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JP2975530B2 - Organic superlattice material, method for producing the same, and device using the material - Google Patents

Organic superlattice material, method for producing the same, and device using the material

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JP2975530B2
JP2975530B2 JP6120058A JP12005894A JP2975530B2 JP 2975530 B2 JP2975530 B2 JP 2975530B2 JP 6120058 A JP6120058 A JP 6120058A JP 12005894 A JP12005894 A JP 12005894A JP 2975530 B2 JP2975530 B2 JP 2975530B2
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organic
thin film
carbon atoms
different
general formula
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学材料や電子
材料として用いられる有機超格子材料、その製造方法お
よび該材料を用いた電子デバイスおよび光デバイスに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic superlattice material used as a nonlinear optical material or an electronic material, a method for producing the same, and an electronic device and an optical device using the material.

【0002】[0002]

【従来の技術】超高速トランジスタなどの高機能性を有
する電子デバイス、レーザなどの光電子デバイス、光の
変調やスイッチングを行う光制御デバイスには、その必
要な材料機能を有する新材料が必要である。その新材料
には天然では存在しない材料である超格子材料が有効で
あることが広く認識され、主に化合物半導体においてそ
の材料開発が行われている。
2. Description of the Related Art High-functionality electronic devices such as ultra-high-speed transistors, opto-electronic devices such as lasers, and optical control devices for modulating and switching light require new materials having the necessary material functions. . It is widely recognized that a superlattice material, which is a material that does not exist in nature, is effective as the new material, and material development is being carried out mainly on compound semiconductors.

【0003】この超格子材料とは、層ごとにその物性が
変化する薄膜を多層に積み重ねることによって新たな物
性が発現する材料のことであり、これまでに波長が制御
された量子井戸レーザや超高速トランジスタなどがこの
材料を用いることにより実現されている。これらの超格
子材料における物性発現の原理、基本的な設計の考え
方、必要な作製技術については、「半導体超格子の物理
と応用」1〜129頁(日本物理学会編、培風館発行
(1984年))に記載されている。
[0003] The superlattice material is a material that develops new physical properties by stacking a plurality of thin films whose physical properties change for each layer. High-speed transistors and the like have been realized by using this material. For the principles of physical properties of these superlattice materials, basic design concepts, and necessary fabrication techniques, see “Physics and Applications of Semiconductor Superlattices”, pp. 1-129 (edited by The Physical Society of Japan, published by Baifukan (1984)). )It is described in.

【0004】材料を超格子化することによって発現する
現象の基本は、通常3次元に広がっている電子や正孔を
表す電子状態を人工的に作製したポテンシャルである量
子井戸に閉じこめることによるエネルギー準位の量子化
と複数の量子井戸の間で起こる共鳴効果である。また、
作製技術としては膜厚が原子分子オーダーの厚みで制御
され、乱れのない結晶構造や精巧な異種材料界面が必要
なことから、分子線エピタキシー法(MBE)や有機金
属化学気相堆積法(MOCVD)が通常用いられてい
る。
[0004] The basis of the phenomenon that occurs when a material is made into a superlattice is that the energy level by confining the electronic state representing electrons or holes, which are usually spread three-dimensionally, in a quantum well, which is an artificially created potential, is considered. And the resonance effect that occurs between the quantum wells. Also,
As the fabrication technology, the film thickness is controlled by the thickness on the order of atoms and molecules, and a crystal structure without disorder and a sophisticated interface between dissimilar materials are required. Therefore, molecular beam epitaxy (MBE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) are required. ) Is commonly used.

【0005】しかし、通常の化合物半導体を用いた超格
子材料ではその構成材料に制限があり、物性的にも設計
に限界があるため、全く新規な材料系として原材料に有
機化合物を用いた有機超格子材料が提案されている。有
機化合物をその構成材料として用いることにより、新規
な超格子材料がえられる可能性が広がると考えられてい
る。この有機超格子に関する研究開発は、まだ緒につい
たばかりであり、その実現例は非常に少ない。
However, a superlattice material using an ordinary compound semiconductor is limited in its constituent material and its design is limited in terms of physical properties. Therefore, an organic superlattice using an organic compound as a raw material is a completely new material system. Lattice materials have been proposed. It is thought that the possibility of obtaining a new superlattice material is widened by using an organic compound as its constituent material. Research and development on this organic superlattice has only just begun, and very few examples have been realized.

【0006】図16は実際に作製されている有機超格子
の従来例の断面図である。これは典型的な平面型π共役
系化合物であるペリレン誘導体とナフタレン誘導体を原
料として用い、有機分子線蒸着法により作製したもので
ある。「アプライド・フィジックス・レターズ」第56
巻第7号674頁(アメリカ物理学会発行(1989
年))、図16において70は基板である石英基板層、
71はペリレン誘導体薄膜層、72はナフタレン誘導体
薄膜層である。その材料においては吸収スペクトルがわ
ずかにシフトしていることから量子効果が発現している
ことを報告している。また、イシタニらは平面型π共役
系化合物である水素化テトラフェニルポルフィリンと亜
鉛テトラフェニルポルフィリンからなる有機超格子材料
を作製し、報告している。(「ジャーナル・オブ・アプ
ライドフィジックス」第73巻第6号2826頁(19
93年))。
FIG. 16 is a sectional view of a conventional example of an organic superlattice actually manufactured. This is manufactured by an organic molecular beam evaporation method using perylene derivatives and naphthalene derivatives, which are typical planar π-conjugated compounds, as raw materials. "Applied Physics Letters" No. 56
Vol. 7, p. 674 (published by the American Physical Society (1989)
Year)), 70 is a quartz substrate layer which is a substrate,
71 is a perylene derivative thin film layer, and 72 is a naphthalene derivative thin film layer. It is reported that the quantum effect is exhibited by the slight shift of the absorption spectrum in the material. Also, Ishitani et al. Have prepared and reported an organic superlattice material composed of hydrogenated tetraphenylporphyrin and zinc tetraphenylporphyrin, which are planar π-conjugated compounds. ("Journal of Applied Physics," Vol. 73, No. 6, page 2826 (19
1993)).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の有機超格子材料
はたとえば以上のように構成されており、吸収スペクト
ルのシフトも観測されているが、その物性が大きく向上
するなどの効果は観測されていないという問題点があっ
た。本来、有機超格子の実現によって実現が期待される
物性の変化、たとえば電気伝導度の向上や非線形光学定
数の増大が観測されていないことの理由としては、それ
らの超格子が要求される物性に対して最適な材料設計が
なされていないことがあげられる。
The conventional organic superlattice material is constituted as described above, for example, and a shift in the absorption spectrum is observed. However, effects such as a significant improvement in the physical properties are observed. There was no problem. Originally, changes in physical properties expected to be realized by the realization of organic superlattices, such as improvement in electrical conductivity and increase in nonlinear optical constant, were not observed because the physical properties required for those superlattices were The material design is not optimal.

【0008】現在、有機超格子を作製するための方法と
しては、有機分子線蒸着法が最も一般的に用いられてい
るが、この作製方法は現時点においても研究開発段階に
あり、適用できる材料が限定されている。したがって、
現時点では分子線蒸着可能な材料の組み合わせで超格子
を作製しており、それは多層薄膜であるが新規な物性を
発現する本来の超格子材料ではないのが現状である。こ
のように従来の有機超格子材料においては、超格子作製
のための材料設計に基づく構成材料の選定が行われてい
ない。すなわち、超格子材料設計に必要な構成材料の物
性であるバンド構造、誘電率、屈折率、導電率、電子親
和力、イオン化ポテンシャルなどを自在に設定可能であ
る材料の設計が必要であるという問題点があった。
At present, an organic molecular beam deposition method is most commonly used as a method for producing an organic superlattice, but this production method is still in the research and development stage, and applicable materials are currently available. Limited. Therefore,
At present, the superlattice is made of a combination of materials capable of molecular beam deposition, and it is a multilayer thin film, but it is not an original superlattice material exhibiting novel physical properties. As described above, in the conventional organic superlattice material, no constituent material is selected based on the material design for producing the superlattice. That is, it is necessary to design a material that can freely set the band structure, dielectric constant, refractive index, electrical conductivity, electron affinity, ionization potential, and the like, which are the physical properties of the constituent materials required for superlattice material design. was there.

【0009】また、薄膜構造の点においても材料の結晶
性が低いために、一つの層の中で電子状態が広がってい
ない、あるいはその電子励起に周期的秩序に基づくコヒ
ーレンスがないなどの問題点があった。超格子材料にお
いて、電子や正孔に対して量子井戸への閉じこめ効果や
井戸間の共鳴を効率的に起こさせるためには、その電子
状態に空間的な広がりが形成されていることが必要であ
る。このような電子状態を発現させるためには、個々の
分子の電子状態が充分に相互作用してバンド構造を形成
することが必要であり、空間的な構造として周期的な長
距離秩序、すなわち結晶性が必要である。
[0009] Further, in the point of the thin film structure, since the crystallinity of the material is low, the electronic state does not spread in one layer, or there is no coherence based on the periodic order in the electronic excitation. was there. In a superlattice material, in order for electrons and holes to effectively confine electrons in quantum wells and to cause resonance between wells, it is necessary that their electronic states have a spatial spread. is there. In order to express such an electronic state, it is necessary that the electronic states of the individual molecules interact sufficiently to form a band structure. Sex is required.

【0010】また、量子井戸の形成や井戸間の共鳴を誘
起するために必要な異種材料の間でスムーズでしかもそ
の物性値が急激に変化している界面が形成されていない
という問題点があった。そのためには界面を形成する材
料が結晶性であり、しかもその間に格子定数の整合性が
必要である。
Another problem is that no interface is formed between different kinds of materials required for forming quantum wells and inducing resonance between the wells, the interface being smooth and having rapidly changing physical properties. Was. For that purpose, the material forming the interface is crystalline, and it is necessary to match the lattice constant between them.

【0011】また作製した有機超格子の構造安定性がわ
るいという問題点があった。
There is another problem that the organic superlattice thus produced has poor structural stability.

【0012】さらに、有機超格子材料を用いた高速トラ
ンジスタは、現状では全くえらえていない。
Further, a high-speed transistor using an organic superlattice material has not been obtained at present.

【0013】[0013]

【0014】さらに、有機超格子材料を用い、高速スイ
ッチングが可能でそのスイッチ比の大きい光スイッチン
グ素子は、現状では全くえられていない。
Further, an optical switching element using an organic superlattice material and capable of high-speed switching and having a large switch ratio has not been obtained at present.

【0015】さらに、有機超格子材料を用い、高速応答
が可能で入力光の強度に対して双安定性を示す論理デバ
イスは、現状では全くえられていない。
Further, no logic device using an organic superlattice material, capable of high-speed response and exhibiting bistability with respect to the intensity of input light has been obtained at present.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明における第1の発
明は、膜厚が0.5〜100mmの少なくとも2種の有
機薄膜を少なくとも2層積層して構成される有機材料に
おいて、該少なくとも2種の有機薄膜のいずれにおいて
も、該薄膜を構成する分子の基本骨格がつぎに示すπ共
役系直鎖状オリゴマーを含む有機超格子材料に関する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an organic material comprising at least two layers of at least two kinds of organic thin films having a thickness of 0.5 to 100 mm. The present invention relates to an organic superlattice material in which any one of the kinds of organic thin films has a fundamental skeleton of a molecule constituting the thin film containing a π-conjugated linear oligomer shown below .

【0017】本発明における前記π共役系直鎖状オリゴ
マーの繰り返し単位、一般式(I):
[0017] The repeating units of put that before Symbol π-conjugated linear oligomers in the present invention, the general formula (I):

【0018】[0018]

【化17】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II):
Embedded image (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II):

【0019】[0019]

【化18】 (式中、YはS、−CH=CH−、N−H、N−C
3、SeまたはO、R3、R4は同一かまたは異なり、
それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基または炭素数1
〜3のアルコキシ基)で示される芳香族分子団(II)
の1種もしくは2種以上、または一般式(III):
Embedded image (Where Y is S, -CH = CH-, NH, NC
H 3 , Se or O, R 3 , R 4 are the same or different,
H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or 1 carbon atom
Aromatic group (II) represented by the following formulas:
Or one or more of the following, or a general formula (III):

【0020】[0020]

【化19】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)の1種もしくは2種以上からなり、オ
リゴマーの分子鎖末端がH、炭素数1〜3のアルキル
基、炭素数1〜3のアルコキシ基、アジド基、フェニル
基、
Embedded image (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). One or more aromatic molecular groups (III), wherein the molecular chain end of the oligomer is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, an azide group, a phenyl group,

【0021】[0021]

【化20】 またはそれらの2種であるものであるEmbedded image Or those which are two of them.

【0022】本発明における第の発明は、前記π共役
系直鎖状オリゴマーが、一般式(I):
In a second aspect of the present invention, the π-conjugated linear oligomer is represented by the general formula (I):

【0023】[0023]

【化21】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II):
Embedded image (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II):

【0024】[0024]

【化22】 (式中、YはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
3、R4は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(II)の1種もしくは2種以
上または一般式(III):
Embedded image (Wherein, Y is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 3 and R 4 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (II) represented by the following or a general formula (III):

【0025】[0025]

【化23】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)の1種もしくは2種以上のうちの2種
の芳香族分子団からなる交互共重合体であるものに関す
る。
Embedded image (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). The present invention relates to an alternating copolymer comprising two or more of one or more aromatic molecular groups (III).

【0026】本発明における第の発明は、前記π共役
系直鎖状オリゴマーが、一般式(I):
According to a third aspect of the present invention, the π-conjugated linear oligomer is represented by the general formula (I):

【0027】[0027]

【化24】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II):
Embedded image (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II):

【0028】[0028]

【化25】 (式中、YはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
3、R4は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(II)の1種もしくは2種以
上、または一般式(III):
Embedded image (Wherein, Y is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 3 and R 4 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (II) represented by the following formulas or the general formula (III):

【0029】[0029]

【化26】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)の1種もしくは2種以上のうちの2種
の芳香族分子団からなるブロック共重合体であるものに
関する。
Embedded image (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). The present invention relates to a block copolymer comprising two or more aromatic molecular groups (III).

【0030】本発明における第の発明は、前記π共役
系直鎖状オリゴマーが、一般式(I):
In a fourth aspect of the present invention, the π-conjugated linear oligomer is represented by the general formula (I):

【0031】[0031]

【化27】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II):
Embedded image (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II):

【0032】[0032]

【化28】 (式中、YはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
3、R4は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(II)の1種もしくは2種以
上、または一般式(III):
Embedded image (Wherein, Y is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 3 and R 4 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (II) represented by the following formulas or the general formula (III):

【0033】[0033]

【化29】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)の1種もしくは2種以上のうちの単一
芳香族分子団からなり、有機超格子を構成する基本薄膜
が該単一芳香族分子団のπ共役系直鎖状オリゴマーの2
種以上からなる混合薄膜であり、該基本薄膜と組成比の
異なる1または2以上の薄膜を積層することにより構成
されてなるものに関する。
Embedded image (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). The basic thin film comprising one or more of the aromatic molecular groups (III) and constituting the organic superlattice is a π-conjugated linear oligomer of the single aromatic molecular group 2
The present invention relates to a mixed thin film composed of at least one kind of a thin film, which is formed by laminating one or two or more thin films having different composition ratios from the basic thin film.

【0034】本発明における第の発明は、前記π共役
系直鎖状オリゴマーが、一般式(I):
In a fifth aspect of the present invention, the π-conjugated linear oligomer is represented by the general formula (I):

【0035】[0035]

【化30】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II):
Embedded image (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II):

【0036】[0036]

【化31】 (式中、YはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
3、R4は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(II)の1種もしくは2種以
上または一般式(III):
Embedded image (Wherein, Y is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 3 and R 4 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (II) represented by the following or a general formula (III):

【0037】[0037]

【化32】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
化合物(III)のうちの異種の芳香族分子団からな
り、有機超格子を構成する基本薄膜が該異種芳香族分子
団のπ共役系直鎖状オリゴマーの2種以上からなる混合
薄膜であり、該基本薄膜と組成比の異なる1または2以
上の薄膜を積層することにより構成されてなるものに関
する。
Embedded image (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). The basic thin film that is composed of different aromatic molecular groups of the aromatic compound (III) and that constitutes the organic superlattice is a mixed thin film composed of two or more kinds of π-conjugated linear oligomers of the different aromatic molecular groups. In addition, the present invention relates to a device formed by laminating one or two or more thin films having different composition ratios from the basic thin film.

【0038】本発明における第の発明は、前記有機薄
膜層がいずれもπ共役系直鎖状オリゴマーの結晶からな
るものであるものに関する。
The sixth invention of the present invention relates to the invention, wherein each of the organic thin film layers comprises a crystal of a π-conjugated linear oligomer.

【0039】本発明における第の発明は、前記2種以
上の有機薄膜層において、異なる組成を有する有機薄膜
層の格子定数の差が10%以内であるものに関する。
A seventh invention according to the present invention relates to the above-mentioned two or more kinds of organic thin-film layers, wherein a difference in lattice constant between organic thin-film layers having different compositions is within 10%.

【0040】本発明における第の発明は、前記有機薄
膜層が、該有機薄膜層内の前記π共役系直鎖状オリゴマ
ーの分子間を重合または架橋させて高分子量化させたも
のであるものに関する。
According to an eighth aspect of the present invention, in the organic thin film layer, the molecular weight of the π-conjugated linear oligomer in the organic thin film layer is increased by polymerizing or crosslinking between molecules. About.

【0041】本発明における第の発明は、前記有機薄
膜層が、有機薄膜層界面に存在する前記π共役系直鎖状
オリゴマーに化学反応を誘起させ、薄膜間の該π共役系
直鎖状オリゴマーを重合させたものであるものに関す
る。
In a ninth aspect of the present invention, the organic thin film layer induces a chemical reaction in the π-conjugated linear oligomer existing at the interface of the organic thin-film layer, and the π-conjugated linear oligomer between the thin films is formed. It relates to a product obtained by polymerizing an oligomer.

【0042】本発明における第10の発明は、前記有機
薄膜層に外部からの光、放射線または電子線を照射し、
光化学反応を誘起させて該有機薄膜層内の分子間を重合
または架橋させて高分子量化させることに関する。
According to a tenth aspect of the present invention, the organic thin film layer is irradiated with external light, radiation or electron beam,
The present invention relates to inducing a photochemical reaction to polymerize or crosslink molecules in the organic thin film layer to increase the molecular weight.

【0043】本発明における第11の発明は、前記有機
薄膜層に外部からの光、放射線または電子線を照射し、
光化学反応を誘起させて薄膜間ないし薄膜内の前記π共
役系直鎖状オリゴマーを重合させることに関する。
According to an eleventh aspect of the present invention, the organic thin film layer is irradiated with external light, radiation or electron beam,
The present invention relates to inducing a photochemical reaction to polymerize the π-conjugated linear oligomer between or in thin films.

【0044】さらに、本発明における第12の発明は、
基板と前記有機超格子材料とからなる高速トランジスタ
に関する。
Further, a twelfth aspect of the present invention provides:
The present invention relates to a high-speed transistor including a substrate and the organic superlattice material.

【0045】[0045]

【0046】さらに、本発明における第13の発明は、
基板と前記有機超格子とからなる光スイッチング素子に
関する。
Further, a thirteenth aspect of the present invention provides:
The present invention relates to an optical switching element including a substrate and the organic superlattice.

【0047】さらに、本発明における第14の発明は、
基板と前記有機超格子材料とからなる光双安定素子に関
する。
Further, a fourteenth aspect of the present invention provides:
The present invention relates to an optical bistable device including a substrate and the organic superlattice material.

【0048】[0048]

【実施例】本発明における第1の発明での有機超格子材
料の基本となるπ共役系直鎖状オリゴマー材料として
は、前記一般式(I)、(II)または(III)の1
種または2種以上の芳香族分子団から構成されればよ
い。直鎖状オリゴマーを構成する該分子団の数として
は、特に制限はないが、室温で固体状態であることや、
充分なπ共役電子の広がりを有するという観点からは、
3個以上が好ましい。また、作製する薄膜の構造を制御
すること、混合薄膜を形成したときには構成する2種以
上のπ共役系直鎖状オリゴマーの空間的な形状や大きさ
が同程度であることが望ましいこと、原料の合成の上で
前記分子団数が増加すると分子量分散が生じやすくまた
分離も容易でないことなどの観点から、用いるπ共役系
直鎖状オリゴマーの分子団数は10個以下が好ましい。
The π-conjugated linear oligomer material which is the basis of the organic superlattice material according to the first aspect of the present invention includes one of the above-mentioned general formulas (I), (II) and (III).
What is necessary is just to consist of a kind or two or more kinds of aromatic molecular groups. The number of the molecular groups constituting the linear oligomer is not particularly limited, but may be a solid state at room temperature,
From the viewpoint of having a sufficient π-conjugated electron spread,
Three or more are preferred. In addition, it is desirable to control the structure of the thin film to be produced, that the two or more kinds of π-conjugated linear oligomers constituting the mixed thin film should have the same spatial shape and size when formed, The number of the molecular groups of the π-conjugated linear oligomer used is preferably 10 or less from the viewpoint that the molecular weight dispersion is likely to occur and the separation is not easy if the number of the molecular groups increases upon the synthesis of the compound.

【0049】さらに、合成の容易さ、π共役電子の充分
な広がり、室温での材料の取扱いやすさ、薄膜作製時の
構造制御性などを総合的に考慮すると、5個から8個の
前記分子団数を有するπ共役系直鎖状オリゴマーが好ま
しい。
Further, considering the ease of synthesis, the sufficient spread of π-conjugated electrons, the ease of handling materials at room temperature, and the controllability of the structure at the time of forming a thin film, from 5 to 8 molecules of the molecule A π-conjugated linear oligomer having a group number is preferred.

【0050】その典型的な例を示す。A typical example will be described.

【0051】たとえばFor example,

【0052】[0052]

【化33】 で示されるチオフェン環をπ共役系直鎖状に結合された
オリゴチオフェンの6量体(化合物(1))と、
Embedded image A hexamer of an oligothiophene (compound (1)) in which a thiophene ring represented by

【0053】[0053]

【化34】 で示されるベンゼン環を直鎖状に結合させたオリゴフェ
ニレンの6量体(化合物(2))からなる積層薄膜の膜
厚方向に対するエネルギー準位図を図1に示す。図1に
おいて1は伝導帯、2は価電子帯を示す。図1からこの
積層膜はタイプ1の超格子であることがわかる。この超
格子の分類については「半導体超格子の物理と応用」2
〜4頁(日本物理学会編、培風館発行(1984年))
に記載されている。超格子系の伝導帯の電子あるいは価
電子帯のホールが感じるポテンシャルは近似的に井戸型
ポテンシャルで表され、本実施例においては、伝導帯の
底のエネルギーが低いオリゴチオフェンが井戸に、高い
オリゴフェニレンが障壁になる。障壁の高さは2つの半
導体のヘテロ界面での伝導帯、価電子帯におけるエネル
ギーバンドの不連続の大きさに相当する。ここで井戸で
あるオリゴチオフェンの厚さが障壁であるオリゴフェニ
レンの厚さに比べて充分大きいばあい、電子は障壁を越
えることができないために井戸付近に局在化する。その
結果、電子はオリゴチオフェン層に閉じ込められ、電子
は特定の空間内に束縛されるためにその状態密度は量子
化される。その結果、バルクのばあいでは見られない量
子効果が発現する。
Embedded image FIG. 1 shows an energy level diagram in the film thickness direction of a laminated thin film composed of an oligophenylene hexamer (compound (2)) having a benzene ring bonded in a linear manner. In FIG. 1, 1 indicates a conduction band and 2 indicates a valence band. FIG. 1 shows that this laminated film is a type 1 superlattice. See “Physics and Applications of Semiconductor Superlattices” 2
4 pages (edited by The Physical Society of Japan, published by Baifukan (1984))
It is described in. The potential perceived by electrons in the conduction band or holes in the valence band of the superlattice system is approximately represented by a well-type potential. Phenylene is a barrier. The height of the barrier corresponds to the discontinuity of the energy band in the conduction band and the valence band at the hetero interface between the two semiconductors. Here, if the thickness of the oligothiophene, which is a well, is sufficiently larger than the thickness of oligophenylene, which is a barrier, electrons cannot cross the barrier and are localized near the well. As a result, the electrons are confined in the oligothiophene layer, and the density of states is quantized because the electrons are bound in a specific space. As a result, a quantum effect that cannot be seen in the case of bulk is developed.

【0054】図1に示した量子井戸様の電子状態を有す
る有機超格子は、主に有機分子線蒸着法、有機イオンク
ラスタービーム蒸着法などの真空蒸着法、電解重合法、
ラングミアーブロジェット(Langmuir−Blo
dgett)法などにより製造可能である。
The organic superlattice having the quantum well-like electronic state shown in FIG. 1 is mainly composed of a vacuum evaporation method such as an organic molecular beam evaporation method, an organic ion cluster beam evaporation method, an electrolytic polymerization method, or the like.
Langmuir-Blodget (Langmuir-Blo
dgett) method.

【0055】本発明における基板としては、石英板、ス
ライドガラスなどのアモルファス基板、臭化カリウム、
塩化ナトリウム、塩化カリウムなどのアルカリハライド
単結晶板、シリコンウェハなどおよびこれらの基板に
金、銀、アルミニウムなどの金属を蒸着させた板などが
あげられる。
As the substrate in the present invention, a quartz plate, an amorphous substrate such as a slide glass, potassium bromide,
Examples include an alkali halide single crystal plate such as sodium chloride and potassium chloride, a silicon wafer, and a plate obtained by depositing a metal such as gold, silver, or aluminum on these substrates.

【0056】本発明における有機薄膜の膜厚は、0.5
〜100nm好ましくは0.5〜10nmであり、該膜
厚が0.5nm未満では分子の大きさより小さくなるた
め製造不可能であり、100nmを超えると薄膜化によ
る特異的な物性が発現しない傾向がある。
The thickness of the organic thin film in the present invention is 0.5
If the film thickness is less than 0.5 nm, it cannot be manufactured because it is smaller than the molecular size, and if it exceeds 100 nm, there is a tendency that specific physical properties due to thinning do not appear. is there.

【0057】本発明における有機薄膜は少なくとも2種
を用いるが好ましく、2〜4種を用いるのが新規な物性
発現の点からさらに好ましい。
It is preferable to use at least two kinds of organic thin films in the present invention, and it is more preferable to use 2 to 4 kinds of organic thin films from the viewpoint of developing new physical properties.

【0058】本発明における有機薄膜は少なくとも2層
積層することが好ましく、2〜50層用いるのが特性を
有効に発現させる点からさらに好ましい。
It is preferable that at least two layers of the organic thin film in the present invention are laminated, and it is more preferable to use 2 to 50 layers from the viewpoint of effectively exhibiting characteristics.

【0059】この発明においては、超格子材料の構成分
子にπ共役系直鎖状オリゴマーを用いるので、ポリマー
を用いるばあいに起こる分子量の分散に起因する特性の
悪化を抑えることができ、また種々の材料の組み合わせ
による基本構成膜の材料物性を設計することができ、こ
れによってπ電子の効果を有効に利用した有機超格子の
材料設計および製造を可能にすることができる。
In the present invention, since a π-conjugated linear oligomer is used as a constituent molecule of the superlattice material, deterioration of characteristics due to dispersion of molecular weight which occurs when a polymer is used can be suppressed. It is possible to design the material properties of the basic constituent film by the combination of the materials described above, thereby enabling the material design and production of the organic superlattice by effectively utilizing the effect of π electrons.

【0060】本発明におけるπ共役系直鎖状オリゴマー
とは、前記一般式(I)、(II)または(III)で
示される芳香族分子団(I)、(II)または(II
I)が好適に用いられうる。
[0060] and put that π-conjugated linear oligomers to the present invention, the general formula (I), (II) or aromatic molecular group represented by (III) (I), (II) or (II
I) can be suitably used.

【0061】前記超格子材料の基本骨格に前記一般式
(I)、(II)または(III)で示される芳香族分
子団で構成されるπ共役系直鎖状オリゴマーを用いるこ
とによって、薄膜材料の基本物性であるバンド構造、導
電率、誘電率、屈折率、電子親和力、イオン化ポテンシ
ャルなどを自由に制御でき、従来よりも広い有機超格子
の材料設計を可能にすることができる。
By using a π-conjugated linear oligomer composed of the aromatic molecular group represented by the general formula (I), (II) or (III) as the basic skeleton of the superlattice material, The band structure, conductivity, dielectric constant, refractive index, electron affinity, ionization potential, and the like, which are the basic physical properties of, can be freely controlled, and a wider material design of the organic superlattice than before can be made possible.

【0062】前記一般式(I)の好ましい具体例として
は、たとえば
Preferred examples of the general formula (I) include, for example,

【0063】[0063]

【化35】 などがあげられる。Embedded image And so on.

【0064】前記一般式(II)の好ましい具体例とし
ては、たとえば
Preferred specific examples of the general formula (II) include, for example,

【0065】[0065]

【化36】 などがあげられる。Embedded image And so on.

【0066】前記一般式(III)の好ましい具体例と
しては、たとえば
Preferred specific examples of the general formula (III) include, for example,

【0067】[0067]

【化37】 などがあげられる。Embedded image And so on.

【0068】本発明における第および第の発明にお
いて、前記π共役系直鎖状オリゴマーを構成する分子団
が前記一般式(I)、(II)または(III)で示さ
れる芳香族のうちの2種の成分からなる交互共重合体ま
たはブロック共重合体を用いることにより、材料の物性
が分子全体にわたって均一となるなどランダム共重合体
ではえられない基本物性の制御を可能とすることがで
き、有機超格子の材料設計を可能にすることができる。
In the second and third aspects of the present invention, the molecular group constituting the π-conjugated linear oligomer is selected from the aromatic groups represented by the general formula (I), (II) or (III). By using an alternating copolymer or a block copolymer composed of the two types of components described above, it is possible to control basic physical properties that cannot be obtained with a random copolymer such that the physical properties of the material are uniform over the entire molecule. The material design of the organic superlattice can be made possible.

【0069】交互共重合体の好ましい具体例としては、Preferred specific examples of the alternating copolymer include:

【0070】[0070]

【化38】 などがあげられる。Embedded image And so on.

【0071】本発明における第および第の発明にお
いて、前記π共役系直鎖状オリゴマーの基本骨格に前記
一般式(I)、(II)または(III)のうちの基本
となる芳香族部分が単一成分であるかまたは単一成分に
アルキル基またはアルコキシ基が結合したホモオリゴマ
ーを用いるか、あるいは異種の成分のコオリゴマーを用
い、基本構成薄膜が2種以上のホモオリゴマーまたはコ
オリゴマーの混合膜であり、これらを交互に積層するこ
とによって薄膜の物性であるバンド構造、導電率、誘電
率、屈折率、電子親和力、イオン化ポテンシャルなどを
自由に制御でき、従来よりも有機超格子の設計を広く可
能にすることができる。
In the fourth and fifth aspects of the present invention, the basic skeleton of the π-conjugated linear oligomer is an aromatic moiety which is a basic moiety of the general formula (I), (II) or (III). Is a single component, or a homo-oligomer in which an alkyl group or an alkoxy group is bonded to a single component, or a co-oligomer of a different component is used, and the basic constituent thin film is composed of two or more homo-oligomers or co-oligomers. It is a mixed film, and by alternately laminating them, it is possible to freely control the physical properties of the thin film such as band structure, conductivity, dielectric constant, refractive index, electron affinity, ionization potential, etc. Can be made widely possible.

【0072】また、前記単一成分からなるオリゴマーを
2種以上用いる混合薄膜は、価電子帯と伝導帯の相対エ
ネルギーの違いの点から、たとえば
Further, the mixed thin film using two or more kinds of oligomers composed of the single component can be used, for example, in view of the difference in relative energy between the valence band and the conduction band.

【0073】[0073]

【化39】 の組合せが好ましい。Embedded image Are preferred.

【0074】また、前記組成比の異なる複数の薄膜を積
層するばあい、効果的に井戸層を形成させる点から、た
とえば上記化合物を80:20と20:80とする組合
せが好ましい。
When a plurality of thin films having different composition ratios are stacked, a combination of the above compounds, for example, 80:20 and 20:80 is preferable from the viewpoint of effectively forming a well layer.

【0075】本発明における第の発明においては、前
記有機薄膜を構成分子とする基本分子に前記π共役系直
鎖状オリゴマーを用い、その構造を結晶性としたのでそ
の有機薄膜内の電子状態が広がった状態となり、超格子
構造を作製したときに量子閉じこめ効果を有効に誘起さ
せることができ、超格子構造の効果を効果的に発現させ
うることができる。
In the sixth aspect of the present invention, the π-conjugated linear oligomer is used as a basic molecule having the organic thin film as a constituent molecule, and its structure is made crystalline. Is spread, and the quantum confinement effect can be effectively induced when the superlattice structure is manufactured, and the effect of the superlattice structure can be effectively exhibited.

【0076】前記、結晶をうるには急峻な組成変化をう
る点から分子線蒸着法やイオンビーム蒸着法などのドラ
イプロセスにより製膜するのが好ましい。
In order to obtain a crystal, it is preferable to form a film by a dry process such as a molecular beam evaporation method or an ion beam evaporation method from the viewpoint of obtaining a sharp composition change.

【0077】本発明における第の発明では、前記基本
構成薄膜の異種材料間の界面の格子定数の差を10%以
内にしたので、界面でのエピタキシャル成長、歪みエピ
タキシャル成長を可能とし、格子の位相整合をとること
により、材料の空間的な構造に空隙を生じたり、電子の
バンド構造に大きな障壁を生じたりすることのない有機
超格子が作製可能である。
In the seventh aspect of the present invention, the difference in lattice constant at the interface between dissimilar materials of the basic constituent thin film is set to 10% or less, so that epitaxial growth and strained epitaxial growth at the interface are enabled, and phase matching of the lattice is achieved. By taking the above, an organic superlattice can be manufactured without generating voids in the spatial structure of the material or generating a large barrier in the band structure of electrons.

【0078】本発明における第の発明において、前記
π共役系直鎖状オリゴマーの分子間を重合させるには光
化学反応により重合させる点から分子末端に光活性な置
換基を結合すればよく、また架橋させるには光化学反応
により架橋させる点から分子鎖中に反応活性な置換基を
結合すればよい。なお、前記重合または架橋後の高分子
の分子量は量子効果発現や材料の安定性の点から200
〜10000が好ましい。
In the eighth aspect of the present invention, in order to polymerize between the molecules of the π-conjugated linear oligomer, a photoactive substituent may be bonded to the molecular terminal from the viewpoint of polymerization by a photochemical reaction. For crosslinking, a reactive group may be bonded to the molecular chain from the viewpoint of crosslinking by a photochemical reaction. The molecular weight of the polymer after polymerization or cross-linking is 200 points from the viewpoint of quantum effect development and material stability.
It is preferably from 10,000 to 10,000.

【0079】本発明における第の発明において前記オ
リゴマーに化学反応を起こさせて重合し異種薄膜界面を
連続化するのは、単独の層に比べて超格子構造の安定化
の点で好ましく、重合後の分子量は200〜10000
であるのが材料安定化の点から好ましい。
In the ninth aspect of the present invention, it is preferable that the oligomer is caused to undergo a chemical reaction to be polymerized to make the interface between different thin films continuous in terms of stabilization of the superlattice structure as compared with a single layer. Later molecular weight is 200-10000
Is preferable from the viewpoint of material stabilization.

【0080】また、本発明における第10の発明におい
て、重合または架橋する方法としては光、放射線または
電子線を前記オリゴマーに照射すればよいが、材料に形
態変化を誘起させない点から照射エネルギー強度は1メ
ガワット以下が好ましい。
In the tenth aspect of the present invention, the oligomer may be irradiated with light, radiation or an electron beam as a method of polymerizing or crosslinking. However, the irradiation energy intensity is low since the material does not induce a morphological change. Preferably less than 1 megawatt.

【0081】前記第および第10の発明においては、
基本構成薄膜内のπ共役系直鎖状オリゴマーに外部から
の光、放射線または電子線を照射して分子内で化学反応
を誘起させて重合または架橋させることにより、より広
がったバンド構造が形成され、また材料の安定性を高め
ることができる。
In the eighth and tenth aspects,
The π-conjugated linear oligomer in the basic thin film is irradiated with external light, radiation or electron beam to induce a chemical reaction in the molecule to polymerize or crosslink, forming a wider band structure. , And also enhance the stability of the material.

【0082】本発明における第11の発明において前記
オリゴマーを重合させる方法としては光、放射線または
電子線を照射すればよいが、材料に形態変化を誘起させ
ない点から照射エネルギー強度は1メガワット以下が好
ましい。
In the eleventh invention of the present invention, the oligomer may be polymerized by irradiating light, radiation or an electron beam, but the irradiation energy intensity is preferably 1 megawatt or less from the viewpoint that no morphological change is induced in the material. .

【0083】本発明における第および11の発明にお
いては、基本構成薄膜の異種薄膜界面のπ共役系直鎖状
オリゴマーに外部からの光、放射線または電子線を照射
して界面の異種分子間で化学反応を誘起させ重合させた
ことにより、異種薄膜界面でのバンド構造が連続とな
り、また材料の安定性を高めることができる。
In the ninth and eleventh aspects of the present invention, the π-conjugated linear oligomer at the interface between the different types of thin films of the basic constituent thin film is irradiated with external light, radiation or an electron beam to allow the heterogeneous molecules at the interface between the different types of molecules. By inducing a chemical reaction and polymerizing, the band structure at the interface between different thin films becomes continuous, and the stability of the material can be enhanced.

【0084】本発明における第12の発明においては、
井戸層の膜厚が5〜10nm、障壁層の膜厚が10〜1
00nmで交互に10層程度積層させた薄膜を用いるこ
とが好ましい。
In the twelfth aspect of the present invention,
The thickness of the well layer is 5 to 10 nm, and the thickness of the barrier layer is 10 to 1
It is preferable to use a thin film in which about 10 layers are alternately laminated at 00 nm.

【0085】前記有機超格子材料を用いて高速トランジ
スタを作製し、そのデバイス特性であるキャリア移動度
の向上を可能としたものである。
A high-speed transistor is manufactured using the above-mentioned organic superlattice material, and the carrier mobility, which is a device characteristic, can be improved.

【0086】[0086]

【0087】[0087]

【0088】本発明における第13の発明においては、
光導波路層に超格子材料を用いるため、導波させる光の
波長領域において吸収が小さく、かつ、光学的に散乱の
小さい化合物を選択し、薄膜化することが好ましい。
In the thirteenth aspect of the present invention,
Since a superlattice material is used for the optical waveguide layer, it is preferable to select a compound that has a small absorption and a small optical scattering in the wavelength region of the light to be guided, and thins the compound.

【0089】前記有機超格子材料を用いて光スイッチを
作製し、そのデバイス特性である変調速度およびスイッ
チング比の向上を可能としたものである。
An optical switch is manufactured using the above-mentioned organic superlattice material, and the modulation speed and the switching ratio, which are device characteristics, can be improved.

【0090】本発明における第14の発明においては、
双安定特性を外部レーザー照射によりうるため、照射レ
ーザー波長域に吸収がなく、かつ、光学的に散乱の少な
い材料を選択し、薄膜化することが好ましい。
In a fourteenth aspect of the present invention,
Since a bistable characteristic can be obtained by irradiation with an external laser, it is preferable to select a material that does not absorb light in the irradiation laser wavelength region and has a small optical scattering, and is formed into a thin film.

【0091】前記有機超格子材料を用いて光双安定素子
を作製し、そのデバイス特性であるしきい光強度値の低
減および双安定特性の向上を可能としたものである。
An optical bistable element is manufactured by using the above-mentioned organic superlattice material, and it is possible to reduce a threshold light intensity value as a device characteristic and to improve a bistable characteristic.

【0092】つぎに、実施例に基づいて本発明の有機超
格子材料、その製造方法および該材料を用いた素子を具
体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるも
のではない。
Next, the organic superlattice material of the present invention, a method for producing the same, and a device using the material will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0093】[実施例1](有機交互積層膜の作製)[Example 1] (Production of organic alternately laminated film)

【0094】[0094]

【化40】 で示される化合物(1)およびEmbedded image A compound (1) represented by

【0095】[0095]

【化41】 で示される化合物(2)の粉末をそれぞれ別の石英るつ
ぼに入れて、真空層内の加熱セルにセットし、さらに2
0mm×40mm×1mmの合成石英板を真空層内に入
れて、真空引きを行なった。10-9Torrまで真空度
が到達したのち、2つのセルと交互に加熱してともに1
A/min以下の堆積速度の条件で、化合物(2)を1
5nm、化合物(1)を15nmの膜厚になるように基
板上に堆積させ、繰返し17層積層させた。なお、第1
層は化合物(2)とした。また、本積層膜において、化
合物(1)は井戸層、化合物(2)は障壁層となる。
Embedded image Are placed in separate quartz crucibles and set in a heating cell in a vacuum layer.
A synthetic quartz plate of 0 mm × 40 mm × 1 mm was put in a vacuum layer and evacuated. After the degree of vacuum reaches 10 -9 Torr, the two cells are alternately heated to 1
Under the condition of a deposition rate of A / min or less, compound (2)
Compound (1) was deposited on the substrate so as to have a thickness of 5 nm and a thickness of 15 nm, and 17 layers were repeatedly laminated. The first
The layer was compound (2). In the present laminated film, the compound (1) becomes a well layer and the compound (2) becomes a barrier layer.

【0096】 [実施例2](オリゴマーを用いた超格子効果) 実施例1で使用した化合物(1)および化合物(2)の
粉末をそれぞれ別の石英るつぼに入れて、真空槽内の加
熱セルにセットし、さらに25mm×40mm×3mm
の合成石英板を真空槽内に入れて、真空引きを行なっ
た。10-9Torrまで真空度が到達したのち、2つの
セルを交互に加熱してともに1A/min以下の堆積速
度の条件で、化合物(2)を10mm、化合物(1)を
5nmの膜厚になるように基板上に堆積させ、繰返し1
0層積層させた。なお第1層は化合物(2)とした。ま
た本積層膜において、化合物(1)は井戸層、化合物
(2)は障壁層となる。
[Example 2] (Superlattice effect using oligomer) The powders of the compound (1) and the compound (2) used in Example 1 were put in separate quartz crucibles, and heated cells in a vacuum chamber Set to 25mm × 40mm × 3mm
Was placed in a vacuum chamber and evacuated. After the degree of vacuum reaches 10 −9 Torr, the two cells are alternately heated, and the thickness of the compound (2) is set to 10 mm and the thickness of the compound (1) is set to 5 nm at a deposition rate of 1 A / min or less. Deposited on the substrate so that
Zero layers were laminated. The first layer was the compound (2). In this laminated film, compound (1) becomes a well layer and compound (2) becomes a barrier layer.

【0097】つぎに作製した積層薄膜の紫外可視吸収ス
ペクトルを図2に示す。この図において、横軸は吸収さ
れた光のエネルギー(eV)、縦軸は吸光度を示す。ま
た図2の(I)は本実施例で作製した積層膜の吸収スペ
クトル、(II)は合成石英板上に形成した1000A
の化合物(1)単独膜の吸収スペクトル、(IV)は合
成石英板状に形成した500Aの化合物(2)単独膜の
吸収スペクトルである。図2中に示されるように、化合
物(1)のピークが単独膜のばあいと比べて高エネルギ
ーシフトしており、超格子形成による量子効果が出現し
ていることがわかった。
FIG. 2 shows an ultraviolet-visible absorption spectrum of the laminated thin film produced. In this figure, the horizontal axis represents the energy (eV) of the absorbed light, and the vertical axis represents the absorbance. FIG. 2 (I) shows an absorption spectrum of the laminated film manufactured in this example, and FIG. 2 (II) shows a 1000A formed on a synthetic quartz plate.
(IV) is the absorption spectrum of the compound (2) single film of 500A formed in a synthetic quartz plate shape. As shown in FIG. 2, the peak of the compound (1) was shifted to a higher energy than in the case of the single film, and it was found that the quantum effect due to the formation of the superlattice appeared.

【0098】[実施例3〜33]表1に示すように、一
般式(I)、(II)または(III)で示される化合
物の組合せを用い、実施例2と同様の方法で積層し、積
層膜の吸収スペクトルの測定を行なったところ、いずれ
のばあいも井戸層の単独膜の吸収ピークより高エネルギ
ーシフトしており、超格子形成による量子効果が出現し
ていることがわかった。
[Examples 3 to 33] As shown in Table 1, using the combination of the compounds represented by the general formulas (I), (II) and (III), the layers were laminated in the same manner as in Example 2, When the absorption spectrum of the laminated film was measured, it was found that in each case, the energy shift was higher than the absorption peak of the single film of the well layer, and a quantum effect due to the formation of a superlattice appeared.

【0099】[0099]

【表1】 [Table 1]

【0100】[0100]

【表2】 [Table 2]

【0101】[0101]

【表3】 [Table 3]

【0102】[0102]

【表4】 [実施例34](オリゴマーが2種以上の共重合体)[Table 4] [Example 34] (Copolymer of two or more oligomers)

【0103】[0103]

【化42】 で示される化合物(3)Embedded image Compound (3) represented by

【0104】[0104]

【化43】 で示される化合物(4)で示される分子構造内に含まれ
るチオフェンとピロールの組成比が異なるブロック共重
合体オリゴマーの粉末をそれぞれ別の石英るつぼに入れ
て、真空槽内の加熱セルにセットした。さらにゲート電
極として用いる金を真空蒸着法により30nm表面に堆
積させ、さらに絶縁膜として用いるSiO2をスパッタ
法により300nm堆積させた25mm×40mm×1
mmの合成石英板を真空槽内に入れて、真空引きを行な
った。真空度が10-9Torrまで到達したのちセルを
加熱して、ともに堆積速度が1A/min以下の条件
で、各層の膜厚が10nmになるよう交互に基板上に堆
積させ、合計10層からなる積層薄膜を作製した。さら
に作製した薄膜上にゲート電極またはドレイン電極とな
る金を30nm蒸着し、図3に示すスタガー型電界効果
トランジスター素子を作製した。ここで10は石英基
板、11はゲート電極、12は絶縁膜、13は10層か
らなる有機超格子層、14はソース電極、15はドレイ
ン電極である。
Embedded image The powders of the block copolymer oligomers having different composition ratios of thiophene and pyrrole contained in the molecular structure represented by the compound (4) represented by are placed in separate quartz crucibles and set in a heating cell in a vacuum chamber. . Further, gold used as a gate electrode is deposited on a surface of 30 nm by a vacuum evaporation method, and SiO 2 used as an insulating film is deposited at a thickness of 300 nm by a sputtering method.
A synthetic quartz plate having a thickness of 2 mm was placed in a vacuum chamber and evacuated. After the degree of vacuum reaches 10 -9 Torr, the cell is heated, and the layers are alternately deposited on the substrate so that the thickness of each layer becomes 10 nm under the condition that the deposition rate is 1 A / min or less. A laminated thin film was prepared. Further, 30 nm of gold serving as a gate electrode or a drain electrode was vapor-deposited on the manufactured thin film to manufacture a staggered field effect transistor element shown in FIG. Here, 10 is a quartz substrate, 11 is a gate electrode, 12 is an insulating film, 13 is an organic superlattice layer composed of 10 layers, 14 is a source electrode, and 15 is a drain electrode.

【0105】このセルに負電場を印加してFET特性の
測定を行ったところ、図4に示される特性をえた。図4
において横軸はソース電極とドレイン電極間の電圧値、
縦軸はソース電極とドレイン電極間の電流値を示す。ま
たゲート電極への印加電圧は−40Vとした。ここで
(IV)は本実施例により作製したFET素子の特性、
(V)は
When a negative electric field was applied to this cell to measure the FET characteristics, the characteristics shown in FIG. 4 were obtained. FIG.
In the graph, the horizontal axis represents the voltage value between the source electrode and the drain electrode,
The vertical axis indicates the current value between the source electrode and the drain electrode. The voltage applied to the gate electrode was -40V. Here, (IV) is the characteristic of the FET device manufactured according to the present embodiment,
(V) is

【0106】[0106]

【化44】 で示されるオリゴチオフェンピロールのランダム共重合
体(化合物(5))を半導体層として用いたスタガー型
FET素子の特性である。
Embedded image 2 shows characteristics of a staggered FET device using a random copolymer of oligothiophene pyrrole (compound (5)) shown in FIG.

【0107】図4に示されるように、本実施例で作製し
た有機超格子の方がランダム共重合体よりもFET特性
が向上していることがわかった。
As shown in FIG. 4, it was found that the FET characteristics of the organic superlattice produced in this example were improved as compared with the random copolymer.

【0108】[実施例35〜64]表2に示すように、
一般式(I)、(II)または(III)で示される化
合物の組合せを用い、実施例23と同様の方法で積層
し、積層膜の電気伝導度の測定を行ったところ、いずれ
のばあいもランダム共重合体薄膜の電気伝導度よりも特
性が向上していることがわかった。
[Examples 35 to 64] As shown in Table 2,
Using a combination of the compounds represented by the general formulas (I), (II) and (III), lamination was performed in the same manner as in Example 23, and the electrical conductivity of the laminated film was measured. It was also found that the electrical conductivity of the random copolymer thin film was higher than that of the random copolymer thin film.

【0109】[0109]

【表5】 [Table 5]

【0110】[0110]

【表6】 [Table 6]

【0111】[0111]

【表7】 [Table 7]

【0112】[0112]

【表8】 [実施例65](単一成分から構成されるオリゴマーで
混合比を変化させた薄膜を積層) 実施例1で使用した、化合物(1)および化合物(2)
の粉末をそれぞれ別の石英るつぼに入れて、真空槽内の
加熱セルにセットした。次にゲート電極として用いる金
を30nm蒸着し、さらにその上に絶縁膜として用いる
SiO2を300nm堆積させた25mm×40mm×
1mmの合成石英板を真空槽内に入れて、真空引きを行
なった。10-9Torrまで真空度が到達したのち、2
つのセルを同時に加熱して基板上に化合物(1)と化合
物(2)の混合薄膜を作製した。このとき化合物(1)
と化合物(2)の混合比が2:8になるように各るつぼ
の温度を調整した。また膜厚は50nmとした。
[Table 8] [Example 65] (Lamination of thin films having different mixing ratios with oligomer composed of a single component) Compound (1) and compound (2) used in Example 1
Were placed in separate quartz crucibles and set in a heating cell in a vacuum chamber. Next, gold used as a gate electrode was deposited in a thickness of 30 nm, and SiO 2 used as an insulating film was deposited thereon in a thickness of 300 nm.
A 1 mm synthetic quartz plate was placed in a vacuum chamber and evacuated. After the vacuum reaches 10 -9 Torr, 2
The two cells were simultaneously heated to form a mixed thin film of compound (1) and compound (2) on the substrate. At this time, compound (1)
The temperature of each crucible was adjusted such that the mixing ratio of the compound and the compound (2) was 2: 8. The thickness was 50 nm.

【0113】次に2つのるつぼの温度を変更し、化合物
(1)と化合物(2)の混合比が9:1になるように各
るつぼの温度を調整したのち、混合比が2:8の薄膜上
に堆積させて積層膜を作製した。なおこの層の膜厚は1
0nmとした。
Next, the temperatures of the two crucibles were changed and the temperatures of the respective crucibles were adjusted so that the mixing ratio of the compound (1) and the compound (2) became 9: 1. The laminated film was produced by depositing on the thin film. The thickness of this layer is 1
It was set to 0 nm.

【0114】さらに上記の操作を繰り返して、混合比が
2:8と9:1からなる10層の有機超格子を作製し
た。このばあい混合比2:8の層が障壁層、混合比9:
1の層が井戸層になる。
The above operation was further repeated to produce a 10-layer organic superlattice having a mixing ratio of 2: 8 and 9: 1. In this case, the layer having a mixing ratio of 2: 8 is a barrier layer, and the mixing ratio is 9: 8.
One layer becomes a well layer.

【0115】次にこの10層積層膜の上にソース電極ま
たはドレイン電極となる金を30nm蒸着し、図5に示
すようにスタガー型FET素子を作製した。図5におい
て20は基板、21はゲート電極、22は絶縁膜、23
は障壁層、24は井戸層、25はソース電極、26はド
レイン電極である。この素子のFET特性の測定を行な
ったところ、化合物(1)または化合物(2)単独薄膜
のFETよりも特性が向上していることがわかった。
Next, on the 10-layer laminated film, gold serving as a source electrode or a drain electrode was vapor-deposited in a thickness of 30 nm to produce a staggered FET device as shown in FIG. In FIG. 5, 20 is a substrate, 21 is a gate electrode, 22 is an insulating film, 23
Is a barrier layer, 24 is a well layer, 25 is a source electrode, and 26 is a drain electrode. When the FET characteristics of this device were measured, it was found that the characteristics were improved as compared with the FET of the compound (1) or the compound (2) alone thin film.

【0116】[実施例66〜75]表3に示すように、
一般式(I)、(II)または(III)で示される化
合物の組合せを用い、実施例44と同様の方法で混合膜
を積層し、積層膜の電気伝導度の測定を行なったとこ
ろ、いずれのばあいもそれぞれの単独薄膜の電気伝導度
よりも特性が向上しており、超格子形成による量子効果
が出現していることがわかった。
Examples 66 to 75 As shown in Table 3,
Using a combination of the compounds represented by the general formulas (I), (II) and (III), a mixed film was laminated in the same manner as in Example 44, and the electric conductivity of the laminated film was measured. In this case, the characteristics were improved as compared with the electric conductivity of each single thin film, and it was found that the quantum effect due to the formation of the superlattice appeared.

【0117】[0117]

【表9】 [Table 9]

【0118】[0118]

【表10】 [実施例76](結晶超格子) 実施例2で示した、化合物(1)と化合物(2)の粉末
を原料にした積層薄膜の作製時において、堆積時の基板
温度を100℃にしたところ、各層の結晶化度が90%
に向上した。
[Table 10] [Example 76] (Crystal superlattice) When a laminated thin film was prepared using compound (1) and compound (2) powders as raw materials shown in Example 2, the substrate temperature during deposition was set to 100 ° C. 90% crystallinity of each layer
Improved.

【0119】この積層膜を用いて、実施例2と同様の方
法でスタガー型電界効果トランジスターを作製し、電気
特性の測定を行ったところ実施例2のばあいよりも特性
が向上した。これはキャリヤが移動する際のトラップサ
イトになる結晶粒界の数が、結晶性の向上によって減少
したことに起因すると考えられる。これより各薄膜層の
結晶化度を向上させることによって、超格子の効果をよ
り向上させることが可能となる。
Using this laminated film, a staggered field-effect transistor was fabricated in the same manner as in Example 2, and the electrical characteristics were measured. The characteristics were better than those in Example 2. This is considered to be due to the fact that the number of grain boundaries serving as trap sites when carriers move is reduced due to improvement in crystallinity. Thus, the effect of the superlattice can be further improved by improving the crystallinity of each thin film layer.

【0120】 [実施例77](エピタキシャル成長超格子)[Example 77] (Epitaxially grown superlattice)

【0121】[0121]

【化45】 で示されるオリゴピロール6量体(化合物(6))およ
Embedded image An oligopyrrole hexamer (compound (6)) represented by

【0122】[0122]

【化46】 で示されるオリゴフラン6量体(化合物(7))を用い
て、実施例55で述べた同様の方法にて積層薄膜を作製
したところ、各層の結晶化度が98%である薄膜をうる
ことができた。これらの化合物の格子定数の違いは約8
%であるが、有機物特有のファンデルワールス力の効果
にて疑似エピタキシャル成長していることがわかった。
Embedded image When a laminated thin film was prepared in the same manner as described in Example 55 using the oligofuran hexamer (compound (7)) represented by the following formula, a thin film in which the crystallinity of each layer was 98% was obtained. Was completed. The difference in lattice constant between these compounds is about 8
%, It was found that pseudo-epitaxial growth was caused by the effect of the Van der Waals force peculiar to the organic substance.

【0123】[実施例78](光化学分子内重合反応) 15mm×15mm×3mmの大きさの臭化カリウム
(KBr)001単結晶基板上に、有機分子線蒸着法に
より
Example 78 (Photochemical Intramolecular Polymerization Reaction) On a potassium bromide (KBr) 001 single crystal substrate having a size of 15 mm × 15 mm × 3 mm, an organic molecular beam evaporation method was used.

【0124】[0124]

【化47】 に示される物質(化合物(8))を20nm堆積させた
のち、その上に
Embedded image After depositing the substance shown in (20) (compound (8)) by 20 nm,

【0125】[0125]

【化48】 に示される(化合物(9))を10nm積層させた。こ
の操作を繰り返して10層からなる積層薄膜を作製し
た。この薄膜に波長351nmのエキシマーレーザー光
(1パルスあたりのエネルギー:1mJ/cm2)を光
量の総計が5J/cm2となるように照射した。この薄
膜に関して照射前後の赤外吸収スペクトルを比較したも
のを図6に示す。図6において(VI)が照射前、(V
II)が照射後のスペクトルである。2300cm-1
アジド基に帰属される吸収が大幅に減少しているのに比
較して、1500cm-1付近のアゾ結合に帰属される吸
収が増加しているのがわかる。これから光照射によって
化合物(9)が重合反応を起こしていることがわかっ
た。
Embedded image (Compound (9)) was laminated in a thickness of 10 nm. This operation was repeated to produce a laminated thin film composed of 10 layers. The thin film was irradiated with excimer laser light having a wavelength of 351 nm (energy per pulse: 1 mJ / cm 2 ) so that the total amount of light was 5 J / cm 2 . FIG. 6 shows a comparison of the infrared absorption spectra of this thin film before and after irradiation. In FIG. 6, (VI) indicates before irradiation, and (V) indicates
II) is the spectrum after irradiation. It can be seen that the absorption attributable to the azo bond at around 1500 cm -1 is increased, while the absorption attributable to the azide group at 2300 cm -1 is significantly reduced. From this, it was found that the compound (9) caused a polymerization reaction by light irradiation.

【0126】[実施例79](光化学層間重合反応) 15mm×15mm×3mmの大きさの臭化カリウム
(KBr)001単結晶基板上に、有機分子線蒸着法に
より
Example 79 (Photochemical interlayer polymerization reaction) On a potassium bromide (KBr) 001 single crystal substrate having a size of 15 mm × 15 mm × 3 mm, an organic molecular beam evaporation method was used.

【0127】[0127]

【化49】 に示される(化合物(10))を10nm堆積させたあ
と、その上に
Embedded image (Compound (10)) shown in the above was deposited to a thickness of 10 nm, and then

【0128】[0128]

【化50】 に示される物質(化合物(11))を5nm積層させ
た。この操作を繰り返して20層からなる積層薄膜を作
製した。この薄膜に波長248nmのエキシマーレーザ
ー光(1パルスあたりのエネルギー:1mJ/cm2
を光量の総計が4J/cm2となるように照射した。こ
の薄膜に関して照射後の赤外吸収スペクトルを比較した
ものを図7に示す。2300cm-1のアジド基に帰属さ
れる吸収が消失しているのに比較して、1500cm-1
付近のアゾ結合に帰属される吸収が大幅に増加してい
る。これから光照射によって化合物(10)および化合
物(11)が重合反応を起こしていることがわかった。
Embedded image (Compound (11)) was laminated in a thickness of 5 nm. This operation was repeated to produce a laminated thin film composed of 20 layers. An excimer laser beam having a wavelength of 248 nm (energy per pulse: 1 mJ / cm 2 ) is applied to this thin film.
Was irradiated so that the total amount of light was 4 J / cm 2 . FIG. 7 shows a comparison of the infrared absorption spectrum of the thin film after irradiation. Compared to the absorption is lost attributable to an azide group 2300 cm -1, 1500 cm -1
The absorption attributed to nearby azo bonds has increased significantly. From this, it was found that the compound (10) and the compound (11) caused a polymerization reaction by light irradiation.

【0129】[実施例80](有機HEMT素子) 3インチn型シリコン板上に、実施例1で用いた有機分
子線蒸着法により化合物(1)を100nm堆積させた
のち、その上に
[Example 80] (Organic HEMT device) Compound (1) was deposited to a thickness of 100 nm on a 3-inch n-type silicon plate by the organic molecular beam evaporation method used in Example 1, and then was placed thereon.

【0130】[0130]

【化51】 で示されるメトキシオリゴチェニレンビニレンの3量体
(化合物(12))を10nm堆積させて積層膜を作製
した。つぎに積層膜上に通常の真空蒸着法を用いて厚さ
50nmのアルミニウム電極を設けてゲート電極とし、
また厚さ50nmの金電極を設けてソース電極およびド
レイン電極とした。このようにして図8に示すトランジ
スタ素子をえた。このばあいのチャンネル層は化合物
(1)であり、メトキシオリゴチュニレンビニレン3量
体はキャリヤ注入層として機能する。図8において30
は基板、31はチャネル層として機能する化合物(1)
薄膜、32キャリヤ注入層として機能する化合物(1
2)薄膜、33はソース電極、34はゲート電極、35
はドレイン電極である。
Embedded image A 10-nm methoxy oligochenylene vinylene trimer (compound (12)) was deposited to form a laminated film. Next, a 50 nm-thick aluminum electrode was provided on the laminated film using a normal vacuum deposition method to form a gate electrode,
Further, a gold electrode having a thickness of 50 nm was provided to form a source electrode and a drain electrode. Thus, the transistor element shown in FIG. 8 was obtained. In this case, the channel layer is the compound (1), and the methoxy oligotunylene vinylene trimer functions as a carrier injection layer. In FIG. 8, 30
Is a substrate, 31 is a compound functioning as a channel layer (1)
Compound (1) that functions as a thin film, 32 carrier injection layer
2) Thin film, 33 is a source electrode, 34 is a gate electrode, 35
Is a drain electrode.

【0131】次に、この素子の電気特性を図9に示す。
この図において、横軸はソース・ドレイン間電圧
(VDS)であり、縦軸はソース・ドレイン間電流
(IDS)である。ゲート電圧(VG)が0Vの時に、V
DSが大きくなってもIDSはほとんど流れないが、正のV
Gを印加したときには大きなIDSが流れるようになる。
しかもVDSが大きな領域では、IDSの飽和が見られ、典
型的なトランジスタの特性がえられた。従来の化合物
(1)単独薄膜(膜厚500nm)のみを活性層に用い
たばあいの電気特性を図9中の点線で示すが、同じVDS
を印加したばあいでも、今回作製したものの方が大きな
DSが流れており、より高キャリヤ移動度のトランジス
タをうることができた。
Next, the electrical characteristics of this device are shown in FIG.
In this figure, the horizontal axis is the source-drain voltage (V DS ), and the vertical axis is the source-drain current ( IDS ). When the gate voltage (VG) is 0 V, V
Although I DS hardly flows even if DS increases, a positive V
When G is applied, a large I DS flows.
Moreover, in a region where V DS is large, saturation of I DS was observed, and typical transistor characteristics were obtained. Shows the conventional compound (1) alone film electrical characteristics when (thickness 500 nm) only was used in the active layer by a dotted line in FIG. 9, the same V DS
Even when I was applied, the transistor fabricated this time had larger IDS flowing, and a transistor with higher carrier mobility could be obtained.

【0132】[実施例81](有機結晶HEMT素子) 実施例80で述べた薄膜の作製プロセスにおいて、堆積
時の基板温度を100℃にして製膜したところ、実施例
80のばあいよりも結晶化度が向上し、結晶化度が86
%である積層膜を作製することができた。この薄膜を実
施例80のばあいと同様の方法にてFET特性の測定を
行ったところ、さらにキャリヤ移動度が向上した素子を
作製することができた。
[Example 81] (Organic crystal HEMT device) In the process of forming a thin film described in Example 80, a film was formed at a substrate temperature of 100 ° C during deposition. The degree of crystallization is improved, and the degree of crystallization is 86.
% Of the laminated film could be produced. When the FET characteristics of this thin film were measured in the same manner as in Example 80, an element having further improved carrier mobility could be manufactured.

【0133】[参考例](光変調素子) 20mm×10mm×1mmのLaSF9基板上に金を
30nm蒸着したのち、この基板全体に前記の有機分子
線蒸着法にて
[ Reference Example ] (Light Modulating Element) After depositing 30 nm of gold on a LaSF9 substrate of 20 mm × 10 mm × 1 mm, the organic molecular beam deposition method was applied to the entire substrate.

【0134】[0134]

【化52】 で示されるオリゴチェニレンジピロール2量体(化合物
(13))を100nm蒸着し、さらに基板の中央部に
通常の真空蒸着法にて金を30nm蒸着した。この薄膜
に2個のサファイア製の三角プリズムを押し付けて、図
10に示す構造の素子をえた。図10において、40は
化合物(13)からなる光導波路層、41は電極膜、4
2はカマボコ型プリズム、43は基板である。この片方
のプリズムに波長が833nmのレーザーダイオード光
を入射して薄膜中に光を導波させたのち、他方のプリズ
ムで導波光を取り出した。
Embedded image Was vapor-deposited to a thickness of 100 nm, and gold was vapor-deposited on the center of the substrate to a thickness of 30 nm by an ordinary vacuum vapor deposition method. Two triangular prisms made of sapphire were pressed against this thin film to obtain an element having the structure shown in FIG. In FIG. 10, 40 is an optical waveguide layer made of the compound (13), 41 is an electrode film,
Numeral 2 is a prismatic prism, and numeral 43 is a substrate. A laser diode light having a wavelength of 833 nm was incident on one of the prisms to guide the light into the thin film, and the guided light was extracted by the other prism.

【0135】この素子中の金電極間に1KHの正弦波
の交流電場を印加したところ、図11に示すように電場
強度に対応して出力光が変化した。前記のとおり本方法
によって光スイッチを作製することができた。
[0135] was applied an alternating electric field of a sine wave of 1 kH Z between the gold electrodes in the device, the output light in response to the electric field intensity as shown in FIG. 11 is changed. As described above, an optical switch could be manufactured by this method.

【0136】[実施例82](光スイッチ素子) 20mm×10mm×1mmのLaSF9基板上に金を
30nm蒸着したのち(図12(a))、前記の有機分
子線蒸着法にて
Example 82 (Optical Switch Element) After depositing 30 nm of gold on a LaSF9 substrate of 20 mm × 10 mm × 1 mm (FIG. 12 (a)), the organic molecular beam deposition method was used.

【0137】[0137]

【化53】 で示されるオリゴフェニレンジチオフェンの2量体(化
合物(14))を80nm、化合物(13)を20nm
の積層膜を蒸着した(図12(b))。この積層膜に従
来より知られているリソグラフィー技術を用いてマッハ
チェンダー素子のパターンを作製した(図12
(c))。さらにこの上にスピンコート法によりシロキ
サンポリマー(菱電化成(株)製、商品名「ラダーポリ
マー」)を1μmの膜厚に塗布したのち、再度図12の
1 に示す位置に金を30nm蒸着し、マッハチェンダ
ー型の導波路素子を作製した。図13に図12(d)の
A−A線における断面図を示す。ここで導波路膜の断面
は500μm×300μmとした。図12、13中の5
0は化合物(14)の光導波路膜である有機薄膜、51
は金電極膜、52はシロキサンポリマー膜(絶縁膜)、
53は基板を示す。
Embedded image The oligophenylenedithiophene dimer (compound (14)) represented by the following formula is 80 nm, and the compound (13) is 20 nm.
Was deposited (FIG. 12B). A pattern of a Mach-Cheander element was formed on the laminated film by using a conventionally known lithography technique (FIG. 12).
(C)). Further, a siloxane polymer (trade name “Ladder Polymer”, manufactured by Ryoden Kasei Co., Ltd.) was applied thereon to a thickness of 1 μm by a spin coat method, and then 30 nm of gold was deposited again on the position shown in FIG. A Mach-Cheander type waveguide device was manufactured. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. Here, the cross section of the waveguide film was 500 μm × 300 μm. 5 in FIGS. 12 and 13
0 is an organic thin film which is an optical waveguide film of the compound (14);
Is a gold electrode film, 52 is a siloxane polymer film (insulating film),
Reference numeral 53 denotes a substrate.

【0138】この素子の端面から波長833nmのレー
ザーダイオード光を入射し、また前記金電極間に1KH
zの正弦波の交流電場を印加したところ、図14に示す
ように電場強度に対応して出力光の強度が変化した。前
記のとおり本方法によって光スイッチを作製することが
できた。
A laser diode light having a wavelength of 833 nm is incident from the end face of this element, and 1 KH is applied between the gold electrodes.
When an AC electric field of a sine wave of z was applied, the intensity of the output light changed according to the electric field intensity as shown in FIG. As described above, an optical switch could be manufactured by this method.

【0139】[実施例83](光双安定性素子) 20mm×10mm×1mmの石英ガラス基板上に有機
分子線蒸着法により、化合物(8)に示されるフェニレ
ン8量体を20nm堆積させたのち、その上に化合物
(9)に示されるチオフェンの8量体を10nm堆積さ
せた。この操作を10回繰り返して2000nmの厚さ
の有機超格子薄膜素子を作製した。この試料に対して垂
直方向から、アルゴンイオンレーザーと色素レーザーを
組み合わせてえた波長830nmの連続発振レーザー光
を照射し、透過光を高速フォトダイオードで検知した。
また入射光は高速の光変調器で周波数1GHzで高速変
調し一部をトリガーとして取り出した。入射光のトリガ
ーと透過光の出力をオシロスコープのX−Yに接続し、
リサージュ図形をプロットしたところ、図15に示す双
安定特性がえられた。このときの動作パワーはmWのオ
ーダーであり、低しきい値で高速応答の双安定素子がえ
られた。
[Example 83 ] (Optical bistable element) A phenylene octamer represented by the compound (8) was deposited to a thickness of 20 nm on a 20 mm x 10 mm x 1 mm quartz glass substrate by an organic molecular beam evaporation method. An octameric thiophene represented by the compound (9) was deposited thereon to a thickness of 10 nm. This operation was repeated 10 times to produce an organic superlattice thin film element having a thickness of 2000 nm. The sample was irradiated from the vertical direction with continuous oscillation laser light having a wavelength of 830 nm obtained by combining an argon ion laser and a dye laser, and transmitted light was detected by a high-speed photodiode.
The incident light was modulated at a high frequency of 1 GHz by a high-speed optical modulator and a part was taken out as a trigger. Connect the trigger of the incident light and the output of the transmitted light to the XY of the oscilloscope,
When the Lissajous figure was plotted, the bistable characteristic shown in FIG. 15 was obtained. The operating power at this time was on the order of mW, and a low threshold and high-speed response bistable element was obtained.

【0140】[0140]

【発明の効果】本発明によるとπ共役系直鎖状オリゴマ
ーを用いて有機超格子を作製し、この有機超格子材料を
用いることによって、従来よりも高いキャリヤ移動度を
有するトランジスタ、さらにはマッハチェンダー型光ス
イッチや光双安定素子などの非線系光学特性のすぐれた
光デバイスを提供することが可能となった。
According to the present invention, an organic superlattice is produced by using a π-conjugated linear oligomer, and by using this organic superlattice material, a transistor having a higher carrier mobility than conventional ones, and It has become possible to provide an optical device having excellent non-linear optical characteristics, such as an optical switch and an optical bistable element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 化合物(1)と化合物(2)からなる有機超
格子のバンド構造の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a band structure of an organic superlattice composed of a compound (1) and a compound (2).

【図2】 化合物(1)と化合物(2)からなる有機超
格子薄膜の紫外可視吸収スペクトルである。
FIG. 2 is an ultraviolet-visible absorption spectrum of an organic superlattice thin film comprising a compound (1) and a compound (2).

【図3】 スタガー型電界効果トランジスター素子の模
式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a staggered field effect transistor element.

【図4】 実施例23で述べた有機超格子薄膜のFET
素子のトランジスター特性を示すグラフである。
FIG. 4 shows an organic superlattice thin film FET described in Example 23.
6 is a graph showing transistor characteristics of the device.

【図5】 実施例44で述べた積層有機超格子薄膜を用
いたスタガー型電界効果トランジスター素子の模式的断
面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a staggered field effect transistor device using the laminated organic superlattice thin film described in Example 44.

【図6】 実施例57で述べた薄膜の赤外吸収スペクト
ルである。
FIG. 6 is an infrared absorption spectrum of the thin film described in Example 57.

【図7】 実施例58で述べた薄膜の赤外吸収スペクト
ルである。
FIG. 7 is an infrared absorption spectrum of the thin film described in Example 58.

【図8】 実施例59で述べたHEMT型電界効果トラ
ンジスター素子の模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the HEMT field effect transistor element described in Example 59.

【図9】 実施例59で述べた有機超格子薄膜のHEM
T素子のトランジスター特性を示すグラフである。
FIG. 9 is an HEM of the organic superlattice thin film described in Example 59.
6 is a graph showing transistor characteristics of a T element.

【図10】 プリズム結合型光変調素子の模式的断面図
である。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a prism-coupled light modulation element.

【図11】 プリズム結合型光変調素子の光変調特性を
示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing light modulation characteristics of a prism-coupled light modulation element.

【図12】 マッハツェンダー型光スイッチの作製プロ
セスの概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram of a manufacturing process of a Mach-Zehnder optical switch.

【図13】 マッハツェンダー型スイッチの模式的断面
図である。
FIG. 13 is a schematic sectional view of a Mach-Zehnder switch.

【図14】 マッハツェンダー型光のスイッチの光変調
特性を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing light modulation characteristics of a Mach-Zehnder light switch.

【図15】 光双安定素子の特性を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing characteristics of the optical bistable element.

【図16】 従来の有機超格子の概略断面図である。FIG. 16 is a schematic sectional view of a conventional organic superlattice.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 信時 英治 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料デバイス研究所内 (72)発明者 深田 千恵 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料デバイス研究所内 (72)発明者 中尾 之泰 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料デバイス研究所内 (56)参考文献 Electrical,Optica l,and Magnetic Pro perties of Organic Solid State Mater ials,vol.328(1994)p.p 389−393 Mol.Cryst.Liq.Cry st.,vol.256(1994)p.p481 −486 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/35 504 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Eiji Shinji, Inventor 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Inside the Materials and Devices Laboratory, Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Chie Fukada 8-1-1, Tsukaguchi Honmachi, Amagasaki City No. Mitsubishi Materials Corporation Materials and Devices Laboratory (72) Inventor Yasuyasu Nakao 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Materials and Devices Laboratory (56) References Electrical, Optical, and Magnetic Pro parties of Organic Solid State Material ials, vol. 328 (1994) p. 389-393 Mol. Cryst. Liq. Cry st. , Vol. 256 (1994) p. pp. 481-486 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/35 504 JICST file (JOIS)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 膜厚が0.5〜100nmの少なくとも
2種の有機薄膜を少なくとも2層積層して構成され、
少なくとも2種の有機薄膜のいずれにおいても、該薄膜
を構成する分子の基本骨格がπ共役系直鎖状オリゴマー
を含む有機超格子材料において、該π共役系直鎖状オリ
ゴマーの繰り返し単位が、一般式(I): 【化1】 (式中、XはS、N−H、N−CH 3 、SeまたはO、
1 、R 2 は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II): 【化2】 (式中、YはS、−CH=CH−、N−H、N−C
3 、SeまたはO、R 3 、R 4 は同一かまたは異なり、
それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基または炭素数1
〜3のアルコキシ基)で示される芳香族分子団(II)
の1種もしくは2種以上、一般式(III): 【化3】 (式中、ZはNまたはC−H、R 5 、R 6 、R 7 は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)の1種もしくは2種以上からなり、 オリゴマーの分子鎖末端がH、炭素数1〜3のアルキル
基、炭素数1〜3のアルコキシ基、アジド基、フェニル
基、 【化4】 またはそれらの2種である有機超格子材料
1. A film thickness is formed by laminating at least two layers of at least two organic thin film of 0.5 to 100 nm, the at least in any of the two organic thin film, the molecules constituting the thin film In an organic superlattice material whose basic skeleton contains a π-conjugated linear oligomer, the π-conjugated linear oligomer is used .
Repeating units of Goma is, the general formula (I): 1] (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more of the aromatic molecular groups (I) represented by
Moreover, the general formula (II): ## STR2 ## (Where Y is S, -CH = CH-, NH, NC
H 3 , Se or O, R 3 , R 4 are the same or different,
H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or 1 carbon atom
Aromatic group (II) represented by the following formulas:
One or more of the general formula (III): ## STR3 ## (Where Z is N or CH, R 5 , R 6 and R 7 are the same
Or different, respectively, H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms
Or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
An oligomer comprising one or more of molecular groups (III), wherein the oligomer has a molecular chain terminal of H and an alkyl having 1 to 3 carbon atoms.
Group, alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, azide group, phenyl
Group, ## STR4 ## Or an organic superlattice material which is two of them .
【請求項2】 前記π共役系直鎖状オリゴマーが、一般
式(I): 【化5】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II): 【化6】 (式中、YはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
3、R4は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(II)の1種もしくは2種以
上または一般式(III): 【化7】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)の1種もしくは2種以上のうちの2種
の芳香族分子団からなる交互共重合体である請求項
載の有機超格子材料。
2. The π-conjugated linear oligomer is represented by the general formula (I): (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II): (Wherein, Y is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 3 and R 4 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (II) represented by the following formulas or the general formula (III): (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). The organic superlattice material according to claim 1 , wherein the organic superlattice material is an alternating copolymer comprising two or more of one or more aromatic molecular groups (III).
【請求項3】 前記π共役系直鎖状オリゴマーが、一般
式(I): 【化8】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II): 【化9】 (式中、YはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
3、R4は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(II)の1種もしくは2種以
上、または一般式(III): 【化10】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)の1種もしくは2種以上のうちの2種
の芳香族分子団からなるブロック共重合体である請求項
記載の有機超格子材料。
3. The π-conjugated linear oligomer is represented by the general formula (I): (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II): (Wherein, Y is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 3 and R 4 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (II) represented by the following formulas or the general formula (III): (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). A block copolymer comprising two or more of aromatic aromatic groups (III).
2. The organic superlattice material according to 1.
【請求項4】 前記π共役系直鎖状オリゴマーが、一般
式(I): 【化11】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II): 【化12】 (式中、YはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
3、R4は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(II)の1種もしくは2種以
上または一般式(III): 【化13】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)の1種もしくは2種以上のうちの単一
芳香族分子団からなり、有機超格子を構成する基本薄膜
が該単一芳香族分子団のπ共役系直鎖状オリゴマーの2
種以上からなる混合薄膜であり、該基本薄膜と組成比の
異なる1または2以上の薄膜を積層することにより構成
されてなる請求項1記載の有機超格子材料。
4. The π-conjugated linear oligomer is represented by the general formula (I): (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II): (Wherein, Y is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 3 and R 4 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (II) represented by the following or general formula (III): (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). The basic thin film comprising one or more of the aromatic molecular groups (III) and constituting the organic superlattice is a π-conjugated linear oligomer of the single aromatic molecular group 2
2. The organic superlattice material according to claim 1, wherein the organic superlattice material is a mixed thin film composed of at least one kind, and is formed by laminating one or two or more thin films having different composition ratios from the basic thin film.
【請求項5】 前記π共役系直鎖状オリゴマーが、一般
式(I): 【化14】 (式中、XはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
1、R2は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(I)の1種もしくは2種以
上、一般式(II): 【化15】 (式中、YはS、N−H、N−CH3、SeまたはO、
3、R4は同一かまたは異なり、それぞれH、炭素数1
〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルコキシ基)
で示される芳香族分子団(II)の1種もしくは2種以
上または一般式(III): 【化16】 (式中、ZはNまたはC−H、R5、R6、R7は同一か
または異なり、それぞれH、炭素数1〜3のアルキル基
または炭素数1〜3のアルコキシ基)で示される芳香族
分子団(III)のうちの異種の芳香族分子団からな
り、有機超格子を構成する基本薄膜が該異種芳香族分子
団のπ共役系直鎖状オリゴマーの2種以上からなる混合
薄膜であり、該基本薄膜と組成比の異なる1または2以
上の薄膜を積層することにより構成されてなる請求項1
記載の有機超格子材料。
5. The π-conjugated linear oligomer is represented by the general formula (I): (Wherein, X is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 1 and R 2 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (I) represented by the general formula (II): (Wherein, Y is S, N-H, N- CH 3, Se or O,
R 3 and R 4 are the same or different and each have H, carbon number 1
Alkyl group or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms)
One or more aromatic molecular groups (II) represented by the general formula (III): (Wherein, Z is N or C—H, R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms). A mixed thin film comprising a heterogeneous aromatic molecular group of the aromatic molecular groups (III), wherein the basic thin film constituting the organic superlattice comprises two or more kinds of π-conjugated linear oligomers of the heterogeneous aromatic molecular group And wherein one or more thin films having different composition ratios from the basic thin film are laminated.
The organic superlattice material as described.
【請求項6】 前記有機薄膜層がいずれもπ共役系直鎖
状オリゴマーの結晶からなる請求項1〜のいずれかに
記載の有機超格子材料。
6. The organic superlattice material according to any one of claims 1 to 5 consisting of the even organic thin film layer either π-conjugated linear oligomer crystals.
【請求項7】 前記2種以上の有機薄膜層において、異
なる組成を有する有機薄膜層の格子定数の差が10%以
内である請求項1〜のいずれかに記載の有機超格子材
料。
7. The said two or more organic thin film layer, an organic superlattice material according to any one of claims 1 to 6 difference in lattice constant of the organic thin film layer is within 10% with different compositions.
【請求項8】 前記有機薄膜層が、該有機薄膜層内の該
π共役系直鎖状オリゴマーの分子間を重合または架橋さ
せて高分子量化させたものからなる請求項1〜のいず
れかに記載の有機超格子材料。
Wherein said organic thin film layer, claim 1-7 in which the intermolecular of the π-conjugated linear oligomers of the organic thin film layer polymerization or by crosslinking consisting of those obtained by molecular weight 3. The organic superlattice material according to 1.).
【請求項9】 前記有機薄膜層が、有機薄膜層界面に存
在する該π共役系直鎖状オリゴマーに化学反応を誘起さ
せ、薄膜間の該π共役系直鎖状オリゴマーを重合させた
ものからなる請求項1〜のいずれかに記載の有機超格
子材料。
9. The method according to claim 1, wherein the organic thin film layer induces a chemical reaction on the π-conjugated linear oligomer present at the interface of the organic thin-film layer and polymerizes the π-conjugated linear oligomer between the thin films. An organic superlattice material according to any one of claims 1 to 7 .
【請求項10】 前記有機薄膜層に外部からの光、放射
線または電子線を照射し、光化学反応を誘起させて該有
機薄膜層内の分子間を重合または架橋させて高分子量化
させてなる請求項記載の有機超格子材料の製造方法。
10. The organic thin film layer is irradiated with external light, radiation or an electron beam to induce a photochemical reaction to polymerize or crosslink molecules in the organic thin film layer to increase the molecular weight. Item 10. The method for producing an organic superlattice material according to Item 8 .
【請求項11】 前記有機薄膜層に外部からの光、放射
線または電子線を照射し、光化学反応を誘起させて薄膜
間ないし薄膜内のπ共役系直鎖状オリゴマーを重合させ
てなる請求項記載の有機超格子材料の製造方法。
Wherein said light from the outside to the organic thin film layer, radiation or electron beam irradiation, claim comprising by inducing a photochemical reaction by polymerizing π-conjugated linear oligomer thin film between or within the thin film 9 A method for producing the organic superlattice material according to the above.
【請求項12】 基板と請求項1〜のいずれかに記載
の有機超格子材料とからなる高速トランジスタ。
12. The substrate with the high-speed transistor comprising the organic superlattice material according to any one of claims 1-9.
【請求項13】 基板と請求項1〜のいずれかに記載
の有機超格子材料とからなる光スイッチング素子。
13. The substrate with the optical switching element consisting of an organic superlattice material according to any one of claims 1-9.
【請求項14】 基板と請求項1〜のいずれかに記載
の有機超格子材料とからなる光双安定素子。
14. The substrate with the optically bistable device comprising the organic superlattice material according to any one of claims 1-9.
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