2价基团A间接地与包含Y及Z的5员环的环构成原子键合，R3及R4直接或经由2价基团A间接地与苯环的环构成原子键合，该2价基团A为选自-O-、-S-、-NR8-、-CO-、-SO-及-SO2-中的基团或由这些基团的2种以上连接而成的基团，R1、R2、R5、R6、R7及R8表示氢原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，R3及R4表示卤素原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，m及n为0～2的整数，其中，不包括X为氧原子或硫原子并且具有Y及Z的5员环为咪唑环的方式，以及不包括X为硫原子、Y为CH、Z为硫原子并且R1及R2均为氢原子、并且m及n均为0的方式。2.根据权利要求1所述的微晶有机半导体膜，其中，具有所述Y及Z的5员环为选自噻吩环、呋喃环、硒吩环、吡咯环、噻唑环及噁唑环中的环。3.根据权利要求1或2所述的微晶有机半导体膜，其中，所述R1、R2、R3及R4的碳原子数为30以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微晶有机半导体膜，其中，所述R1及R2为碳原子数20以下的烷基、碳原子数20以下的芳基或碳原子数20以下的杂芳基。5.根据权利要求1至4中任一项所述的微晶有机半导体膜，其中，所述R1与R2相同，所述R3与R4相同，并且m与n相同。6.根据权利要求1至5中任一项所述的微晶有机半导体膜，其中，所述m及n均为0。7.根据权利要求1所述的微晶有机半导体膜，其中，由所述通式(1)表示的分子量3000以下的化合物由下述通式(2)或(3)表示，[化学式2]通式(2)及(3)中，Xa表示氧原子、硫原子或硒原子，Ya及Za表示氧原子、硫原子、硒原子或NR7a，R7a与所述通式(1)中的R7的含义相同，R1a、R2a、R3a、R4a、ma及na分别与通式(1)中的R1、R2、R3、R4、m及n的含义相同，R1a、R2a、R3a及R4a与环构成原子的键合方式也分别相同于通式(1)中的R1、R2、R3及R4与环构成原子的键合方式，其中，通式(2)中不包括Xa为硫原子、Za为硫原子并且R1a及R2a均为氢原子、并且ma及na均为0的方式。8.根据权利要求7所述的微晶有机半导体膜，其中，所述R1a、R2a、R3a及R4a的碳原子数为30以下。9.根据权利要求7或8所述的微晶有机半导体膜，其中，所述R1a及R2a为碳原子数20以下的烷基、碳原子数20以下的芳基或碳原子数20以下的杂芳基。10.根据权利要求7至9中任一项所述的微晶有机半导体膜，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤崇，福崎英治，渡边哲也，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP