專利名稱：有機半導(dǎo)體材料、有機半導(dǎo)體薄膜以及有機薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機半導(dǎo)體材料，該有機半導(dǎo)體材料為在由一個或多個芳環(huán)形成的環(huán)狀共軛骨架結(jié)構(gòu)的兩端具有烷基化鄰苯二甲酰亞胺基的鄰苯二甲酰亞胺化合物，本發(fā)明還涉及包括所述材料的有機半導(dǎo)體薄膜，以及利用所述有機半導(dǎo)體薄膜并顯示η-型特征的有機薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
近年來，高水平信息化社會發(fā)展顯著，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展使計算機和通信技術(shù)如計算機網(wǎng)絡(luò)等滲透于日常生活中。與這種滲透保持同步，平板電視機和筆記本大小的個人電腦已越來越受歡迎，使得對諸如液晶顯示器、有機EL顯示器、電子紙顯示器等顯示器的需求日益增加。特別是近年來，向更高清晰度更大顯示器的發(fā)展迅猛，因此，需要裝配不斷增加的大量對應(yīng)像素數(shù)的場效應(yīng)晶體管。在液晶顯示器中，可以通過為各像素提供場效應(yīng)晶體管作為有源元件以及執(zhí)行開/關(guān)信號控制而驅(qū)動液晶。作為有源元件使用的場效應(yīng)晶體管，可以使用薄膜晶體管。薄膜晶體管的性能由其半導(dǎo)體材料和配置決定。特別是，高載流子遷移率和高開/關(guān)比的可獲得性使得可以獲得大電流，從而不僅可以驅(qū)動有機EL裝置等，而且能夠使薄膜晶體管小型化，并提供提高的對比度。作為有源元件使用的薄膜晶體管，可以使用硅基半導(dǎo)體材料，如非晶硅或多晶硅。 通過在多層結(jié)構(gòu)中形成這種硅基半導(dǎo)體材料而制備薄膜晶體管，這樣在基底上連續(xù)形成源極、漏極和柵極。利用硅基半導(dǎo)體材料制造薄膜晶體管，需要大型的和昂貴的制造設(shè)施，且由于使用光刻法，必須經(jīng)過許多工藝步驟，導(dǎo)致制造成本高。此外，所述制造要求300°C至500°C或更高的高溫，這不僅使制造成本更加高昂，而且很難在塑料基底或塑料膜上形成薄膜晶體管。利用有機半導(dǎo)體材料制成的有機半導(dǎo)體薄膜的有機薄膜晶體管，通過氣相沉積方法或溶液方法制備，而且可能成本較低、面積較大、重量較輕。此外，與無機半導(dǎo)體層相比， 有機半導(dǎo)體層可以在較低的溫度下形成，可以實現(xiàn)成本降低，并可以在塑料基底或塑料膜上形成，因此，可應(yīng)用于重量輕而靈活的電子裝置等。迄今為止，已經(jīng)研究了許多有機半導(dǎo)體材料，那些使用共軛高分子化合物或低分子化合物作為有機半導(dǎo)體層的有機半導(dǎo)體材料是已知的。半導(dǎo)體材料包括η型半導(dǎo)體材料和P型半導(dǎo)體材料。在η型半導(dǎo)體材料中，電子作為主要載流子移動，以產(chǎn)生電流。另一方面，在P型半導(dǎo)體材料中，空穴作為主要載流子移動，以產(chǎn)生電流。和有機薄膜晶體管一樣表現(xiàn)出高性能的有機半導(dǎo)體材料，已知有并五苯材料和噻吩材料。這些材料為表現(xiàn)出P型特性的半導(dǎo)體材料。然而，關(guān)于高性能η型有機半導(dǎo)體材料的報告有限。因此，非常需要高性能η型有機半導(dǎo)體材料。為進(jìn)一步發(fā)展有機電子，更低功耗、更簡單的電路等是必不可少的，且需要η型和P型有機半導(dǎo)體材料均需要的有機互補MOS電路，如互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。作為η型有機半導(dǎo)體材料，萘酰亞胺、萘二酰亞胺及其衍生物是迄今為止已知的。 然而，沒有任何有關(guān)這些有機半導(dǎo)體材料作為薄膜晶體管時具有高性能的報道。此外，描述了具有茈骨架的低分子化合物在可以顯示出高性能的有機薄膜晶體管中的潛在效用(NPL 1 0.6cm2/Vs的電子遷移率)(NPL 2 2. lcm2/VS的電子遷移率)。然而，這些材料分別具有大的芳環(huán)。因此，它們基本上在溶劑中無溶解性，從而難以通過溶液方法制造薄膜晶體管。此外，已知利用富勒烯(C60)的有機薄膜晶體管呈現(xiàn)η型特性。已經(jīng)報道了使用富勒烯的氣相沉積薄膜制造薄膜晶體管(NPL 3 0.56cm2/Vs的電子遷移率)。還報道了具有有機半導(dǎo)體薄膜的薄膜晶體管，每個均使用通過在富勒烯中引入取代基而溶解的富勒烯衍生物，且通過溶液方法形成。例如，據(jù)報道，使用引入苯基C61 丁酸甲酯的富勒烯作為有機半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的電子遷移率為0. 0035cm2/Vs(NPL 4)，并且，在使用引入長鏈烷基的C60衍生物，特別是C60稠合的N-甲基吡咯烷-間-C12苯基 (60-fused N-methylpyrrolidine-meta-C12 phenyl)時，據(jù)報道，電子遷移率為 0. 067cm2/ Vs (PTL 1)。然而，通過使用富勒烯或富勒烯衍生物作為有機半導(dǎo)體材料的有機薄膜晶體管的缺點是，富勒烯是昂貴的材料，作為有機半導(dǎo)體材料的富勒烯衍生物也是昂貴的，因此，幾乎難以制造經(jīng)濟的裝置。此外，描述了可能以π電子化合物通過溶液方法、印刷方法如噴墨式印刷或氣相沉積方法形成膜作為η型有機半導(dǎo)體材料，所述化合物具有含有π電子環(huán)的骨架結(jié)構(gòu)且在該骨架兩端具有全氟代烷基苯基。對通過溶液方法制造有機薄膜晶體管進(jìn)行了描述，但沒有描述通過溶液方法(PTL 2)制造有機薄膜晶體管的實例。還描述了通過使用在低聚噻吩端部具有羰基的化合物作為η型半導(dǎo)體材料而制造的有機薄膜晶體管。然而，在每一個這些化合物中，所述羰基直接鍵聯(lián)所述低聚噻吩。為獲得穩(wěn)定的性能，必須把四個或更多的噻吩環(huán)耦聯(lián)在一起，結(jié)果難以獲得高溶解度。因此， 它們在溶液方法中的使用需要使用前體，導(dǎo)致的問題是需要酸處理步驟(PTL 3)。如上所述，尚未發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟的、在溶劑中具有溶解度，從而可以通過溶液方法形成有機薄膜的η型有機半導(dǎo)體材料。此外，沒有關(guān)于具有高電子遷移率和高開/關(guān)比的有機半導(dǎo)體薄膜或有機薄膜晶體管的報道。引用文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)PTL 1 JP-A-2006-060169PTL 2 JP-A-2006-206503PTL 3 JP-A-2008-513544非專利文獻(xiàn)NPL 1 =Reid J. Chesterfield et al.，J. Phys. Chem. B.，108 (50)，19281 (2004)NPL 2 :M. Ichikawa et al. , Appl. Phys. Lett. ,89(11), 112108(2006)NPL 3 :S. Kobayashi et al.，Appl. Phys. Lett.，82 (25)，4581—4583 (2003)NPL 4 :C. Waldauf et al. , Advanced Materials,24(15),2084-2088(2003)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題因此，本發(fā)明的目的是提供有機半導(dǎo)體材料，其具有高電子遷移率和高開/關(guān)比， 并可以通過利用其溶液的溶液方法而形成有機半導(dǎo)體薄膜。本發(fā)明的另一個目的是提供通過使用所述有機半導(dǎo)體材料制造的有機薄膜晶體管。問題的解決方法上述目的可以通過以下說明的本發(fā)明而實現(xiàn)。具體地說，本發(fā)明提供了由下式表示的有機半導(dǎo)體材料(F)
權(quán)利要求
1.由下式(F)表示的有機半導(dǎo)體材料
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機半導(dǎo)體材料，其中R1和&各自獨立地表示直鏈或支鏈 C「C18焼基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機半導(dǎo)體材料，其中R1和&各自獨立地表示直鏈或支鏈 C1-C18烷基，其中的氫原子部分地被相同數(shù)目的氟原子取代。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機半導(dǎo)體材料，其中A為苯環(huán)、萘環(huán)、蒽環(huán)、菲咯啉環(huán)、芘環(huán)、 三亞苯環(huán)、并四苯環(huán)、并五苯環(huán)、聯(lián)苯環(huán)、噻吩環(huán)、二噻吩環(huán)、三噻吩環(huán)、四噻吩環(huán)、五噻吩環(huán)、 六噻吩環(huán)、七噻吩環(huán)、八噻吩環(huán)、苯并噻吩環(huán)、噻吩并噻吩環(huán)或二噻吩并噻吩環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機半導(dǎo)體材料，其中A含有一個或多個氟原子、溴原子、氯原子或氰基作為取代基。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機半導(dǎo)體材料，其中A包括1至4個芳環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機半導(dǎo)體材料，其中A具有以下結(jié)構(gòu)(1)至(7)中的一種。
8.有機半導(dǎo)體薄膜，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的有機半導(dǎo)體材料。
9.在基底上形成且具有柵極、柵絕緣層、有機半導(dǎo)體層、源極和漏極的η-型有機薄膜晶體管，其中所述有機半導(dǎo)體層包括根據(jù)權(quán)利要求8的有機半導(dǎo)體薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的η-型有機薄膜晶體管，其電子遷移率為0.001至5. 0cm2/Vs。
全文摘要
本發(fā)明公開了由下式(F)表示的有機半導(dǎo)體材料其中A表示由一個或多個芳環(huán)形成的環(huán)狀共軛骨架結(jié)構(gòu)，且R1和R2各自獨立地表示被取代或未被取代的烷基。所述有機半導(dǎo)體材料具有高電子遷移率和高開/關(guān)比，且可以通過利用其溶液的溶液方法形成有機半導(dǎo)體薄膜。
文檔編號H01L51/40GK102422449SQ201080021008
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者中山健一, 城戶淳二, 夫勇進(jìn), 小熊尚實, 平田直毅, 橋本洋平 申請人:中山健一, 大日精化工業(yè)株式會社