專利名稱：有機半導體材料，有機半導體薄膜和有機半導體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機半導體材料，有機半導體薄膜和有機半導體器件。
背景技術(shù)：
與相關(guān)領(lǐng)域使用如Si (硅)的無機半導體材料的半導體器件相比，使用有機半導體材料的半導體器件降低了制造成本，還有希望成為具有撓性的半導體器件。目前處于研究中的有機半導體材料有很多種，如聚噻吩和紅熒烯，并且已經(jīng)報道了一種包含由這些有機半導體材料構(gòu)成的一個溝道形成區(qū)的晶體管，這種晶體管的遷移率與包含由無定形硅構(gòu)成的溝道形成區(qū)的晶體管的遷移率基本相同(例如參見APL第80卷，第6期，第1088-1090 頁(2002))ο溝道形成區(qū)由這些有機半導體材料構(gòu)成時，由于有機半導體材料很難溶解在有機溶劑中，并且很難采用涂布的方法來施用這些有機半導體材料，因此，通常都是采用真空蒸發(fā)涂布的方法來專門形成半導體薄膜。另一方面，在這些有機半導體材料中引入簡單的烷基鏈和其它取代基，使有機溶劑與之具有親和力，使這些有機半導體材料能夠溶解在有機溶劑中。實踐中，可將聚-3-己基噻吩(P3HT)溶解在如氯仿和甲苯的有機溶劑中，據(jù)報道， 溝道形成區(qū)可采用涂布方法如旋涂法形成(例如，參見APL69 (26)，4108-4110 (1996))。另一方面，多并苯是一種稠合多環(huán)化合物，是類似于聚乙炔和聚亞苯基的具有π 電子共軛體系的分子。此外，從理論上講，多并苯化合物的能帶隙小于聚乙炔等的能帶隙， 并且是有希望具有作為有機半導體材料的優(yōu)良功能的化合物?？衫靡驯灰攵嗖⒈交衔锏娜〈?，使多并苯分子能與絕緣膜表面上的官能團結(jié)合。還可以利用這些取代基來控制并苯骨架的距離、位置和排列，以及圖形等。多并苯化合物是其中苯環(huán)以直線方式結(jié)合的化合物。沒有取代基的多并苯化合物所具有的性質(zhì)是，隨著苯環(huán)數(shù)增加，該化合物變得難以溶解在有機溶劑中。具體而言，大于結(jié)合有五個苯環(huán)的并五苯的多并苯化合物對幾乎所有有機溶劑都失去其溶解性，按照合適的方法如旋涂法很難形成均勻的薄膜。使用這種多并苯化合物，按照旋涂法等即使形成均勻的薄膜，也無法避免旋涂法等可采用的有機溶劑和溫度條件受到嚴格限制的情況(例如，三氯苯和60-180°C)。眾所周知，隨苯環(huán)數(shù)增加，多并苯化合物的穩(wěn)定性下降，并五苯被空氣中的氧氧化，即并五苯的抗氧化劑差。曾報道2，3，9，10_四甲基并五苯的例子，在多并苯化合物中引入了取代基(參見 Wudl 和 Bao, Adv. Mater, H 15 卷，第 3 期(1090-1093), 2003)。然而，這種 2,3,9,10-四甲基并五苯略微溶解于溫熱1，2_ 二氯苯中，因此構(gòu)成FET(場效應(yīng)晶體管)的溝道形成區(qū)可采用真空蒸發(fā)涂布法形成。日本專利申請公開第2004-256532號也描述了 2，3，9，10-四甲基并五苯和2， 3-二甲基并五苯。然而，這兩種化合物可在120°C溶解于1，2_ 二氯苯，但是在該專利申請公開中沒有說明這兩種化合物在室溫能溶解于1，2_ 二氯苯。J. Am. Chem. Soc. 124,8812-8813(2002)報道了一種方法，該方法中，在并五苯中引入能進行熱可逆反應(yīng)的取代基，以制備這樣一種溶液，其中的并五苯前體對于有機溶劑具有高溶解度并五苯，將該溶液涂布在基片上并加熱，從而在基片上形成并五苯的薄膜。很早就了解在并五苯中引入了取代基的化合物，D. R. Maulding等在Journalof Organic Chemistry,第34卷，第6期，1734-1736 (1969)中已經(jīng)報道了幾種并五苯衍生物的合成。近幾年，Takahashi等和Anthony等也已經(jīng)報道了許多并五苯衍生物。例如，參見 Organic Letters，第 6 卷，第 19 期，3325-3328 (2004)和 Organic Letters，第 4 卷，第 1 期， 15-18(2002)。[列舉的專利文獻1]日本專利申請公開第2004-256532[列舉的非專利文獻1]=APL.第180卷，第6期，1088-1090(2002)[列舉的非專利文獻2] :APL. 69 (26) 4108-4110 (1996)[列舉的非專利文獻3] :Wudl 和 Bao，Adv. Mater,H 15 卷，第 3 期(1090-1093), 2003[列舉的非專利文獻4] J.Am· Chem. Soc. 124，8812-8813 (2002)[列舉的非專利文獻5] =Organic Letters，第 6 卷，第 19 期，3325-33 Q004)[列舉的非專利文獻6] =Organic Letters，第 4 卷，第 1 期，15-18 Q002)[列舉的非專利文獻7] J.Am· Chem. Soc. 112，12876-12877 (2000)如上所述，雖然多并苯化合物是有希望表現(xiàn)出作為有機半導體材料的優(yōu)良功能的化合物，但是，多并苯化合物在低溫(例如室溫)難以溶解，因此不適合采用涂布方法如旋涂法。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述各方面，本發(fā)明旨在提供一種能在低溫(例如室溫)溶解在有機溶劑中的有機半導體材料，以及該有機半導體材料由適用于涂布法的多并苯衍生物構(gòu)成。此外，本發(fā)明還旨在提供一種有機半導體薄膜和基于上述有機半導體材料的有機半導體器件。根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種由下面通式(1)表示的多并苯衍生物構(gòu)成的有機半導體材料，通式(1)中R1、R2> R3、R4、R5> R6> R7、R8、R9和R10各自滿足下面(條件-Al)和 (條件-A2)
權(quán)利要求
1. 一種有機半導體材料，由下面通式( 表示的多并苯衍生物組成，在通式O)中，η 是0-20的整數(shù)，R1^ R2> R3> R4> R5> R6> R7和R8各自滿足下面(條件-Bi)和(條件-B2)
2.如權(quán)利要求1所述的有機半導體材料，其特征在于，在(條件-Bi)中，R1、R2、R3、R4、 R5、R6、R7和R8各自是至少一種選自以下的取代基組的取代基有取代基的碳原子數(shù)為1-20 的脂族烴基、有取代基的芳族烴基、有取代基的配位芳基、羧基、氫化物、酯基、氰基、羥基、 鹵原子和氫原子
3.如權(quán)利要求2所述的有機半導體材料，其特征在于，η大于5，且在一部分并苯骨架上的取代基是碳原子數(shù)大于3的烷基。
4.一種有機半導體薄膜，由權(quán)利要求1或2的有機半導體材料制成，所述有機半導體薄膜具有結(jié)晶度。
5.如權(quán)利要求4所述的有機半導體薄膜，其特征在于，在有機半導體材料的一部分并苯骨架上的取代基是碳原子數(shù)大于3的烷基。
6.如權(quán)利要求5所述的有機半導體薄膜，其特征在于，它具有堆疊結(jié)構(gòu)。
7.一種有機半導體器件，包括由權(quán)利要求1或2所述的有機半導體材料制成的有機半導體薄膜，所述有機半導體薄膜具有結(jié)晶度。
8.如權(quán)利要求7所述的有機半導體器件，其特征在于，在有機半導體材料的一部分并苯骨架上的取代基是碳原子數(shù)大于3的烷基。
9.如權(quán)利要求8所述的有機半導體器件，其特征在于，所述有機半導體薄膜具有堆疊結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項所述的有機半導體器件，其特征在于，所述有機半導體器件由源電極/漏電極、被夾在源電極/漏電極與源電極/漏電極之間的溝道形成區(qū)、柵極絕緣層、以及與溝道形成區(qū)相對并通過所述柵極絕緣層的柵電極構(gòu)成，所述溝道形成區(qū)由有機半導體薄膜構(gòu)成。
11. 一種有機半導體材料，由下面通式C3)表示的多并苯衍生物組成，在通式(3)中， R1、R2、R3> R4、R5和R6各自滿足下面(條件-Cl)和(條件-C2)
12.—種有機半導體薄膜，由權(quán)利要求11的有機半導體材料制成，所述有機半導體薄膜具有結(jié)晶度。
13.一種有機半導體器件，包括由權(quán)利要求11所述的有機半導體材料制成的有機半導體薄膜，所述有機半導體薄膜具有結(jié)晶度。
14.如權(quán)利要求13所述的有機半導體器件，其特征在于，所述有機半導體器件由源電極/漏電極、被夾在源電極/漏電極與源電極/漏電極之間的溝道形成區(qū)、柵極絕緣層、以及與溝道形成區(qū)相對并通過所述柵極絕緣層的柵電極構(gòu)成，所述溝道形成區(qū)由有機半導體薄膜構(gòu)成。通式⑶
全文摘要
一種有機半導體材料，由下面通式(1)表示的多并苯衍生物組成，通式(1)中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自滿足下面(條件-A1)和(條件-A2)(條件-A1)，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10獨立地是相同的取代基或不同的取代基，但是，R1、R4、R5、R6和R10不能同時為氫原子。(條件-A2)，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自是至少一種選自以下的取代基組的取代基有取代基的碳原子數(shù)為1-20的脂族烴基、有取代基的芳族烴基、有取代基的配位芳基、羧基、氫化物、酯基、氰基、羥基、鹵原子和氫原子。通式(1)；本發(fā)明提供一種能在低溫(例如，室溫)溶解于有機溶劑并能適合采用涂布方法的有機半導體材料。
文檔編號H01L51/00GK102161621SQ20111003368
公開日2011年8月24日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者大江貴裕, 川島紀之, 菅野研一郎, 高橋保 申請人:國立大學法人北海道大學, 索尼株式會社