有機晶體管用有機半導體材料以及有機晶體管元件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種有機晶體管用有機半導體材料、有機晶體管元件。
【背景技術】
[0002] 通常，使用無機半導體材料的硅的半導體元件中，其薄膜形成中需要高溫工藝及 高真空工藝。由于需要高溫工藝，故而無法將硅在塑料基板等上形成薄膜，因此難以對組入 有半導體元件的制品賦予可撓性或進行輕量化。另外，由于需要高真空工藝，故而組入有半 導體元件的制品的大面積化及低成本化困難。
[0003] 因此，近年來，正在對利用有機半導體材料作為有機電子零件的有機半導體器件 (例如有機電致發光（Electroluminescence，EL)元件、有機薄膜晶體管元件或者有機薄膜 光電轉換元件等）進行研究。與無機半導體材料相比，這些有機半導體材料能夠顯著降低 制作工藝溫度，因此可形成于塑料基板等上。進而，通過使用在溶劑中的溶解性大、且具有 良好的成膜性的有機半導體，可使用不需要真空工藝的涂布法、例如噴墨裝置等來形成薄 膜，結果可期待實現在使用作為無機半導體材料的硅的半導體元件中所難以實現的大面積 化及低成本化。如上所述，與無機半導體材料相比，有機半導體材料在大面積化、可撓性、輕 量化、低成本化等方面有利，故而可期待應用于有效利用這些特性的有機半導體制品中，例 如應用于：信息標簽、電子人工皮膚片（electronic artificial skin sheet)或片型掃描 器等大面積傳感器、液晶顯示器、電子紙以及有機EL面板等顯示器等。
[0004] 如上所述，對期待廣泛用途的有機半導體元件中所使用的有機半導體材料要求高 的電荷迀移率。例如，有機晶體管中，由于直接影響交換速度（switching speed)或所驅動 的裝置的性能，故而為了實用化，電荷迀移率的提高為必需的課題。進而如上所述，為了可 利用涂布法來制成半導體元件，故而要求溶劑可溶性、氧化穩定性、良好的制膜性。
[0005] 尤其可列舉電荷迀移率大來作為對有機半導體的要求特性。就該觀點而言，近年 來，報告有具有與非晶硅相當的電荷傳輸性的有機半導體材料。例如，將五個苯環以直線狀 縮合而成的經系并苯（acene)型多環芳香族分子即并五苯用作有機半導體材料的有機場 效應晶體管元件（Organic Field Effect Transistor，OFET)中，報告有與非晶娃相當的電 荷迀移率（非專利文獻1)。然而，在將并五苯用作OFET的有機半導體材料的情況下，有機 半導體薄膜層由于是利用超高真空下的蒸鍍法來形成，故而就大面積化、可撓性、輕量化以 及低成本化的觀點而言不利。另外，還提出了不使用真空蒸鍍法，而使并五苯結晶在三氯苯 的稀薄溶液中形成的方法，但制造方法困難，仍然無法獲得穩定的元件（專利文獻1)。如并 五苯之類的烴系并苯型多環芳香族分子中也可以列舉氧化穩定性低來作為課題。
[0006] 另外，聚（3-己基噻吩）等具有長鏈烷基的聚噻吩衍生物可溶于溶劑中，報告有利 用涂布法來制作有機半導體器件，但由于電荷迀移率低于結晶性化合物，故而存在所得的 有機半導體器件的特性低的問題（非專利文獻2)。
[0007] 另外，與并五苯相比，噻吩環進行縮環而成的并五噻吩（pentathienoacene)的耐 氧化性提高，但由于載流子迀移率低以及其合成需要多步驟，故而并非在實用上優選的材 料（非專利文獻3)。
[0008] 另外，最近報告有根據溶解性高的并苯類即紅熒烯的單結晶而為非常高的迀移 率，但通過溶液澆鑄而成膜的紅熒烯的膜并未取得這種單結晶結構，未獲得充分的迀移率 (非專利文獻4)。
[0009] 作為溶劑溶解性高且對于氧化比較穩定的烴系并苯型化合物的例子，報告有：將 并五苯的6位、13位以硅烷基乙炔基取代而成的一部分化合物的涂布膜的穩定性良好（非 專利文獻5)。然而，這些報告中，僅將定性的形狀表述為對于氧化的穩定性提高，尚未獲得 能夠耐受實用的程度的穩定性。
[0010] 另一方面，最近報告有在烴系并苯型多環芳香族骨架上導入了如氮或硫之類的雜 原子的雜并苯Oieteroacene)系骨架。然而，其特性并不充分，例如，在通過導入氮作為雜 原子而獲得的吲哚并咔唑系材料的情況下，尚無法獲得充分的電荷迀移率（專利文獻2)。
[0011] 現有技術文獻
[0012] 專利文獻
[0013] 專利文獻I :W02003/016599號公報
[0014] 專利文獻 2 :US7, 456, 424A1
[0015] 非專利文獻
[0016] 非專利文獻1 :《應用物理學雜志（Journal of Applied Physics)》第92期第5259 頁（2002)
[0017] 非專利文獻 2 :《科學（Science)》第 280 期（5370)，1741 (1998)
[0018] 非專利文獻3 :《美國化學學會志（Journal Of American Chemical Society)》第 127 期第 13281 頁（2005)
[0019] 非專利文獻 4 :《科學（Science)》第 303 期（5664)，1644(2004)
[0020] 非專利文獻5 :《有機快報（Organic Letters，Org. Lett.)》第4期第15頁（2002)
【發明內容】
[0021] 本發明的目的在于提供一種具有高電荷迀移性、氧化穩定性、溶劑可溶性的有機 晶體管用有機半導體材料以及使用其的有機晶體管。
[0022] 本發明者等人進行了積極研究，結果發現具有高電荷迀移性、氧化穩定性、溶劑可 溶性的有機半導體材料，且發現通過將所述有機半導體材料用于有機晶體管元件而獲得高 特性的有機晶體管，從而達成本發明。
[0023] 本發明為一種有機晶體管用有機半導體材料，其特征在于包含下述通式（1)所表 示的化合物。
[0024]
[0025] 此處，環A表示在任意的位置與鄰接環進行縮合的式（la)所表示的芳香環，環B 表示在任意的位置與鄰接環進行縮合的式（Ib)所表示的雜環,R1獨立地表示選自碳數1~ 30的烷基、碳數6~50的芳香族烴基、碳數3~50的雜芳香族基、碳數2~50的烯基、以 及碳數2~50的炔基中的基團，R 2獨立地表示選自氫、碳數1~30的烷基、碳數6~50的 芳香族烴基、以及碳數3~50的雜芳香族基中的基團，a、b、c為滿足a+b+c多0的0以上 的整數。
[0026] 所述通式⑴中，優選的態樣為：a+b+c為1以上的整數，而且&的至少一個為選 自碳數2~50的烯基、以及碳數2~50的炔基中的基團。
[0027] 另外，本發明為一種所述有機晶體管用有機半導體材料的制造方法，其特征在于： 使下述通式（2)所表示的化合物與下述通式（3)所表示的化合物進行反應而形成將通式 (2)中的X取代為&而成的化合物。
[0028]
[0029] 此處，環A'表示在任意的位置與鄰接環進行縮合的式（2a)所表示的芳香環，環 表示在任意的位置與鄰接環進行縮合的式（2b)所表示的雜環，X表示鹵素原子、CF3SO3 基、三烷基硅烷基、有機硼基、有機錫基、鹵化鎂基、鹵化鋅基中的任一者，p、q、r為滿足 p+q+r彡1的0以上的整數。
[0030] R1-Y (3)
[0031] 此處，R1與通式⑴的R1為相同含意，Y為可與通式⑵的X進行反應，作為X-Y 而脫離，將X取代為R1的基團。
[0032] 本發明的有機半導體材料具有高的電荷迀移特性。因此，本發明的有機薄膜晶體 管可表現出高的特性，其結果為能夠獲得高特性的有機晶體管，因此其技術性價值大。
【附圖說明】
[0033] 圖1表示有機場效應晶體管元件的一例的示意剖面圖。
[0034] 圖2表示有機場效應晶體管元件的另一例的示意剖面圖。
[0035] 圖3表示有機場效應晶體管元件的又一例的示意剖面圖。
[0036] 圖4表示有機場效應晶體管元件的又一例的示意剖面圖。
[0037] 圖 5 表不中間體 101-D 的核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR)圖。
[0038] 圖6表示化合物101的NMR圖。
【具體實施方式】
[0039] 本發明的有機半導體材料為通式（1)所表示的化合物。
[0040] 通式（1)所表示的化合物的骨架具有多個苯環、環A、環B進行縮環而成的結構。 因此，通式（1)所表示的骨架存在下述通式（4)~通式（17)所示的異構體。
[0043] 通式（1)(只要無特別說明，則為包含式（la)及式（Ib)的含意）中，環A表示與 鄰接環進行縮合的式（Ia)所表示的芳香環，環B表示與鄰接環進行縮合的式（Ib)所表示 的雜環。通式（1)、式（Ia)中的R 1獨立地為選自由碳數1~30的烷基、碳數6~50的芳 香族烴基、碳數3~50的雜芳香族基、碳數2~50的烯基、以及碳數2~50的炔基所組成 的組群中的基團。這些烷基、芳香族烴基、雜芳香族基、烯基、炔基可具有取代基，在具有一 個以上的取代基的情況下，碳數的計算中包含這些取代基的碳數。
[0044] 在&為烷基的情況下，優選的烷基可例示：正丁