[发明专利]有机半导体取向用组合物、有机半导体取向膜、有机半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为用于形成有机半导体的取向膜的组合物的有机半导体取向用组合物、由该组合物形成的有机半导体取向膜、具有该有机半导体取向膜的有机半导体元件及其制造方法。

背景技术

近年来，液晶显示元件由于具有耗电量小以及容易小型化和平板化等优点，所以适合在从移动电话等小型液晶显示装置到液晶电视等大画面液晶显示装置的广泛的用途中使用。在这种液晶显示元件中，通过使分配到各点的液晶切换ON/OFF的状态，可以显示图像，该液晶的ON/OFF切换中，使用薄膜晶体管(TFT)。

作为以场效应型TFT为代表的半导体装置，广泛普及的是使用硅等的无机半导体，同时还逐渐开发有机半导体。有机半导体中包括低分子类有机半导体和高分子类有机半导体，作为构成它们的材料，广泛研究的低分子类有机半导体是并五苯、高分子类有机半导体是聚噻吩衍生物。低分子类有机半导体是通过蒸镀法形成半导体层，相对于此，高分子类有机半导体可以通过涂布法(离心浇注、喷墨法、印刷法等)形成半导体层，不使用真空、高温工艺，而是可以在大气中的室温下涂敷的工艺，所以具有可以低成本制造的优点。另外，还可以期待在树脂基板上形成，所以除了TFT以外，还期待在柔性显示器以及电子纸、塑料IC卡、有机EL、太阳能电池等多种领域中应用。

为了实现有机半导体的高性能化，例如对于开关TFT来说要求高运行频率(例如，几百kHz左右)和高的ON电流/OFF电流的比(ON/OFF比。例如，10⁴～10⁶左右)。为了显现出这样的功能，有效的是控制源极和漏极间的漏极电流。这里，饱和区域的漏极电流(Id)满足下述关系式(I)。

Id＝(W/2L)μCi(Vg-Vt)²…(I)

(式中，W表示信道宽，L表示信道长，μ表示载流子移动度，Ci表示每单位面积的栅极绝缘膜的静电容量，Vg表示栅极电压，Vt表示栅极阈值电压。)

因此，为了满足上述要求，可以增大W/2L和Ci，但是如果增大前者W/2L，则必须形成高精度的电极图案，导致成本飞涨。另一方面，如果增大后者Ci，则栅极绝缘膜的电导率变大，必须使膜厚变薄，从防止在大面积工艺中产生气孔等缺陷的观点出发，有很大的限制。因此，逐渐开发出着眼于这种制约小的提高载流子的移动度μ的方法。作为提高载流子移动度μ的具体方法，尝试通过导入规定有机半导体分子的取向的取向膜，使有机半导体分子在规定方向取向，从而增加有助于电传导的π轨道(π电子)的重叠，提高载流子移动度。

有机半导体分子的取向引起的π轨道的重叠与载流子移动的关系大概可以认为是以下原因。对于构成高分子类有机半导体的π电子共轭型高分子而言，有机半导体高分子链在和取向膜的取向方向相同的方向(电极间的方向)取向，从而可能往主链的取向方向进行载流子移动。另外，对低分子类有机半导体而言，由于在和取向膜的取向方向形成直角的方向(电极间的方向)形成有机半导体分子的π堆积(stack)，所以可以往π轨道重叠的方向进行载流子移动。

有机半导体分子的取向虽然包括在载流子移动方向上摩擦有机半导体层，提高各向异性的方法，但是还无法满足π轨道平面重叠的规定，或者担心产生摩擦损伤或污染。为了解决这种摩擦法的问题，开发出了非接触式光取向法。作为采用该光取向法的有机晶体管，例如在日本特开2009-289783号公报中，在实施例中，提出了依次形成基板、栅极、栅极绝缘层、取向层、源极和漏极以及含有特定材料的有机半导体层的有机场效应型晶体管。

然而，上述文献的有机晶体管虽然可以得到某种程度的载流子移动度，但是必须要相当于光取向性基团的取向的光照射量，无法认为光取向的灵敏度足够高。另外，在试图将有机半导体应用于各种领域时，即使在高温等苛刻的使用条件下，也必须有可以高比例地维持原始的载流子移动度的耐候性(耐热性)。然而，上述文献中，完全没有考虑作为有机半导体元件中的取向层而要求的耐热性(载流子移动度稳定性)。

根据这种情况，希望开出发一种有机半导体取向膜，该取向膜的光取向灵敏度良好，具有源于高耐热性的载流子移动度稳定性，同时可以实现由有机半导体分子的高水平的不同方向的取向引起的高载流子移动度；以及开发出可以形成该有机半导体取向膜的有机半导体取向用组合物。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2009-289783号公报

发明内容