[发明专利]有机半导体组合物、有机薄膜及有机薄膜晶体管

说明书

本发明的目的为提供可由溶液法制作有机薄膜的有机半导体组合物、使用该有机半导体组合物而得到的有机薄膜、以及具有该有机薄膜的实用的场效应晶体管，该场效应晶体管可在保持高迁移率的同时具有小变异，并且阈值的变异也小。即，本说明书揭示一种有机半导体组合物，其包含：有机半导体化合物、绝缘化合物、作为该绝缘化合物的良溶剂的有机溶剂A及作为该绝缘化合物的贫溶剂且沸点高于该有机溶剂A的有机溶剂B，其中该有机溶剂A与该有机溶剂B的含有质量比率a：b为1：8至8：1。

技术领域

本发明涉及有机半导体组合物、涂布或印刷该有机半导体组合物而得到的有机薄膜、以及含有该有机薄膜的有机薄膜晶体管。

背景技术

场效应晶体管一般包含下述构造：在基板上的半导体设置源极电极、漏极电极及隔着所述电极与绝缘体层的栅极电极等。现在，场效应晶体管中，主要使用以硅为代表的无机半导体材料。尤其是将非晶硅形成的层设在玻璃等基板上而成的薄膜晶体管，除了可在显示器等领域中作为逻辑电路元件利用于集成电路以外，也广泛地应用在开关元件上。而且，最近也在积极探讨于半导体材料上使用氧化物半导体。然而，在使用此种无机半导体材料时，由于场效应晶体管在制造时需要高温处理，故在该基板上不能使用耐热性不佳的薄膜或塑料等。此外，因除了制造设备昂贵以外，在制造时也需要大量的能量，故所得的场效应晶体管变成高价物品，使其应用范围非常有限。

另一方面，制造场效应晶体管时使用不需要高温处理的有机半导体材料的场效应晶体管的开发正在进行中。只要可使用有机半导体材料，即可用低温制程制造，扩大可使用的基板材料的范围。其结果，可制作一种薄膜晶体管(有机薄膜晶体管)，其比使用非晶硅等无机半导体时更为软质(flexible)、轻量且不易破损。而且，因其制作方法可施用在含有有机半导体材料的溶液的涂布或喷墨印刷等，故可低价制造大面积的场效应晶体管。

然而，以往可使用在有机半导体材料上的大多有机化合物，难溶于有机溶剂中，不能使用涂布或印刷等便宜的方式，一般用真空蒸镀等昂贵的方法在基板上形成有机薄膜。

近年来，通过改善有机化合物于有机溶剂的溶解性，已可得到由涂布法而表现较高的载流子迁移率的有机薄膜晶体管。不过，欲将包含有机半导体材料的元件实用化，在量产时必须使迁移率或阈值的变异小，且目前正积极地进行通过涂布法制作有机薄膜晶体管的探讨。

非专利文献1中揭示一种使用TIPS-并五苯与聚苯乙烯混合的有机半导体溶液，以滴铸(dropcast)法制作有机薄膜的方法，其中记载具有该有机薄膜的有机半导体元件，其迁移率优良，且迁移率的变异经改善。不过，在非专利文献1的方法中，阈值的变异的改善并不足。

非专利文献2中揭示一种对氯苯添加20％的2-氯酚的混合液中，使用溶解有聚[2,5-双(烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯并-1,4(2H,5H)-二酮-alt-5,5-二(噻吩-2-基)22,20-(E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙烯基)-噻吩]与聚苯乙烯的有机半导体溶液，以喷墨法将有机薄膜成膜的方法，其中记载具有该有机薄膜的有机半导体元件，其迁移率优良，且迁移率的变异经改善。不过，在非专利文献2的方法中，阈值的变异的改善并不足。

非专利文献3中揭示一种使用聚(3-己基噻吩-2,5-二基)与PMMA混合的有机半导体溶液制作有机薄膜的方法，其中记载具有该有机薄膜的有机半导体元件的漏电流与开/关比得到改善。但是，非专利文献3的方法的迁移率不足，故未能实用化。

非专利文献4中揭示一种欲在逻辑电路上使用TFT时，必须有阈值电压的控制，而提出一种浮门法(floating gate method)的具体的方法。然而，非专利文献4涉及改良元件的构成(设计)，并非通过有机半导体材料或有机半导体溶液本身的改良而控制阈值，且未提到任何有关迁移率的内容。