專利名稱：雙極性聚合物半導體材料及有機電子器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有機化合物、來源于這類化合物的雙極性半導體材料以及包含此雙極性半導體材料的器件。
背景技術：
作為半導體材料的有機化合物已經大量發(fā)展。特別地，近年來已經發(fā)展高性能的單極性P-型與η-型聚合物半導體，它們分別具有大約lcm2/V. S的空穴和電子遷移率。薄膜晶體管內具有高傳遞遷移率的聚合物半導體可用于許多應用，包括顯示器以及RFID。在ρ-溝道和η-溝道區(qū)域操作中能夠傳導空穴和電子二者的雙極性有機薄膜晶體管近來已經引起注意。這類器件能提供用于構建互補性數字集成電路的可選方法，該集成電路與盛行的互補性金屬氧化物半導體(CM0Q技術相似。這類CMOS類的數字電路，與非互補性電路比較，具有許多優(yōu)點，例如更大的速度、更高的抗噪聲性、更低的功耗以及晶體管操作特征中變化性和位移的更佳容許度。雙極性晶體管可以使用以下制造(i) 二堆棧層的離散P-溝道和η-溝道半導體材料；(ii) 一層二組分層，其包含單極性P-型與η-型有機半導體的摻合物；或(iii)具有對稱或不對稱電極的一層單一組分材料。然而，單極性ρ-型與η-型有機半導體用于雙層的(i)或者混合層的(ii)雙極性OTFT需要復雜的制造程序或者這類器件已經顯示出不良性能。對于設計(iii)，雖然許多現有的有機半導體材料顯示出雙極性電荷傳遞性質，但這類材料需要嚴格的操作條件 (如，高真空)、特別的介電材料或者非常低功函電極材料。具有平衡的高空穴和電子遷移率的雙極性半導體材料能大大地簡化器件的制造， 尤其當使用溶液加工技術例如噴墨打印用于邏輯電路的復雜制造時。現在，在OTFT中展示出穩(wěn)定的雙極性操作特征的單一組分半導體材料非常少。已知的雙極性單一組分半導體材料典型地展示出低且不平衡的空穴和電子遷移率(10_5-0. lcm2/V. s)。最近，具有0. 003cm2/v. s的空穴遷移率以及0. 04cm2/V. s的電子遷移率的雙極性聚合物在 Kim 等人，Adv. Mater. 2010，22，478-482 中描述。因此，對于生產可用于生產有效電子器件的替代性雙極性有機材料存在需求。發(fā)明概述本發(fā)明涉及有機化合物，其可以在有機電子器件中用作電子與空穴傳遞的雙極性半導體材料。本發(fā)明的化合物并入受電子基團和供電子基團的交替嵌段。這類化合物為包含重復單元的聚合物，該重復單元基于核心平面受主部分以及施主部分，該受主部分為缺乏電子的且能提供電子傳遞性質，以及該施主部分為富電子的以提供空穴傳遞性質。額外的受
14主部分和核心受主基團一起促成提供低的LUMO能級用于有效的電子注入和傳遞。該施主和受主基團提供了平衡的電子和空穴傳遞。本發(fā)明的化合物可以展現出高的、平衡良好的電子和空穴遷移率。因而，這類化合物可以用作單一組分雙極性半導體材料供，以包括在有機電子器件內，包括在有機薄膜晶體管中。因而，在一方面，本發(fā)明提供了式I的化合物[Da-A 核心-Db-Ac-] n (I)其中各個Ae心為受電子的稠合雜芳族基團，其具有至少一個氮原子在該雜芳族基團的主鏈中以及至少一個S、0或％原子在該雜芳族基團的主鏈中或者作為該雜芳族基團上的共軛取代基；各個D為具有5至50個主鏈原子的獨立選擇的共軛供電子芳族或雜芳族基團，各個D任選地被一個或多個供電子取代基或吸電子取代基取代，條件是即使當被取代時，各個D的電子特性為供電子的；各個A為獨立地選擇的具有5至50個主鏈原子的共軛受電子芳族或雜芳族基團或是被一個或二個吸電子取代基取代的亞乙基基團，各個A任選地被一個或多個供電子取代基或吸電子取代基取代，條件是即使當被取代時，各個A的電子特性為受電子的；η為具有2至10000的值的整數；以及各個a、各個b和各個c獨立地為1至4的整數。在一些實施方式中，化合物具有式Ia:
權利要求
1.式I的化合物 [Da-A 核心-Db-Ac-]
2.如權利要求1所述的化合物，其具有式Ia
3.如權利要求2所述的化合物，其中各個Ar獨立地為Arl至ArS之一以及各個Ar任選地被取代
4.如權利要求2或3所述的化合物，其中各個D獨立地為Dl至D12之一以及各個D任
5.如權利要求2至4任一項所述的化合物，其中各個A獨立地為Al至Α19之一以及各個A任選地被取代
6.如權利要求1所述的化合物，其具有式Λ 其中各個R獨立地為直鏈或支鏈C1-C4tl烷基、烷基部分具有1至40個碳的直鏈或支鏈烷氧基、C6-C40芳基、C6-C40取代芳基、具有5至40個主鏈原子的雜芳基、具有5至40個主鏈原子的取代雜芳基，當合適時其任一個可以任選地被F、Cl或CN取代；以及各個X獨立地為3、0或％。
7.如權利要求6所述的化合物，其中各個D獨立地為D13至D27之一以及各個D任選地被取代
8.如權利要求6或7所述的化合物，其中各個A獨立地為A20至A35之一以及各個A 任選地被取代
9.如權利要求1所述的化合物，其為化合物1至37的任-
10.薄膜，其包含權利要求1至9中任一項所述的化合物。
11.有機電子器件，其包含權利要求1至9中任一項所述的化合物或者權利要求10所述的薄膜。
12.如權利要求11所述的有機電子器件，其為薄膜晶體管，所述器件包含柵極以及半導體材料，所述柵極由柵介電質與源極與漏極分開，所述半導體材料與所述柵介電質接觸并且形成所述源極和所述漏極之間的傳導路徑，所述半導體材料包含權利要求10所述的薄膜。
13.如權利要求12所述的有機電子器件，其中所述薄膜晶體管為雙極性薄膜晶體管。
14.如權利要求12或13所述的有機電子器件，其中所述源極和所述漏極由相同的傳導性材料制造。
全文摘要
提供了式I的化合物、來源于這類化合物的雙極性半導體材料以及包含此雙極性半導體材料的器件。[Da-A核心-Db-Ac-]n (I)
文檔編號H01L51/00GK102549791SQ201080044406
公開日2012年7月4日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2009年8月28日
發(fā)明者P·桑奈爾, S·P·森格, 李玉寧, 蘇美嫦 申請人:新加坡科技研究局