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TWI428331B - 有機半導體複合物、有機電晶體材料、及有機場效型電晶體 - Google Patents

有機半導體複合物、有機電晶體材料、及有機場效型電晶體 Download PDF

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TWI428331B
TWI428331B TW097102815A TW97102815A TWI428331B TW I428331 B TWI428331 B TW I428331B TW 097102815 A TW097102815 A TW 097102815A TW 97102815 A TW97102815 A TW 97102815A TW I428331 B TWI428331 B TW I428331B
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organic
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compound
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TW097102815A
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TW200838857A (en
Inventor
Seiichiro Murase
Yukari Jo
Jun Tsukamoto
Junji Mata
Original Assignee
Toray Industries
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Publication date
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Description

有機半導體複合物、有機電晶體材料、及有機場效型電晶體
本發明之課題在於提供一種含有噻吩化合物與碳奈米管之有機半導體複合物、有機電晶體材料、及有機場效型電晶體。
習知之場效型電晶體元件(以下,稱為FET元件)係使用矽或鍺等之無機半導體,為了形成電路圖案,即使經歷如光刻或真空蒸鍍等製造成本之製程,幾個階段也為必要的。於採用如此製法之半導體產業中,正提高對於製造成本削減或顯示裝置之大面積化的要求。但是,基於製造裝置之限制,無機半導體中之低成本化或大面積化為困難的。另外,由於將矽等之無機半導體予以製膜的程序係於非常高的溫度下進行,可能作為基板使用之材料種類,將有受到限制的課題。
因此,有人提案將成形性優異的有機半導體作為半導體層使用之有機場效型電晶體元件。藉由將有機半導體作為墨水利用,根據噴墨技術或網板技術等,於基板上直接形成電路圖案逐漸變得可能。
作為顯示FET元件性能之重要指標,可列舉:移動度與開關比。亦即,移動度之提高係意指使開電流予以增加。另一方面,開關比之提高係意指使開電流予以增加的同時,使關電流予以減少。此等之中任一種均使FET元件之切換特性予以提高,例如於液晶顯示裝置中,與使高階調 得以實現有關聯。例如,液晶顯示裝置之情形,尋求移動度0.1cm2 /V.sec以上、開關比105 以上。
有人提案戊烯或丁烯等之并苯(acene)系化合物、金屬酞菁化合物等之有機低分子半導體,作為用於FET元件之有機半導體。然而,有機低分子半導體之情形,大多使用蒸鍍等之真空程序,將有大面積化或成本削減為困難的課題。因此,指示共軛系聚合物或聚噻吩等之有機高分子半導體。然而,聚對伸苯基乙烯所代表的共軛系聚合物之情形,得到高的配向性為困難的,充分之移動度並無法得到。另一方面,聚-3-己基噻吩(P3HT)所代表的聚噻吩類係可溶於有機溶劑中,由於依照噴墨技術或網板技術所造成之膜形成為可能的,許多的研究正著手進行中。然而,大多之聚噻吩類仍有被周遭的氧所氧化摻雜,使得關電流上升、開關比降低的課題。
近年來,有人揭示一種含有可溶化之噻吩寡聚物的有機半導體材料(例如,參照專利文獻1及專利文獻2)。然而,使用此等材料的FET元件之情形,充分之移動度將無法得到。
另外,為了使移動度得以提高之技術,雖然有人提案一種使用已使碳奈米管分散於聚噻吩類等之有機高分子半導體膜中之複合物的方法(例如,參照專利文獻3),或一種使用已使奈米桿或奈米管分散於有機半導體分子中之固體組成物的方法(例如,參照專利文獻4),但是,無 論任一種方法仍無法得到充分之移動度。
專利文獻1:日本專利特開2006-128601號公報(申請專利範圍) 專利文獻2:日本專利特開2006-24908號公報(申請專利範圍) 專利文獻3:日本專利特開2006-265534號公報(申請專利範圍) 專利文獻4:日本專利特開2006-93699號公報(申請專利範圍)
本發明之目的係提供一種有機半導體複合物、有機電晶體材料、及有機場效型電晶體元件,其係於噴墨等之塗布程序可以進行製膜,具有高的電荷移動度,即使於空氣中,也能夠維持高的開關比。
本發明係含有以下列通式(1)所示之噻吩化合物與碳奈米管的有機半導體複合物; 〔化1〕B 2 -A 1 -B 1 (1)
於此,B1 與B2 可以相同,也可以不同,分別表示以下列通式(2)所示之基;A1 係表示以下列通式(3)~(11)中任一式所示之2價連結基;
於此,R1 ~R5 可以相同,也可以不同,分別從氫、烷基、環烷基、雜環基、烯基、環烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、芳醚基、芳硫醚基、芳基、雜芳基、鹵素原子、氰基、甲醯基、烷羰基、芳羰基、羧基、烷氧羰基、芳氧羰基、烷羰氧基、芳羰氧基、胺甲醯基、胺基與矽烷基所構成族群中所選出;R1 ~R5 也可以利用鄰接的彼此取代基而形成環;m1 係0~11之整數;m1 為2以上之情形,各自之R1 與R2 可以相同,也可以不同;
於此,R6 ~R10 可以相同,也可以不同,分別表示伸烷基、伸環烷基、2價之雜環基、羰基、羥羰基或羰氧基; Ar1 ~Ar12 可以相同,也可以不同,分別表示伸芳基或伸雜芳基;X1 ~X6 可以相同,也可以不同,分別表示-O-、-S-、-NR11 -或是-SiR12 R13 -;Y1 ~Y6 可以相同,也可以不同,分別表示-CR14 =或-N=;還有,R11 ~R14 係由與上述R1 ~R5 相同的族群所選出;a1 ~a6 係表示1或2;b1 ~b8 係表示0~4之整數;但是,b3 、b4 、b7 或b8 為0之情形,Ar1 、Ar3 、Ar9 與Ar11 分別表示伸芳基、含有至少一個氮原子的伸雜芳基或縮合伸雜芳基。
另外,本發明係一種含有上述之有機半導體複合物的有機電晶體材料。
另外,本發明係一種含有下列通式(12)所示之噻吩化合物的有機電晶體材料: 〔化4〕B 4 -A 2 -B 3 (12)
於此,B3 與B4 可以相同,也可以不同,分別表示以下列通式(13)所示之基;A2 係表示以下列通式(14)~(18)中任一式所示之2價連結基;
於此,R21 ~R25 可以相同,也可以不同,分別表示氫、烷基、環烷基、雜環基、烯基、環烯基、炔基、烷氧基、 烷硫基、芳醚基、芳硫醚基、芳基、雜芳基、鹵素原子、氰基、甲醯基、烷羰基、芳羰基、羧基、烷氧羰基、芳氧羰基、烷羰氧基、芳羰氧基、胺甲醯基、胺基與矽烷基所構成族群中所選出;R21 ~R25 也可以利用鄰接的彼此取代基而形成環;m2 係0~11之整數;m2 為2以上之情形,各自之R21 與R22 可以相同,也可以不同;
於此,R15 與R16 可以相同,也可以不同,分別表示伸烷基、伸環烷基、2價之雜環基、羰基、氧羰基或羰氧基;Ar13 ~Ar22 可以相同,也可以不同,分別表示伸芳基或具有6員環之伸雜芳基;X7 ~X9 可以相同,也可以不同,分別表示-O-、-S-、-NR17 -或是-SiR18 R19 -;Y7 與Y8 可以相同,也可以不同,分別表示-CR20 =或-N=;還有,R17 ~R20 係由與上述R1 ~R5 相同的族群所選出;a7 與a8 係表示1或2;b9 ~b12 係表示1~4之整數。
另外,本發明係一種有機場效型電晶體,具有閘極、絕緣層、半導體層、源極與汲極之有機場效型電晶體,該半導體層係一種含有上述之有機電晶體材料的有機場效型電晶體。
根據本發明,能夠提供一種有機半導體複合物、有機電晶體材料、及有機場效型電晶體元件,其係可以噴墨等之塗布程序進行製膜,具有高的電荷移動度,即使於空氣中,也能夠維持高的開關比。
發明之實施形態
針對本發明之下列通式(1)所示之噻吩化合物,詳加說明。
〔化7〕B 2 -A 1 -B 1 (1)
於此,B1 與B2 可以相同,也可以不同,分別表示以下列通式(2)所示之基:
於此,R1 ~R5 可以相同,也可以不同,分別從氫、烷基、環烷基、雜環基、烯基、環烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、芳醚基、芳硫醚基、芳基、雜芳基、鹵素原子、氰基、甲醯基、烷羰基、芳羰基、羧基、烷氧羰基、芳氧羰基、烷羰氧基、芳羰氧基、胺甲醯基、胺基與矽烷基之中所選出。R1 ~R5 也可以利用鄰接的彼此取代基而形成環。m1 係0~11之整數。m1 為2以上之情形,各自之R1 與R2 可以相同,也可以不同。
R1 ~R5 之中,所謂烷基,例如表示甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基等之飽和脂肪族烴基,此基可以具有取代基,也可以不具有。具有取代基之情形的追加取代基並無特別之限制,例如,可列舉:烷氧基、芳基、雜芳基等,此等取代基也可以進一步具有取代基。另外,烷基之碳數並未予以特別限定,基於取得容易性或成本之觀點,適宜為1以上、20以下,更佳為1以上、8以下。
所謂環烷基,例如表示環丙基、環己基、降烷基、金剛烷基等之飽和脂環族烴基,此基可以具有取代基,也可以不具有。具有取代基之情形,取代基並無特別之限制,例如,可列舉:烷基、烷氧基、芳基、雜芳基等,此等取代基也可以進一步具有取代基。關於此等取代基之說明係於下列之記載也適用。環烷基之碳數並未予以特別限定,適宜為3以上、20以下之範圍。
所謂雜環基,例如表示由吡喃環、哌啶環、醯胺環等之環內具有碳以外原子的脂肪族環所衍生之基,此基可以具有取代基,也可以不具有。雜環基之碳數,並未予以特別限定,適宜為2以上、20以下之範圍。
所謂烯基,例如表示含有乙烯基、烯丙基、丁二烯基等雙鍵的不飽和脂環族烴基,此烯基可以具有取代基,也可以不具有。烯基之碳數並未予以特別限定,適宜為2以上、20以下之範圍。
所謂環烯基,例如表示含有環戊烯基、環戊二烯基、環己烯基等雙鍵的不飽和脂環式烴基,此基可以具有取代基,也可以不具有。環烯基之碳數並未予以特別限定,適宜為2以上、20以下之範圍。
所謂炔基,例如表示含有乙炔基等參鍵的不飽和脂環族烴基,此基可以具有取代基,也可以不具有。炔基之碳數並未予以特別限定,適宜為2以上、20以下之範圍。
所謂烷氧基,例如表示甲氧基、乙氧基、丙氧基等之利用脂環族烴基以取代醚鍵一側的官能基,此脂環族烴基可以具有取代基,也可以不具有。烷氧基之碳數並未予以特別限定,適宜為1以上、20以下之範圍。
所謂烷硫基係烷氧基之醚鍵的氧原子被硫原子所取代之物。烷硫基之脂肪族烴基可以具有取代基,也可以不具有。烷硫基之碳數並未予以特別限定,適宜為1以上、20以下之範圍。
所謂芳醚基,例如表示苯氧基、萘氧基等之利用芳香族烴基以取代醚鍵一側的官能基,此芳香族烴基可以具有取代基,也可以不具有。芳醚基之碳數並未予以特別限定,適宜為6以上、40以下之範圍。
所謂芳硫醚基係芳醚基之醚鍵的氧原子被硫原子所取代之物。芳硫醚基之芳香族烴基可以具有取代基,也可以不具有。芳硫醚基之碳數並未予以特別限定,適宜為6以上、40以下之範圍。
所謂芳基,例如表示苯基、萘基、聯苯基、蒽基、菲基、聯三苯基、芘基等之芳香族烴基,此基可以具有取代基,也可以不具有。芳基之碳數並未予以特別限定,適宜為6~40之範圍。
所謂雜芳基,例如表示呋喃基、苯硫基、苯并吹喃基、二苯并吹喃基、吡啶基、喹啉基等之環內具有一個或複數個碳以外原子的芳香族基,此基可以具有取代基,也可以不具有。雜芳基之碳數,並未予以特別限定,適宜為2~30之範圍。
所謂鹵素原子係表示氟、氯、溴或碘。
胺甲醯基、胺基與矽烷基可以具有取代基,也可以不具有。例如,取代基可列舉:烷基、環烷基、芳基、雜環基等,此等取代基也可以進一步具有取代基。
所謂烷羰基,例如表示乙醯基、己醯基等之利用脂肪族烴基以取代羰鍵一側的官能基,此脂肪族烴基可以具有取代基,也可以不具有。烷羰基之碳數並未予以特別限定,適宜為2以上、20以下之範圍。
所謂芳羰基,例如表示苯醯基等之利用芳香族烴基以取代羰鍵一側的官能基,此芳香族烴基可以具有取代基,也可以不具有。芳羰基之碳數並未予以特別限定,適宜為7以上、40以下之範圍。
所謂烷氧羰基,例如表示甲氧羰基等之利用烷氧基以取代羰鍵一側的官能基,此烷氧基可以具有取代基,也可 以不具有。烷氧羰基之碳數並未予以特別限定,適宜為2以上、20以下之範圍。
所謂芳氧羰基,例如表示苯氧羰基等之利用芳氧基以取代羰鍵一側的官能基,此芳氧基可以具有取代基,也可以不具有。芳氧羰基之碳數並未予以特別限定,適宜為7以上、40以下之範圍。
所謂烷羰氧基,例如表示乙醯氧基等之利用烷羰基以取代醚鍵一側的官能基,此烷羰基可以具有取代基,也可以不具有。烷羰氧基之碳數並未予以特別限定,適宜為2以上、20以下之範圍。
所謂芳羰氧基,例如表示苯醯氧基等之利用芳羰基以取代醚鍵一側的官能基,此芳羰基可以具有取代基,也可以不具有。芳羰氧基之碳數並未予以特別限定,適宜為7以上、40以下之範圍。
利用鄰接的彼此基相鍵結而形成環之情形,若利用該通式(2)加以說明時,由R1 ~R5 之中所選出之任意鄰接2基(例如,R1 與R2 )相鍵結而形成共軛或非共軛之縮合環。縮合環之構成元素,除了碳以外,也可以含有氮、氧、硫、磷或矽原子。縮合環也可以進一步與別的環進行縮合。
m1 係表示0~11之整數。另外,a1 ~a6 係表示1或2,b1 ~b8 係表示1~4之整數。將m1 、a1 ~a6 與b1 ~b8 設為該範圍,以通式(1)所示之噻吩化合物的共軛長度將受到抑制,對氧化之安定性將提高,於空氣中能夠維持高的開關 比。另外,由於能夠較容易合成,成本降低將成為可能。此等之說明,於後述之a7 ~a8 與b9 ~b13 的數值範圍之說明也適用。再者,藉由m1 為0~7之整數,由於更提高對氧化之安定性或合成之容易性而較佳。另外,m1 為2以上之情形,各自之R1 與R2 可以相同,也可以不同。就分子量而言,以通式(1)所示之噻吩化合物的分子量適宜為3000以下。
若考量塗布程序之適合性時,R1 ~R5 之至少一個適宜為碳數4以上之烷基或烷氧基。
另外,於通式(1)中,A1 係表示以下列通式(3)~(11)中任一式所示之2價連結基:
於此,R6 ~R10 可以相同,也可以不同,分別表示伸烷基、伸環烷基、2價之雜環基、羰基、氧羰基或羰氧基。Ar1 ~Ar12 可以相同,也可以不同,分別表示伸芳基或伸雜芳基。X1 ~X6 可以相同,也可以不同,分別表示-O-、 -S-、-NR11 -、-SiR12 R13 -。Y1 ~Y6 可以相同,也可以不同,分別表示-CR14 =或-N=。還有,R11 ~R14 係由與上述R1 ~R5 相同的族群所選出。a1 ~a6 可以相同,也可以不同,表示1或2。b1 ~b8 可以相同,也可以不同,表示0~4之整數。但是,b3 、b4、b7 、b8 為0之情形,Ar1 、Ar3 、Ar9 、Ar11 分別表示伸芳基、含有至少一個氮原子的伸雜芳基或縮合伸雜芳基。
R6 ~R10 之中,所謂伸烷基,例如表示亞甲基、伸乙基、伸丙基等之2價飽和脂肪族烴基,此基可以具有取代基,也可以不具有。伸烷基之碳數並未予以特別限定,基於取得容易性或成本之觀點,適宜為1以上、12以下,更佳為1以上、8以下。
所謂伸環烷基,例如表示由環丙烷、環己烷、降烷、金剛烷等之飽和脂環式烴所衍生之2價基,此基可以具有取代基,也可以不具有。伸環烷基之碳數,並未予以特別限定,適宜為3以上、20以下之範圍。
所謂2價之雜環基,例如表示由吡喃環、哌啶環、醜胺環等之環內具有碳以外原子的脂肪族環所衍生之2價基,此基可以具有取代基,也可以不具有。雜環基之碳數,並未予以特別限定,適宜為2以上、20以下之範圍。
Ar1 ~Ar12 之中,所謂伸芳基,例如表示由苯、萘、聯苯、菲、聯三苯、芘等之芳香族烴所衍生之2價基,此基可以具有取代基,也可以不具有。伸芳基之碳數,並未予 以特別限定,適宜為6~30之範圍。
所謂伸雜芳基,例如表示呋喃、苯井噻吩、咔唑、噁二唑、喹喔啉等之環內具有一個或複數個碳以外原子的芳香族基所衍生之2價基,此基可以具有取代基,也可以不具有。伸雜芳基之碳數,並未予以特別限定,適宜為2~30之範圍。
所謂含有至少一個氮原子之伸雜芳基,表示吡啶、喹啉、噁唑、苯并噻吩等之環內具有一個或複數個氮原子的伸雜芳基,此基可以具有取代基,也可以不具有。另外,所謂縮合環雜芳基,表示苯并呋喃、二苯井呋喃、菲繞啉、苯并二噻吩等之二個以上芳香環縮合的伸雜芳基,此基可以具有取代基,也可以不具有。
R|1 ~R14 之說明係與該R1 ~R5 之說明相同。
藉由連結基A1 具有如此之構造,可以得到對於氧化之安定性將提高,並且與CNT之良好相溶性。
雖然通式(1)中之B1 與B2 之可以相同,也可以不同,若B1 與B2 為相同基時,合成程序中之步驟數將變少,由於低成本化為可能的而較佳。
另外,通式(2)中之R5 較宜為利用含有一個以上氧原子之基所取代之烷基。藉此,能夠維持彼此噻吩骨幹的高配向性之狀態下而使對溶劑之溶解性得以提高,使用噴墨等之溶液程序,製作高移動度之FET元件將變得容易。
利用含有一個以上氧原子之基所取代之烷基的例子, 例如,可列舉:2-甲氧乙基、2-乙氧乙基、2-丁氧乙基、2-己氧乙基、2-壬氧乙基、2-辛氧乙基、2-癸氧乙基、2-十六烷氧乙基、甲氧甲基、乙氧甲基、丁氧甲基、戊氧甲基、己氧甲基、壬氧甲基、十二烷氧甲基、3-丁氧丙基、3-辛氧丙基、3-壬氧丙基、3-十二烷氧丙基、4-丁氧丁基、4-辛氧丁基、4-癸氧丁基、4-十二烷氧丁基、2-(2-甲氧乙氧)乙基、2-(2-乙氧乙氧)乙基、2-(2-丙氧乙氧)乙基、2-(2-丁氧乙氧)乙基、2-(2-戊氧乙氧)乙基、2-(2-己氧乙氧)乙基、2-(2-辛氧乙氧)乙基、2-(2-十二烷氧乙氧)乙基、2-甲氧甲氧乙基、2-(3-甲氧丙氧)乙基、2-(2-甲氧乙氧)甲基、2-乙氧乙氧甲基、2-丙氧乙氧甲基、2-己氧乙氧甲基、3-(2-乙氧乙氧)丙基、3-(2-丙氧乙氧)丙基、4-(2-甲氧乙氧)丁基、4-(2-乙氧乙氧)丁基、2-(4-乙氧丁氧)乙基、2-(4-甲氧丁氧)乙基、2-〔2-(2-甲氧乙氧)乙氧〕乙基、2-〔2-(2-乙氧乙氧)乙氧〕乙基、2-〔2-(2-丁氧乙氧)乙氧〕乙基、2-〔2-(2-戊氧乙氧)乙氧〕乙基、2-(2-乙氧乙氧)乙氧甲基、2-(2-丙氧乙氧)乙氧甲基、2-(2-丁氧乙氧)乙氧甲基、2-(2-己氧乙氧)乙氧甲基、4-〔2-(2-甲氧乙氧)乙氧〕丁基、4-〔2-(2-乙氧乙氧)乙氧〕丁基、6-〔2-(2-丙氧乙氧)乙氧〕己基、3-〔2-(2-戊氧乙氧)乙氧〕丙基、2-〔2-(4-甲氧丁氧)乙氧〕乙基、2-〔2-(4-乙氧丁氧)乙氧〕乙基、2-{2-〔2-(2-乙氧乙氧)乙氧〕乙氧}乙基、2-〔2-(2-乙氧乙氧) 乙氧〕乙氧甲基等。
另外,即使於通式(1)所示之噻吩化合物中,較宜為具有一種以上液晶狀態之化合物。所謂液晶狀態係指結晶狀態與液體狀態的中間狀態之一,兼具結晶之異方向性與液體之流動性。具有如此液晶狀態之化合物(以下,稱為液晶性化合物)係根據其高的自我組織化能力,實現優越之分子配向,能夠形成具有極高結晶性之有機半導體薄膜。再者,從溶液塗布液晶性化合物之後,藉由直到表現液晶性之溫度為止進行加熱而賦與流動性,作出高的結晶狀態也為可能。如此方式,藉由使用具有一種以上液晶狀態之噻吩化合物,利用塗布程序而能夠實現高移動度之有機半導體薄膜。
具有如上述之一種以上液晶狀態的噻吩化合物之例子,通式(1)中的R5 可列舉:碳數2~20之烷基、利用含有一個以上氧之基所取代之碳數2~20之烷基、碳數1~20之烷氧基、利用含有一個以上氧之基所取代之碳數1~20之烷氧基、碳數4~20之烯基、利用含有一個以上氧之基所取代之碳數4~20之烯基、碳數4~20之炔基、利用含有一個以上氧之基所取代之碳數4~20之炔基、碳數1~20之烷硫基、利用含有一個以上氧之基所取代之碳數1~20之烷硫基、碳數3~20之烷羰基、利用含有一個以上氧之基所取代之碳數3~20之烷羰基、碳數2~20之烷氧羰基、利用含有一個以上氧之基所取代之碳數2~20之烷 氧羰基、碳數3~20之烷羰氧基、利用含有一個以上氧之基所取代之碳數3~20之烷羰氧基、利用碳數2以上之烷基所取代之矽烷基及利用含有一個以上氧之碳數2以上之基所取代之矽烷基所構成族群中所選出之化合物。
噻吩化合物是否具有液晶狀態,能夠根據微差掃描熱量計或偏光顯微鏡觀察加以確認。於本發明中,使用微差掃描熱量計,以升溫速度及降溫速度均為5℃/分鐘之條件下,針對從室溫起直到化合物之熔點為止的溫度範圍進行測定,從相轉移點之有無而判斷液晶狀態之有無。若根據液晶相-結晶相轉移點所觀察,能夠判斷具有液晶狀態。
以本發明之通式(1)所示之化合物中,更佳為下列通式(12)所示之化合物。藉由具有如此之構造,能夠得到進一步提高對於氧化之安定性,並且得到高的移動度。
〔化10〕B 4 -A 2 -B 3 (12)
於此,B3 與B4 可以相同,也可以不同,分別表示以下列通式(13)所示之基。若B3 與B4 為相同的基時,由於合成程序中之步驟數將變少,低成本化為可能而更佳。
於此,R21 ~R25 可以相同,也可以不同,分別表示氫、 烷基、環烷基、雜環基、烯基、環烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、芳醚基、芳硫醚基、芳基、雜芳基、鹵素原子、氰基、甲醯基、烷羰基、芳羰基、羧基、烷氧羰基、芳氧羰基、烷羰氧基、芳羰氧基、胺甲醯基、胺基與矽烷基所構成族群中所選出。R21 ~R25 也可以利用鄰接的彼此取代基而形成環。m2 係0~11之整數。m2 為2以上之情形,各自之R21 與R22 可以相同,也可以不同。R21 ~R25 之說明係與該R1 ~R5 之說明相同。
A2 係表示以下列通式(14)~(18)中任一式所示之2價連結基:
於此,R15 與R16 可以相同,也可以不同,分別表示伸烷基、伸環烷基、2價之雜環基、羰基、氧羰基或羰氧基。Ar13 ~Ar22 可以相同,也可以不同,分別表示伸芳基或具有6員環之伸雜芳基。X7 ~X9 可以相同,也可以不同,分別表示-O-、S-、-NR17 或是-SiR18 R19 -。Y7 與Y8 可以相同,也可以不同,分別表示-CR20 =或-N=。還有,R17 ~R20 係由與上述R1 ~R5 相同的族群所選出。a7 與a8 係表示1或2。b9 ~b12 係表示1~4之整數。
R15 與R16 之說明係與該R6 ~R10 之說明相同,R17 ~R25 之說明係與該R1 ~R5 之說明相同。
Ar13 ~Ar22 中之所謂具有6員環的伸雜芳基,例如表示吡啶、苯并呋喃、二苯并噻吩、咔唑、苯并噁二唑、喹喔啉等之由環內具有一個或複數個碳以外之原子,並且具有至少一個6員環構造之芳香族環所衍生之2價基,此伸雜芳基可以具有取代基,也可以不具有。伸雜芳基之碳數,並未予以特別限定,適宜為4~30之範圍。
Ar13 ~Ar22 之伸芳基的說明係如上所述。
再者,若該通式(12)中之A2 為下列通式(19)所示之基時,由於移動度更為提高而較佳。
於此,Ar23 與Ar24 可以相同,也可以不同,表示伸芳基或具有6員環之伸雜芳基。b13 係表示1~4之整數。
伸芳基或具有6員環之伸雜芳基的說明係如上所述。
以上述A1 或A2 所示之2價連結基,具體而言,可列舉:如下之例:
如上所述之通式(1)所示之噻吩化合物,具體而言,可列舉如下之例子:
針對通式(1)所示之化合物的合成,能夠使用習知之方法。連結彼此噻吩之方法,例如,可列舉:於鈀觸媒之存在下,耦合鹵化噻吩與噻吩硼酸或噻吩硼酸酯之方法;於鎳或鈀觸媒之存在下,耦合鹵化噻吩與噻吩格林納試藥之方法等。連結噻吩骨幹與連結基之方法,例如,可列舉:於鈀觸媒之存在下,耦合鹵化的連結基與噻吩硼酸或噻吩 硼酸酯之方法;使二鹵甲基化芳基化合物與亞磷酸三烷酯予以反應後,與甲醯噻吩予以縮合反應之方法等。
於本發明中,將碳奈米管(以下,簡稱為CNT)添加於以通式(1)所示之噻吩化合物中,也可能作為有機半導體複合物使用。藉由使用含有如此之噻吩化合物與CNT之有機半導體複合物,一面維持噻吩化合物本身之特性,並一面實現更高的移動度將成為可能的。有機半導體複合物也可以含有複數種上述通式(1)所示之噻吩化合物。形成有機半導體複合物之方法,例如,可列舉:混合CNT或含有CNT之溶液,與有機半導體或其溶液之方法。另外,必要的話,可以增加為了加速混合之加熱或超音波照射之程序,也可以增加去除過濾等固形成分之程序。
為了得到半導體特性,相對於噻吩化合物,於有機半導體複合物中所含之CNT的重量分率適宜為0.01~3重量%。較0.01重量%為小之情形下,添加之效果為小的,較3重量%為大之重量分率的話,由於有機半導體複合物之導電率過度增加,作為半導體層使用將變得不適宜。更佳為1重量%以下。藉由設為1重量%以下,兼具高移動度與高開關比將變得容易得到。
針對CNT,可列舉:將1片碳膜(石墨片)捲成圓筒狀之單層CNT、將2片石墨片捲成同心圓狀之2層CNT、將數片石墨片捲成同心圓狀之多層CNT。於本發明中,可以單獨使用單層CNT、2層CNT與多層CNT中任一種,也 能夠同時使用二種或三種。CNT之製法,可列舉:電弧放電法、化學蒸氣沈積法(CVD法)、雷射剝蝕法等數種,根據製法,直徑、長度或直線性等之形態各稍有差異。本發明所用之CNT可以為利用任一種方法所得之物。
將有機半導體複合物用於FET元件之情形,CNT之長度適宜較源極-汲極間之距離(通道長)為短。CNT之長度較通道長為長之情形,變成使電極間短路之原因,FET元件製作上並不適當。因此,適宜使用長度較源極-汲極間之距離(通道長)為短的CNT,或是經歷使CNT之長度較通道長為短之程序。CNT之平均長度係視通道長而定,適宜為2 μm以下,更佳為0.5 μm以下。
一般而言,所市售之CNT係長度上具有分布,也包含較通道長為長的CNT。因此,增加使CNT較通道長為短的程序,因為更能夠確實防止電極間之短路而較佳。例如,一般而言,因為CNT係以繩索形狀予以生成,期望切斷而作成短纖維狀使用。為了切成短纖維,依照硝酸、硫酸等所進行之酸處理、超音波處理、或凍結粉碎法等為有效的。另外,基於使純度提高之觀點,更佳為併用依照濾器所進行之分離。還有,不僅切斷之CNT,預先製作成短纖維狀之CNT也適合使用。
另外,雖然CNT之直徑並未予以特別限定,適宜為1nm以上、100nm以下,更佳為50nm以下。
於本發明中,適宜設置使CNT均勻分散於溶劑中,藉 由濾器以過濾分散液之程序。藉由從濾液得到較濾器孔徑為小的CNT,可以有效得到較通道長為小的CNT。
用於過濾之濾器也能夠使用膜濾器、纖維素濾紙、玻璃纖維濾紙等任一種濾器。其中,膜濾器能夠減低濾紙內部所吸附之CNT量,因為能夠收率良好地從濾液回收CNT而適合採用。
用於過濾之濾器的孔徑最好較通道長為小,能夠因應於通道長而分別使用。例如,通道長為20 μm之情形,其係藉由使用孔徑10 μm之濾器而能夠確實防止電極間之短路。實際上,能夠較宜使用孔徑0.5~10 μm之濾器。
其他,將CNT予以短小化之方法,可列舉:根據酸處理而縮短CNT本身之方法,也能夠用於本發明。此情形下,藉由將CNT添加於硫酸與硝酸之混合酸中,進行超音波照射或100℃以上之熱處理而能夠得到予以短小化之CNT。另外,也能夠使用於過氧化氫水中進行加熱之方法。進行此等方法之情形,後處理係使用孔徑0.1~1 μm之濾器以過濾、水洗所處理之CNT,能夠得到較源極-汲極間之距離為小的CNT。
另外,別的方法能夠經由凍結粉碎程序,得到較源極-汲極間之距離為小的CNT。
於本發明中,適宜使用將共軛系聚合物附著於表面之至少一部分的CNT。藉此,能夠使CNT更均勻分散於基質 (有機低分子半導體)內,能夠同時實現高的移動度及高 的開關比。所謂共軛系聚合物附著於CNT之至少一部分的狀態,其係意指共軛系聚合物被覆CNT表面之一部分或全部的狀態。推測共軛系聚合物能夠被覆CNT,其係由於藉由源自各個共軛系構造的π電子雲相重疊而發生相互作用。CNT是否被共軛系聚合物所覆蓋,其能夠根據所覆蓋之CNT的反射色接近來自未予以被覆之CNT顏色的共軛系聚合物顏色而加以判斷。定量上而言,能夠根據元素分析或X射線光電子光譜法(XPS)等以鑑定附著物之存在與對於CNT的附著物之重量比。另外,若附著於CNT之共軛聚合物為共軛系聚合物的話,與分子量、分子量分布或構造無關而能夠使用。以下,將上述之「附著共軛系聚合物之CNT」稱為「CNT複合物」。
使共軛聚合物附著於CNT之方法,可列舉:(I)將CNT添加於熔融的共軛系聚合物中而予以混合之方法;(II)使共軛系聚合物溶解於溶劑中,將CNT添加於其中而予以混合之方法;(III)於溶劑中,預先利用超音波等預分散CNT時,添加共軛系聚合物而予以混合之方法;(IV)將共軛系聚合物與CNT加入溶劑中,將超音波照射於此混合系而予以混合之方法等。於本發明中,可以單獨使用任一種方法,或是組合數種方法,並未予以特別限定。
被覆上述CNT之共軛系聚合物,可列舉:聚噻吩系聚合物、聚吡咯系聚合物、聚苯胺系聚合物、聚乙炔系聚合物、聚對苯系聚合物、聚對伸苯基乙烯系聚合物等,並未 予以特別限定。上述聚合物較宜使用排列單一單體單位之物,也可以使用進行不同單體單位的嵌段共聚合之物,或是進行無規共聚合之物。另外,也可以使用進行接枝聚合之物。於本發明中,上述聚合物之中,對於CNT之附著為容易的,容易形成CNT複合物之聚噻吩系聚合物特別適用。
聚噻吩系聚合物係於具有聚噻吩構造骨幹之聚合物上具有附側鏈之構造,具體例可列舉:聚-3-甲基噻吩、聚-3-丁基噻吩、聚-3-己基噻吩、聚-3-辛基噻吩、聚-3-十二烷基噻吩等之聚-3-烷基噻吩(烷基之碳數適宜為1~12);聚-3-甲氧基噻吩、聚-3-乙氧基噻吩、聚-3-十二烷氧基噻吩等之聚-3-烷氧基噻吩(烷氧基之碳數適宜為1~12);聚-3-甲氧基-4-甲基噻吩、聚-3-十二烷氧基一4-甲基噻吩等之聚-3-烷氧基-4-甲基噻吩(烷氧基及烷基之碳數較宜為1~12);聚-3-硫己基噻吩或聚-3-硫十二烷基噻吩等之聚-3-硫烷基噻吩(烷基之碳數適宜為1~12),能夠使用一種或二種以上。其中,適宜為聚-3-烷基噻吩或聚-3-烷氧基噻吩。前者尤以聚-3-己基噻吩特別理想。聚噻吩系聚合物之適宜分子量係數目平均分子量為800~100000。另外,上述聚合物未必為高分子量,也可以為由直鏈狀共軛系而成的寡聚物。
去除本發明使用之共軛系聚合物的不純物之方法並未予以特別限定,基本上係去除合成過程使用後的原料或副產物之精製程序,能夠利用再沈澱法、索司勒萃取法、過 濾法、離子交換法、螯合法等。其中,去除低分子量成分之情形下,較宜使用再沈澱法與索司勒萃取法,針對金屬成分之去除,適宜使用再沈澱法或螯合法、離子交換法。此等方法之中,可以單獨使用一種,或是也可以組合複數種,並未予以特別限定。
含有以本發明之通式(1)所示之噻吩化合物與碳奈米管的有機半導體複合物,由於具有對氧化之安定性與高的電荷輸送能力,適合作為有機電晶體材料使用。另外,此有機半導體複合物係對溶劑之溶解性為高的,能夠根據噴墨等之塗布程序以進行製膜。本發明之有機電晶體材料,可以含有數種上述有機半導體複合物,也可以更含有習知之有機半導體。
另外,以該通式(12)所示之噻吩化合物,由於特別對氧化具有高的安定性與高的電荷輸送能力,適合作為有機電晶體材料使用。於未添加碳奈米管之情形下,該通式(12)所示之噻吩化合物也適合作為有機電晶體材料使用。此噻吩化合物係對溶劑之溶解性為高的,能夠根據噴墨等之塗布程序以進行製膜。本發明之有機電晶體材料,可以含有數種以上述通式(12)所示之噻吩化合物,也可以更含有習知之有機半導體。
接著,針對使用本發明之有機電晶體材料的FET元件加以說明。本發明之FET元件係一種具有閘極、絕緣層、半導體層、源極與汲極之有機場效型電晶體,該半導體層 含有本發明之有機電晶體材料。
第1圖與第2圖係顯示本發明之FET元件例的示意剖面圖。於第1圖,於具有以絕緣層3所覆蓋之閘極2的基板1上,形成源極5與汲極6之後,進一步於其上形成含有本發明之有機電晶體材料的半導體層4。於第2圖,於具有以絕緣層3所覆蓋之閘極2的基板1上,形成含有本發明之有機電晶體材料的半導體層4之後,進一步於其上形成源極5與汲極6。
用於基板1之材料,例如,可列舉:矽晶圓、玻璃、氧化鋁燒結物等之無機材料;聚醯亞胺、聚酷、聚碳酸酯、聚碸、聚醚碸、聚乙烯、聚苯硫醚、聚對二甲苯等之有機材料。
用於閘極2、源極5與汲極6之材料,例如,可列舉:氧化鍚、氧化銦、氧化鍚銦(ITO)等之導電性金屬氧化物;或白金、金、銀、銅、鐵、鍚、鋅、鋁、銦、鉻、鋰、鈉、鉀、銫、鈣、鎂、鈀、鉬、非晶質矽或聚矽等之金屬或此等之合金、碘化銅、硫化銅等之無機導電性物質;聚噻吩、聚毗咯、聚苯胺、聚乙烯二氧噻吩與聚苯乙烯磺酸之錯合物等、利用碘等之摻雜劑等以使導電率提高的導電性聚合物等。並不受此等材料所限定。此等電極材料可以單獨使用,也可以積層或混合複數種材料後而使用。
該閘極2、源極5與汲極6之形成方法,可列舉:電阻加熱蒸鍍、電子束、濺鍍、電鍍、CVD、離子鍍塗布、噴 墨與印刷等,若能夠採取通路,則未予以特別限制。另外電極圖案之形成方法係藉由習知之光刻法等而將利用上述方法製作的電極薄膜予以圖案形成為所期望之形狀,或是也可以於電極物質之蒸鍍或濺鍍時,透過所期望形狀之光罩而進行圖案形成。
用於絕緣層3(閘極絕緣膜)之材料,並未予以特別限定,能夠使用氧化矽、氧化鋁等之無機材料;聚醯亞胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚偏氟乙烯、聚矽氧烷、聚乙烯酚(PVP)等之有機高分子材料;或是無機材料粉末與有機高分子材料之混合物。上述絕緣層之形成方法並未予以特別限定,可列舉:電阻加熱蒸鍍、電子束、濺鍍、電鍍、CVD、離子鍍、塗布、噴墨與印刷等之方法,能夠因應於材料而使用。
絕緣層3之膜厚,並未予以特別限制,適宜為50nm~3 μm,更佳為100nm~1 μn。絕緣層可以為單層,也可以為複數層。單層之情形,可以混合複數種絕緣性材料而形成。另外,複數層之情形,積層複數種絕緣性材料而形成也無妨。
於本發明之FET元件中,半導體層4係含有本發明之有機電晶體材料。半導體層4可以含有本發明之複數種有機電體材料,也可以含有習知之有機半導體。習知之有機半導體,並未予以特別限定,適宜為載體移動度高的材料。具體而言,可列舉以下列之有機色素等為例:聚-3-己 基噻吩、聚苯并噻吩等之聚噻吩類;聚吡咯類;聚(對伸苯基乙烯)類等之聚(對伸苯基乙烯);聚苯胺類;聚乙炔類;聚二乙炔類;聚咔唑類;聚呋喃、聚苯并吹喃等之聚呋喃類;吡啶、喹啉、菲繞啉、噁唑、噁二唑等之以含氮芳香環作為構造單位之聚雜芳類;蒽、芘、稠四苯、稠五苯、稠六苯、紅螢烯等之縮合多環芳香族化合物;呋喃、噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、吡啶、喹啉、菲繞啉、噁唑、噁二唑等之含氮芳香族化合物;4,4’-雙(N-(3-甲基苯基)-N-苯基胺基)聯苯所代表的芳香族胺衍生物;雙(N-烯丙基咔唑)或雙(N-烷基咔唑)等之雙咔唑衍生物;吡唑啉衍生物;芪系化合物;腙系化合物;銅酞菁等之金屬酞菁類;銅紫質等之金屬紫質類;二苯乙烯基苯衍生物;胺基苯乙烯衍生物;芳香族乙炔衍生物;萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二醯亞胺等之縮合環四羧酸二醯亞胺類;份菁、吩噁、若丹明等。
另外,除了本發明之有機電晶體材料之外,半導體層4也可以含有絕緣性材料。此處所用之絕緣性材料,可列舉:聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯等,並未予以特別限定。
半導體層4係由單層或複數層所構成。複數層之情形下,可以積層本發明之複數種有機電晶體材料,也可以積層本發明之有機電晶體材料與上述習知之有機半導體。
半導體層4之形成方法,其係利用電阻加熱蒸鍍、電 子束、濺鍍、CVD等乾式方法也為可能的,基於適合於製造成本或大面積之觀點,適宜採用塗布型方法。具體而言,旋轉塗布法、刮刀塗布法、狹縫模頭塗布法、網板印刷法、桿式塗布法、鑄型法、印刷轉錄法、浸漬拉起法、噴墨法等,因應於塗膜厚度控制或配向控制等欲得之塗膜特性而能夠選擇塗布方法。例如,進行旋轉塗布之情形下,若有機電晶體材料溶液之濃度為1~20g/l時,能夠得到厚度5~200nm之塗膜。此時,使有機電晶體材料予以溶解之溶劑,可列舉:四氫呋喃或甲苯、二甲苯、1,2,3-三甲基苯、1,2,3,5-四甲基苯、1,2,3,5-四甲基苯、1,3-二乙基苯、1,4-二乙基苯、1,3,5-三乙基苯、1,3-二異丙基苯、1,4-異丙基苯、1,4-二丙基苯、丁基苯、異丁基苯、1,3,5-三異丙基苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、氯苯、二氯苯、鄰氯甲苯、1,2-二氫化萘、1,2,3,4-四氫萘、安息香酸乙酷、2,4,6-三甲基安息香酸乙酯、2-乙氧基安息香酸乙酷、鄰甲苯胺、間甲苯胺、對甲苯胺等。此等之溶劑可以單獨使用,也可以混合複數種溶劑後而使用。針對所形成的塗膜,也可以於空氣中、減壓下或不活性氣體環境中(氮或氬氣體環境中)進行退火處理。
半導體層4之膜厚適宜為5nm以上、100nm以下。藉由設為此範圍之膜厚,均勻的薄膜形成將變得容易,進一步根據閘極電壓以抑制無法控制之源極-汲極間電流,能夠更提高FET元件之開關比。膜厚係根據原子間力顯微鏡或 橢圓對稱法等而能夠加以測定。
另外,也能夠於絕緣層3與半導體層4之間設置配向性層。即使本發明之有機電晶體材料無配向性層,也能夠達成高的移動度,藉由設置配向性層,由於更高的移動度成為可能而較佳。於配向性層中,能夠使用矽烷化合物、鈦化合物、有機酸、雜有機酸等之習知材料,其中,適宜為有機矽烷化合物。其中,以下列通式(20)所示之矽烷化合物適合使用:
於此,Ar25 係表示芳基或雜芳基,Z係表示矽烷殘基。n係表示0~20之整數。芳基與雜芳基之說明係與上述R1 ~R5 中之說明相同。
以通式(20)所示之矽烷化合物係以Z所示之矽烷殘基之一部分或全部與絕緣層表面進行反應,藉由進行化學鍵結而形成薄膜,由於順利進行反應,以Z所示之矽烷殘基適宜為具有鹵素原子、羥基或烷氧基。鹵素原子及烷氧基之說明係與上述R1 ~R5 中之說明相同。
上述配向性層係改善絕緣層表面之潤濕性,不僅使半導體層之膜形成能力提高,並根據以通式(20)之Ar13 所示之芳基或雜芳基的存在,也具有提高有機電晶體材料之配向性、進一步使移動度得以提高之效果。若通式(20)中之亞甲基數過多時,由於配向性提高效果變小,n適宜 為0~12之範圍,更佳為0~6之範圍。
以通式(20)所示之矽烷化合物,並未予以特別限定,具體而言,可列舉:苯基三氯矽烷、萘基三氯矽烷、蒽三氯矽烷、芘三氯矽烷、苝三氯矽烷、稠六苯三氯矽烷、噻吩三氯矽烷、吡咯三氯矽烷、吡啶三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、萘基三甲氧基矽烷、萘基三乙氧基矽烷、蔥三甲氧基矽烷、蒽三乙氧基矽烷、芘三甲氧基矽烷、芘三乙氧基矽烷、噻吩三甲氧基矽烷、噻吩三乙氧基矽烷、苯基甲基三氯矽烷、苯基乙基三氯矽烷、苯基丙基三氯矽烷、苯基丁基三氯矽烷、苯基己基三氯矽烷、苯基辛基三氯矽烷、萘基甲基三氯矽烷、萘基乙基三氯矽烷、蒽甲基三氯矽烷、蒽乙基三氯矽烷、芘甲基三氯矽烷、芘乙基三氯矽烷、噻吩甲基三氯矽烷、噻吩乙基三氯矽烷、胺苯基三氯矽烷、羥苯基三氯矽烷、氯苯基三氯矽烷、二氯苯基三氯矽烷、三氯苯基三氯矽烷、溴苯基三氯矽烷、氟苯基三氯矽烷、二氟苯基三氯矽烷、三氟苯基三氯矽烷、四氟苯基三氯矽烷、五氟苯基三氯矽烷、碘苯基三氯矽烷、氰苯基三氯矽烷等。
若考量配向性層之電阻時,配向性層之膜厚適宜為10nm以下,更佳為單分子膜。另外,含有以通式(20)所示之矽烷化合物的配向性層,也含有以通式(20)之Z所示之官能基與絕緣層表面進行化學鍵結所形成之物。以通式(20)之Z所示之官能基(例如,鹵化矽烷基)與絕緣 層表面進行化學性反應,能夠形成緻密且堅硬之膜。於反應後的堅硬膜上,積層未反應的矽烷化合物之情形,能夠藉由進行洗淨等以去除未反應的矽烷化合物,以通式(20)之Z所示之官能基與絕緣層表面進行化學鍵結後而得到所形成的單分子膜。
配向性層之形成方法,並未予以特別限定,可列舉:利用CVD法等之氣相法、旋轉塗布法或浸漬拉起法等之液相的方法。
於形成配向性層之前,利用UV臭氧法或氧電漿法等之方法而進行成為其基底的絕緣層表面之親水化處理。藉此,能夠使通式(20)之Z所示之官能基與絕緣層表面進行化學反應變得容易。
另外,本發明之有機電晶體材料含有具備液晶狀態的噻吩化合物之情形,使用使分子予以一定配向於絕緣層3與半導體層4之間的配向裝置為有效的。藉由設置配向裝置,由於進一步使有機電晶體材料之移動度得以提高成為可能而較佳。配向裝置係於如上述之絕緣層與半導體層之間,除了形成配向性層之方法以外,可列舉:於絕緣層上實施平磨處理等之配向處理等方法、於絕緣層表面形成微小凹凸之方法等。另外,利用電場或磁場等之外加場效也為可能的。
進行如此方式所形成的FET元件能夠藉由使閘電壓予以改變而控制流向源極與汲極之間的電流。FET元件之移 動度能夠使用下列(a)式而算出: μ=(δ Id/δ Vg)L.D/(W.εr .ε.Vsd) (a)
其中,Id為源極-汲極間之電流,Vsd為源極-汲極間之電壓、Vg為閘電壓、D為絕緣層之厚度、L為通道長、W為通道寬、εr 為絕緣層之比介電常數(於此,使用SiO2 之3.9或PVP之3.8)、ε為真空之介電常數(8.85×10-12 F/m)。
另外,能夠由某負的閘電壓中之Id(開電流)之值,與某負的閘電壓中之Id(關電流)之值的比而求出開關比。
本發明之有機電晶體材料能夠有效用於薄膜之場效型電晶體、光電動勢元件、切換元件等各種元件之製造。
實施例
以下,列舉實施例以說明本發明,但是本發明並不受此等實施例所限定。還有,於下列各實施例之某化合物的號碼係指記載於上述化學式之化合物的編號。
合成化合物鑑定用之1 H-NMR係使用超傳導FT-NMR「EX-270」(日本電子(股份)製),利用重氯仿溶液而進行確定。
另外,噻吩化合物是否具有液晶狀態,根據微差掃描熱量分析(DSC)加以評估。微差掃描熱量測定裝置「DSC-50」((股份)島津製作所製),無論升溫速度與降溫速度均以5℃/分鐘,針對從室溫起直到化合物之熔點為止之溫度範圍進行測定,調查液晶相-結晶相相轉移點之 有無。
合成例1(化合物〔7〕之合成)
將3-正己基噻吩60g溶解於二甲基甲醯胺400ml中,添加N-溴琥珀醯亞胺50g,於氮氣環境中、室溫下攪拌4小時。將水200ml與己烷200ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水200ml以洗淨有機層,使用硫酸鎂予以乾燥後,使用旋轉蒸發器以減壓餾除溶劑,得到2-溴-3-正己基噻吩60g。
接著,將鎂粉末4.3g與碘10mg加入四氫呋喃100ml中,於氮氣環境中攪拌30分鐘。將上述2-溴-3-正己基噻吩42g與四氫呋喃100ml之混合溶液滴入其中,加熱回流1小時。將混合溶液冷卻至室溫後,添加5,5’-二溴-2,2’-雙噻吩20g與四氫呋喃200ml之混合溶液,進一步逐次少量添加二苯基膦丙烷二氯化鎳(II)0.48g,於氮氣環境中加熱回流3小時。將1N氯化銨水溶液800ml與己烷600ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用飽和碳酸氫鈉水溶液200ml與水200ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷)加以精製,得到28g之顯示於下式的4T:
將二甲基甲醯胺0.75ml與磷醯氯0.90g添加於4.0g之上述4T與1,2-二氯乙烷50ml之混合溶液中,於氮氣環境中、80C攪拌6小時。將飽和醋酸鈉水溶液50ml加入所得的溶液中,加熱回流10分鐘。將混合溶液冷卻至室溫後,添加二氯甲烷50ml,分取有機層。利用水100ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,得到2.6g之顯示於下式的4T-CHO:
於150℃,5小時加熱攪拌α,α’-二氯對二甲苯0.12g與亞磷酸三乙酯0.46ml之混合溶液。將所得的溶液冷卻至室溫後,添加二甲亞碸50ml與第三丁氧基鉀0.15g,於室溫攪拌10分鐘。接著,將上述0.68g之4T-CHO加入溶液中,於室溫攪拌5小時。將乙醇30ml加入所得的溶液中,過濾後,利用乙醇20ml以洗淨。利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)以精製所得的固體,真空乾燥後,得到0.28 g之紅色粉末。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔7〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.89-0.92(t,12H),1.33-1.42(m,24H),1.54-1.68(m,8H),2.74-2.82(m,8H),6.90-6.96 (m,6H),7.03(d,2H),7.06(d,2H),7.13-7.19(m,8H),7.44(d,4H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔7〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例2(化合物〔6〕之合成)
將16.3g之上述4T與四氫呋喃20ml之混合溶液冷卻至-30℃後,滴入正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)21ml,於室溫攪拌1小時。將混合溶液冷卻至-10℃,添加2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼5.7g,於室溫攪拌3小時。將1N鹽酸水溶液33ml、水200ml與二氯甲烷200ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水100ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,得到11g之顯示於下式的4T-BPin:
將乙醇7.2ml、2N碳酸鈉水溶液12ml與四(三苯基膦)鈀(0)30mg添加於1.8g之上述4T-BPin、4,4’-二溴苯基醚0.33g與甲苯36ml之混合溶液中,於氮氣流中、110℃回 流9小時。將水100ml與二氯甲烷100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,真空乾燥後,得到0.25 g之橙色粉末。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔6〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.82-0.92(t,12H),1.27-1.42(m,24H),1.62-1.75(m,8H),2.76-2.82(m,8H),6.93-6.95(d,2H),7.01-7.06(m,8H),710(s,2H),7.12(d,4H),7.16(d,2H),7.55-7.59(dd,4H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔6〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例3(化合物〔34〕之合成)
將4,4’-雙(氯甲基)聯苯3.1g與亞磷酸三乙酯8.6ml之混合溶液,於150℃加熱攪拌5小時。將混合溶液冷卻至室溫後,添加二甲亞碸50ml與第三丁氧基鉀2.8g,於室溫攪拌10分鐘。接著,添加4.9g之3-己基-2-噻吩醛,於室溫攪拌5小時。將乙醇30ml加入所得的溶液中,過濾後,利用乙醯20ml以洗淨所得的固體,得到2.8 g之顯示於下式的TPV:
將N-溴琥珀醯亞胺1.78g加入2.8g之上述TPV與二甲基甲醯胺30ml之混合溶劑中,於氮氣流中、室溫下攪拌10小時。過濾所得的溶液,利用二甲基甲醯胺10ml與甲醇20ml以洗淨所得的沈澱,得到1.4g之顯示於下式的TPV-Br:
將乙醇3ml、2N碳酸鈉水溶液5ml與四(三苯基膦)鈀(0)10mg添加於0.53g之上述4T-BPin、0.20g之上述TPV-Br與甲苯15ml之混合溶液中,於氮氣流中、110℃回流6小時。將水20ml與二氯甲烷50ml添加於所得的溶液中,分取有機層。利用水20ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,真空乾燥後,得到70mg之紅橙色粉末。所得的粉 末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔34〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.87-0.94(t,18H),1.28-1.36(m,36H),1.60-1.68(m,12H),2.65-2.81(m,12H),6.91-6.95(m,6H),7.02-7.05(m,6H),7.13(d,4H),7.18(d,2H),7,26(d,2H),7.53-7.64(dd,8H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔34〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例4(化合物〔33〕之合成)
將雙噻吩10g與四氫呋喃之混合溶液冷卻至-80℃後,滴入正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)37ml中,於室溫攪拌1小時。將混合溶液冷卻至-60℃,添加2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-1,2,3-二噁硼11.7g,於室溫攪拌8小時。將水100ml與二氯甲烷150ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液,得到5.68g之5-(4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼-2-基)-2,2’-雙噻吩。
接著,將乙醇40ml、2N碳酸鈉水溶液50ml與四(三苯基膦)鈀(0)300mg添加於5-(4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼-2-基)-2,2’-雙噻吩5.2g、2-溴-5-己基噻吩5.5g與甲苯200ml之混合溶液中,於氮氣流中、90℃回流10.5小時。將水100ml與二氯甲烷100ml添加於所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾噪。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,從己烷 予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,從己烷中予以再結晶,得到1.5g之顯示於下式的iso3HT:
將1.5g之上述iso3HT與四氫呋喃20ml之混合溶液冷卻至-80℃後,滴入正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)3.3ml,於室溫攪拌3.5小時。將混合溶液冷卻至-60℃,添加2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,2,3〕-二噁硼1.0g,於室溫攪拌7小時。將飽和食鹽水100ml與二氯甲烷150ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用飽和食鹽水300ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,得到1.2g之顯示於下式的iso3HT-BPin:
將乙醇5ml、2N碳酸鈉水溶液6ml與四(三苯基膦)鈀(0)18mg添加於0.31g之上述TPV-Br、0.41g之上述 3HT-BPin與甲苯18ml之混合溶液中,於氮氣流中、100℃回流11小時。過濾取得於所得的溶液中所析出的固體,從甲苯中予以再結晶。真空乾噪後,得到0.25g之紅橙色粉末。所得的粉末之| H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔33〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.86-0.91(t,12H),1.28-1.35(m,24H),1.65-1.68(m,8H),2.65-2.78(m,4H),2.77-2.82(m,4H),6.68(d,2H),6.85-6.91(d,2H),6.95(s,2H),6.98(t,4H),7.04-7.09(m,8H),7.53-7.56(d,4H),7.61-7.64(d,4H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔33〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例5(化合物〔44〕之合成)
將N-溴琥珀醯亞胺68mg加入0.18g之上述化合物〔6〕與二甲基甲醯胺30ml之混合溶劑中,於氮氣流中、室溫下攪拌5小時。將醋酸乙酯150ml、水150ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用硫酸鎂予以乾燥。使用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,真空乾燥後,得到0.18g之顯示於下式的化合物〔6〕-Br:
將乙醇10ml、2N碳酸鈉水溶液15ml與四(三苯基膦)鈀(0)5.3mg添加於0.20g之上述化合物〔6〕-Br、0.30g之iso3HT-BPin與甲苯30ml之混合溶液中,於氮氣流中、100℃回流10小時。過濾取得於所得的溶液中所析出的固體,從甲苯中予以再結晶。真空乾噪後,得到0.12g之紅橙色粉末。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔44〕。
| H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.90(m,18H),1.28-1.33(m,36H),1.62-1.78(m,12H),2.72-2.87(m,12H),6.66-6.72(m,2H),6.97-7.03(m,6H),7.08(m,12H),7.15-8.18(m,8H),7.56-7.58(d,4H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔44〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例6(化合物〔8〕之合成)
將乙醇10ml、2N碳酸鈉水溶液15ml與四(三苯基膦)鈀(0)31mg添加於1.6g之上述4T-BPin、4,4’-二溴0.30g與甲苯50ml之混合溶液中,於氮氣流中、110℃回流9小 時。過濾取得於所得的溶液中所析出的固體,利用水20ml、乙醇20ml與甲苯20ml加以洗淨後,從甲苯中予以再結晶。真空乾燥後,得到0.90g之橙色粉末。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔8〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.89-0.93(t,12H),1.26-1.42(m,24H),1.57-1.68(m,8H),2.74-2.82(m,8H),6.93-6.96(m,6H),7.02(d,2H),7.06(d,2H),7.13-7.24(m,8H),7.52-7.63(dd,8H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔8〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例7(化合物〔48〕之合成)
將3-正己基噻吩3.0g溶解於四氫呋喃40ml中,冷卻至-80℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)12ml滴入此溶液中,攪拌2小時。將溶液升溫至-20℃,滴入2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼5.5g,於室溫攪拌4.5小時。將水100ml與二氯甲烷100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用飽和食鹽水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器,從所得的溶液以減壓餾除溶劑,得到4.6g之顯示於下式的4-HT-BPin:
將四(三苯基膦)鈀(0)120mg添加於4,4’-二溴0.41g、上述4-HT-BPin噻吩1.8g、甲苯50ml、乙醇15ml與2M碳酸鈉水溶液20ml之混合溶液中,於氮氣流中、100℃加熱攪拌19小時。過濾取得所生成的固體,利用甲醇與己烷加以洗淨,從甲苯50ml中予以再結晶。真空乾燥後,得到0.44g之顯示於下式的BTS:
於氯仿50ml中加熱溶解0.44g之上述BTS,添加二甲基甲醯胺200ml。將正溴琥珀醯亞胺0.34g加入此溶液中,於氮氣環境中、室溫下攪拌4.5小時。過濾取得所析出的固體,利用甲醇加以洗淨,得到0.51g之顯示於下式的BTS-Br:
將噻吩10ml溶解於四氫呋喃150ml中,冷卻至-80℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)78ml滴入此溶液 中,攪拌3小時。將混合溶液升溫至-60℃,滴入2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼28g,於室溫攪拌6小時。將水300ml與二氯甲烷300ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水600ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器,從所得的溶液以減壓餾除溶劑,得到5.4g之2-噻吩基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼。
將四(三苯基膦)鈀(0)12mg加入0.10g之上述BTS-Br與2-噻吩基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼86mg、甲苯35ml、乙醇10ml與2M碳酸鈉水溶液15ml之混合溶液中,於氮氣環境中、90℃加熱攪拌12小時。將水100ml與二氯甲烷200ml添加於所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷)加以精製,得到76mg之顯示於下式的BTTS:
將75mg之上述BTTS加熱溶解於氯仿4ml中,添加二甲基甲醯胺10ml。將正溴琥珀醯亞胺51.0mg加入此溶液 中,於氮氣環境中、室溫下攪拌4小時。過濾取得所析出的固體,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,得到20mg之顯示於下式的BTTS-Br:
將四(三苯基膦)鈀(0)2.3mg添加於20mg之上述BTTS-Br、60mg之上述4T-BPin、甲苯20ml、乙醇5ml與2M碳酸鈉水溶液5ml之混合溶液中,於氮氣流中、110℃加熱攪拌12小時。將水100ml與氯仿200ml加入所得的溶液後而分取有機層。利用水400ml加以洗淨後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器,從所得的溶液以減壓餾除溶劑,從甲苯中將所得的固體予以再結晶而得到18mg之紅色粉末。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔48〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.89(m,18H),1.33(m,36H),1.56-1.68(m,12H),2.75-2.83(m,12H),6.93(d,2H),7.02-7.07(m,8H),7.11-7.14(m,8H),7.17(m,4H),7.51-7.61(dd,8H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔48〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例8(化合物〔43〕之合成)
將四(三苯基膦)鈀(0)52mg添加於2-溴-5-己基噻吩2.3g、2-噻吩基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼2.7g、甲苯60ml、乙醇15ml與2M碳酸鈉水溶液50ml之混合溶液中,於氮氣環境中、110℃加熱攪拌20.5小時。將醋酸乙酯100ml與水100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml加以洗淨後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。使用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷)加以精製,得到1.2g之顯示於下式的iso2HT:
將1.2g之iso2HT溶解於四氫呋喃50ml中,冷卻至-80℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)3.5ml滴入此溶液中,於-80℃攪拌3小時。將混合溶液升溫至-60℃,滴入2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼1,1g,於室溫攪拌6小時。將水100ml與二氯甲烷100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水200ml加以洗淨後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器,從所得的溶液以減壓餾除溶劑,得到1.5g之顯示於下式的iso2HT-BPin:
將四(三苯基膦)鈀(0)4.5mg添加於0.17g之上述化合物〔6〕-Br、0.14g之上述iso2HT-BPin、甲苯20ml、乙醇7.0ml與2M碳酸鈉水溶液10ml之混合溶液中,於氮氣流中、110℃加熱攪拌10小時。過濾取得於溶液中所析出的固體,從甲苯中予以再結晶後而得到0.12g之紅橙色粉末。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔43〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.90(m,18H),1.28-1.33(m,36H),1.62-1.78(m,12H),2.72-2.87(m,12H),6.66-6.72(m,2H),6.97-7.03(m,6H),7.08(m,8H),7.15-7.18(m,8H),7.56-7.58(d,4H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔43〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例9(化合物〔82〕之合成)
將噻吩8.0g溶解於四氫呋喃150ml中,冷卻直到0℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)62ml滴入此溶液中,攪拌3小時。將溴化正十二烷25.0g滴入溶液中,於室溫攪拌18小時。將水150ml與二氯甲烷150ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以減壓餾除溶 劑,其後,根據減壓蒸餾而得到2-正十二烷基噻吩13g。
將2-正十二烷基噻吩8.0g溶解於四氫呋喃100ml中,冷卻至-80℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)20ml滴入此溶液中,攪拌4小時。將所得的溶液升溫直至-30℃,添加2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼6.6g,於室溫攪拌4.5小時。將水100ml、二氯甲烷150ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用飽和食鹽水200ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以減壓餾除溶劑,得到10g之顯示於下式的5-DDT-BPin:
將四(三苯基膦)鈀(0)52mg添加於4,4’-二溴芪0.34g、1.1g之上述5-DDT-BPin、甲苯36ml、乙醇7.20ml與2M碳酸鈉水溶液10ml之混合溶液中,於氮氣流中、100℃加熱攪拌17.5小時。將水50ml、二氯甲烷100ml加入所得的溶液中而過濾取得固體。利用甲醇與己烷以洗淨所得的固體後,從甲苯50ml中予以再結晶。真空乾燥後而得到0.47g之黃色光澤粉末。
所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔82〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.86-0.90(t,6H),1.27(m,36H),1.68-1.73(m,4H),2.78-2.84(m,4H),6.73-6.74 (d,2H),7.08(s,2H),7.12-7.14(d,2H),7.46-7.56(dd,8H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔82〕係於降溫時,於96.3℃顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例10(化合物〔97〕之合成)
將四(三苯基膦)鈀(0)31mg添加於88mg之上述BTS-Br、0.97mg之上述5-DDT-BPin、甲苯10ml、乙醇2.0ml與2M碳酸鈉水溶液3.0ml之混合溶液中,於氮氣流中、100℃加熱攪拌9小時。將水50ml與二氯甲烷100ml加入所得的溶液,分取有機層,於利用水100ml洗淨後,使用無水硫酸鈉予以乾燥。使用旋轉蒸發器而從所得的溶液以減壓餾除溶劑,得到橙色之固體。從甲苯中予以再結晶,得到48mg之黃色固體。
所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔97〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.86-0.90(m,48H),1.27(m,36H),1.62-1.70(m,8H),2.72-2.84(m,8H),6.72-6.73(d,2H),6.95-6.96(d,2H),7.11-7.16(d,4H),7.49-7.59(dd,8H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔97〕並未顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例11(化合物〔98〕之合成)
將17g之2-噻吩乙醇冷卻至0℃,滴入已將氫化鈉(60%油性)7.1g加入四氫呋喃110ml的懸浮液中。於氮 氣環境中,使溶液於0℃攪拌20分鐘,滴入1-溴壬烷27g。將所得的溶液升溫至90℃,加熱攪拌8小時。將水100ml與二氯甲烷100ml加入反應溶液中,分取有機層。利用飽和食鹽水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鈉予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,得到2-(2-壬烷氧乙基)噻吩20g。
將2-(2-壬烷氧乙基)噻吩12g溶解於四氫呋喃90ml中,冷卻至-80℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)34ml滴入此溶液中,攪拌6小時。將所得的溶液升溫直至-30℃,滴入2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼10g,於室溫攪拌18小時。將水100ml與己烷100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器,從所得的溶液以減壓餾除溶劑,得到8.8g之顯示於下式的5-NOET-BPin:
將四(三苯基膦)鈀(0)67mg添加於4,4’-二溴芪0.21g、0.69g之上述5-NOET-BPin、甲苯20ml、乙醇4ml與2M碳酸鈉水溶液5ml之混合溶液中,於氮氣流中、100℃加熱攪拌10小時。將二氯甲烷70ml、水50ml加入所得 的溶液後而分取有機層,利用水150ml洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。使用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,得到80mg之淡黃色粉末。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔98〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.85-0.90(m,6H),1.27(m,24H),1.57-1.63(m,4H),3.07-3.12(t,4H),3.45-3.50(t,4H),3.66-3.70(t,4H),6.81-6.82(d,2H),7.10(s,2H),7.15-7.17(d,2H),7.48-7.57(dd,8H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔98〕係於降溫時,於99.0℃顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例12(化合物〔100〕之合成)
將13g之2-噻吩乙醇冷卻至0℃,滴入己將氫化鈉(60%油性)5.8g加入四氫呋喃100ml的懸浮液中。於氮氣環境中,使溶液於0℃攪拌20分鐘,滴入1-溴十二烷25g。將所得的溶液升溫至90℃,加熱攪拌11.5小時。將水100ml與二氯甲烷150ml加入反應溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鈉予以乾噪。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,得到2-(2-十二烷氧乙基)噻吩16g。
將2-(2-十二烷氧乙基)噻吩10g溶解於四氫呋喃90ml中,冷卻至-80℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液) 25ml滴入此溶液中,攪拌2.5小時。將所得的溶液升溫直至-30℃,滴入2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼7.6g,於室溫攪拌6.5小時。將水100ml與己烷100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水280ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器,從所得的溶液以減壓餾除溶劑,得到12g之顯示於下式的5-DDOET-BPin:
將四(三苯基膦)鈀(0)0.11g添加於4,4’-二溴芪0.34g、1.4g之上述5-DDOET-BPin、甲苯40ml、乙醇10ml與2M碳酸鈉水溶液12ml之混合溶液中,於氮氣流中、100℃加熱攪拌16小時。將甲苯50ml與水50ml加入所得的溶液後而進行攪拌,過濾取得生成的固體。從甲苯中,將所得的固體予以再結晶,得到0.61g之淡黃色粉末。
所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔100〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.85-0.90(m,6H),1.26(m,36H),1.53-1.62(m,4H),3.07-3.12(t,4H),3.45-3.50(t,4H),3.66-3.71(t,4H),6.81-6.82(d,2H),7.10(s,2H),7.15-7.16(d,2H),7.48-7.57(dd,8H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔100〕係於 降溫時,於105.5℃顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例13(化合物〔101〕之合成)
將7.2g之噻吩溶解於四氫呋喃100ml中,冷卻至0℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)56ml滴入此溶液中,攪拌3.5小時。將溴化十六烷25g滴入此溶液中,於室溫攪拌5.5小時。將水100ml與二氯甲烷100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷)加以精製,得到顯示於下式之2-正十六烷基噻吩4.4g。
將2-正十六烷基噻吩4.40g溶解於四氫呋喃30ml中,冷卻至-20℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)11ml滴入此溶液中,攪拌3小時。進一步將2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼3.3g滴入此溶液中,於室溫攪拌6.5小時。將水100ml與己烷100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用飽和食鹽水400ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器,從所得的溶液以減壓餾除溶劑,得到5.5g之顯示於下式的5-HDT-BPin:
將四(三苯基膦)鈀(0)52mg添加於二溴芪0.34g、1.1g之上述5-HDT-BPin、甲苯36.0ml、乙醇7.2ml與2M 碳酸鈉水溶液10ml之混合溶液中,於氮氣流中、100℃加熱攪拌17.5小時。將水50ml與二氯甲烷100ml加入所得的溶液後而過濾取得固體。利用甲醇與己烷以洗淨所得的固體後,從甲苯50ml中,予以再結晶。真空乾燥後,得到0.47g之黃色光澤粉末。
所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔101〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.85-0.87(m,6H),1.26(m,52H),1.70(m,4H),2.78-2.84(t,4H),6.72-6.74(d,2H),7.08(s,2H),7.12-7.13(d,2H),7.46-7.55(dd,8H)。
另外,依照DSC所得的測定結果,化合物〔101〕係於降溫時,於95.7℃顯示液晶-結晶相轉移點。
合成例14(化合物〔106〕之合成)
除了使用溴甲氧基甲烷以取代1-溴壬烷以外,利用相同於合成例11之方法加以合成,得到黃色粉末508mg。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔106〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):3.10-3.15(t,4H),3.37(s,6H),3.78-3.84(t,4H),4.67(s,4H),6.83-6.84(d,2H),710(s,2H),716-7.17(d,2H),7.47-7.52(dd,8H)。
還有,依照DSC所得的測定結果,化合物〔106〕係於降溫時,於71.4℃顯示液晶層-結晶層轉移點。
合成例15(化合物〔130〕之合成)
除了使用1-(2-溴乙氧基)丙烷以取代1-溴壬烷以外,利用相同於合成例11之方法加以合成,得到黃色粉末110mg。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔130〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.900.95(t,6H),1.57-1.69(m,4H),3.10-3.15(t,4H),3.42-3.47(t,4H),3.60-3.68(m,8H),3.73-3.78(t,4H),6.82-6.83(d,2H),7.10(s,2H),7.15-7.17(d,2H),7.48-7.57(dd,8H)。
還有,依照DSC所得的測定結果,化合物〔130〕係於降溫時,於70.0℃顯示液晶層-結晶層轉移點。
合成例16(化合物〔129〕之合成)
除了使用1-(2-溴乙氧基)丁烷以取代1-溴壬烷以外,利用相同於合成例11之方法加以合成,得到黃色粉末238mg。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔129〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.89-0.94(t,6H),1.32-1.41(m,4H),1.54-1.60(t,4H),3.09-3.14(t,4H),3.44-3.49(t,4H),3.57-3.64(m,8H),3.69-3.74(t,4H),6.83-6.84(d,2H),7.08(s,2H),7.15-7.16(d,2H),7.48-7.55(dd,8H)。
還有,依照DSC所得的測定結果,化合物〔129〕係於降溫時,於66.1℃顯示液晶層-結晶層轉移點。
合成例17(化合物〔133〕之合成)
將6.1g之2-噻吩乙醇冷卻至0℃,滴入已將氫化鈉 (60%油性)2.8g加入四氫呋喃50ml的懸浮液中。於氮氣環境中,使此溶液於0℃攪拌20分鐘,滴入1-(2-溴乙氧基)丁烷8.2g。其後,將所得的溶液升溫至90℃,加熱攪拌9小時。將水100ml、己烷100ml加入反應溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鈉予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:己烷/二氯甲烷)加以精製,得到2-〔2-(2-丁氧-乙氧)乙基〕-噻吩3.5g。
將2-〔2-(2-丁氧-乙氧)乙基〕-噻吩3.5g溶解於四氫呋喃40ml中,冷卻至-80℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)12ml滴入此溶液中,攪拌3小時。將溶液升溫直至-30℃,滴入2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼4.0g,於室溫攪拌20小時。將水2ml加入所得的溶液中,攪拌後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:二氯甲烷)加以精製,得到3.1g之顯示於下式的5-BEET-BPin:
將2-溴噻吩1.4g與2.5g之上述5-BEET-BPin溶解於二甲基甲醯胺50ml後,添加三磷酸鉀8.6g與氯化〔1,1’-雙 (二苯基膦)環戊二烯〕鈀(II)0.69g,於氮氣環境中、80℃加熱攪拌4小時。將甲苯200ml、水100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。使用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:二氯甲烷)加以精製,得到0.95g之顯示於下式的5-BEEBT:
將0.95g之5-BEEBT溶解於四氫呋喃20ml中,冷卻至-80℃。將正丁基鋰溶液(1.6mol/l之己烷溶液)2.5ml滴入此溶液中,攪拌3小時。將混合溶液升溫至-30℃,滴入2-異氧基-4,4,5,5-四甲基-〔1,3,2〕-二噁硼4.0g,於室溫攪拌4小時。將水2ml加入所得的溶液中,攪拌後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。利用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:二氯甲烷)加以精製,得到0.60g之顯示於下式的5-BEEBT-BPin:
將4,4’-二溴芪2.3g與1.2g之5-BEET-BPin溶解於二甲基甲醯胺50ml中,添加三磷酸鉀7.3g與氯化〔1,1’-雙(二苯基膦)環戊二烯〕鈀(II)0.57g,於氮氣環境中, 於80℃加熱攪拌5小時。將甲苯200ml與水100ml加入所得的溶液中,分取有機層。利用水300ml以洗淨有機層後,使用無水硫酸鎂予以乾燥。使用旋轉蒸發器以濃縮所得的溶液後,利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:二氯甲烷)加以精製,得到0.22g之顯示於下式的BEEBTS-Br:
將0.22g之上述BEEBTS-Br與0.60g之5-BEEBT-BPin溶解於二甲基甲醯胺40ml中,添加三磷酸鉀0.48g與氯化〔1,1’-雙(二苯基膦)環戊二烯〕鈀(II)37mg,於氮氣環境中、80℃加熱攪拌5小時。將水200ml加入所得的溶液中,分取生成的固體。利用管柱層析儀(填充材:矽膠、洗提液:二氯甲烷/醋酸乙酯)加以精製,得到80mg之黃色粉末。所得的粉末之1 H-NMR分析結果係如下所示,確認為化合物〔133〕。
1 H-NMR(CDCl3 (d=ppm)):0.89-0.94(t,6H),1.32-1.43(m,4H),1.53-1.63(m,4H),3.10-3.12(t,4H),3.46-3.50(t,4H),3.61-3.64(m,8H),3.71-3.75(m,4H),6.83-6.85(d,2H),7.01-7.02(d,2H),7.11(s,2H),7.15-7.16(d,2H),7.48-7.57(dd,8H)。
實施例1
將共軛系聚合物之聚-3-己基噻吩(Aldrich公司製之 Regioregular、數目平均分子量(Mn):13000,以下稱為P3HT)0.10g加入裝有氯仿5ml之燒瓶中,藉由在超音波洗淨機(井內盛榮堂(股份)製之US-2、輸出功率120W)中進行超音波攪拌,得到3HT之氯仿溶液。接著,利用移滴管以採樣此溶液,每次滴入0.5ml於甲醇20ml與0.1規定濃度鹽酸10ml的混合溶液之中,進行再沈澱。藉由0.1 μm孔徑之膜濾器(PTFE公司製:四氟乙烷)以過濾收集已成為固體之P3H,利用甲醇以充分洗淨後,藉由真空乾燥以去除溶劑。進行再一次之溶解與再沈澱,得90mg之再沈澱物P3HT。
接著,將CNT(CNI公司製之單層CNT、純度95%,以下稱為單層CNT)1.5mg與1.5mg之上述P3HT加入30ml之氯仿中,一面予以冰冷,並一面使用超音波均質器(東京理化器械(股份)製之VCX-500)而以輸出功率250W超音波攪拌30分鐘。藉由於進行30分鐘超音波照射之時點,暫停照射,追加1.5mg之P3HT,進一步進行1分鐘超音波照射,得到CNT複合物分散液A(相對於溶劑之CNT濃度0.05g/l)。
於上述CNT複合物分散液A中,為了探討P3HT是否附著於CNT,使用膜濾器以進行5ml之分散液A之過濾,於濾器上收集CNT。於溶劑未乾之前,迅速將收集後之CNT轉錄於矽晶圓上,得到乾燥的CNT。利用X線光電子分光法(XPS)以進行此CNT之元素分析後,檢測出P3HT中所含之硫元素。因而,能夠確認P3HT已附著於CNT複合物 分散液A中之CNT。
接著,進行為了形成半導體層4之CNT複合物分散液的調整。將氯仿加入上述分散液A中,使CNT濃度成為0.02g/l之方式來稀釋,使用膜濾器(孔徑10 μm、直徑25mm、Millipore公司製之Omunipore Membrane)以進行過濾,去除長度10 μm以上之CNT。將所得的濾液設為CNT複合物分散液B。添加作為有機半導體之化合物〔8〕0.90mg於0.18ml CNT複合物分散液B及0.12ml氯仿之混合溶液,於超音波洗淨機(井內盛榮堂(股份)製之US-2、輸出功率120W)中進行30分鐘之超音波攪拌,製得有機半導體複合物溶液。此時,將相對於化合物〔8〕之氯仿的濃度調整至3g/l、並將相對於CNT之化合物〔8〕的濃度調整至0.4重量%。
接著,進行上述有機半導體複合物溶液之旋轉塗布(800rpm×0.3秒)後而製作顯示於第1圖之FET元件。基板1係賦與熱氧化膜(膜厚300nm)之已摻雜銻的矽晶圓(電阻率0.02 Ω.cm以下)。矽晶圓為基板的同時,也為閘極2,熱氧化膜成為絕緣層3。
其次,基於以下之順序,形成金之源極5與汲極6。將正型光阻溶液滴於該賦與熱氧化膜的矽晶圓上,使用旋轉塗布機加以塗布後,利用90℃之熱板予以乾燥後而形成光阻膜。接著,使用曝光機,透過光罩以對該光阻膜進行紫外線照射。接著,將賦與光阻膜之晶圓浸漬於鹼性水溶液中,去除紫外線照射部,梳子形電極將得到成為脫落後 之形狀的光阻膜。於此賦與光阻膜之晶圓上,使厚度成為5nm之方式來真空蒸鍍鉻,接著,使厚度成為35nm之方式來真空蒸鍍金。接著,藉由將賦與金/鉻膜及光阻膜之晶圓浸漬於丙酮中,利用超音波洗淨機以進行超音波照射,以去除光阻上多餘之金/鉻。進行如此方式,於晶圓上形成金之兩梳子形電極。
此等兩電極之寬度(通道寬)設為0.5cm,兩電極之間隔(通道長)設為20 μm,電極高度設為40nm。於電極所形成的基板上,滴下0.1ml之上述有機半導體複合物溶液,藉由旋轉塗布(800rpm×0.3秒)以形成厚度25nm之半導體層。將導線安裝於電極後,於100℃之真空烘箱中,進行所得的元件之1小時熱處理後,直到成為50℃以下為止予以徐冷後而釋放至空氣中,使FET元件移入測定箱中,於真空中予以靜置。
接著,測出改變上述FET元件之閘電壓(Vg)時的源極-汲極間電流(Id)-源極-汲極間電壓(Vsd)特性。針對測定,使用Hewlett-Packard公司製之Picoanmeter/Voltage Source 4140B,真空下進行測定。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為6.5x10-2 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為4.0x104
接著,於靜置此元件於空氣中24小時後,開關比維持4.5x104 之高值。
比較例1
除了有機半導體使用顯示於下列之F8T2(American Dye Source公司製、Mn=5500)以外,進行相同於實施例1之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為2.0x10-4 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為1.6x103
比較例2
除了有機半導體使用P3HT以外,進行相同於實施例1之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為1.5x10-2 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為3.2x104 。將此元件於空氣中靜置24小時後,評估於空氣中之FET特性後,開關比將大幅降低至5.8x101
實施例2~5
除了有機半導體使用顯示於表1之化合物以外,進行相同於實施例1之方式而形成FET元件,測定特性。各實施例之結果係顯示於表1。
實施例6
除了使用化合物〔82〕以替代化合物〔8〕,將元件製作後之熱處理條件設為於空氣中,在120C之熱板上加熱1小時以外,進行相同於實施例1之方式而製作FET元件,評估特性。結果係顯示於表1。
實施例7
除了使用化合物〔97〕以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例1之方式而製作FET元件,評估特性。結果係顯示於表1。
實施例8
除了使用化合物〔98〕以替代化合物〔8〕,將元件製作後之熱處理條件設為於空氣中,在150℃之熱板上加熱1小時以外,進行相同於實施例1之方式而製作FET元件,評估特性。結果係顯示於表1。
實施例9
除了使用化合物〔100〕以替代化合物〔8〕,將元件製作後之熱處理條件設為於空氣中,在120℃之熱板上加熱1小時以外,進行相同於實施例1之方式而製作FET元件,評估特性。結果係顯示於表1。
實施例10
除了將配向性層設置於絕緣層3與半導體層4之間以外,相同於實施例1而製作FET元件。以下,顯示配向性層之製作順序: 於具有絕緣層3之基板表面,進行30分鐘UV臭氧處理後,於氮氣環境中,於已調整至20mM的苯基乙基三氯矽烷(PETS)(Aldrich(股份)製、純度95%以上)之己烷溶液中浸漬10分鐘。其後,從溶液中取出基板,利用己烷及丙酮予以洗淨後,在100℃之熱板上乾燥10分鐘後而作成配向性層。
接著,評估所得的FET元件之特性。結果係顯示於表1。
實施例11~13
除了使用顯示於表1之化合物以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例10之方式而形成FET元件,測定特性。各實施例之結果係顯示於表1。
實施例14
除了使用化合物〔98〕以替代化合物〔8〕,將元件製作後之熱處理條件設為於空氣中,在150℃之熱板上加熱1小時以外,進行相同於實施例10之方式而形成FET元件,測定特性。各實施例之結果係顯示於表1。
實施例15
除了使相對於化合物〔8〕之CNT濃度成為0.2重量%之方式來調整以外,進行相同於實施例1之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~.50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為2.7x10-2 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為 3.8x104 。接著,於空氣中靜置此元件24小時後,評估於空氣中之FET特性,開關比維持3.7x104 之高值。
實施例16
製作顯示於第1圖之其他FET元件。於玻璃製之基板1(膜厚0.7mm)上,藉由電阻加熱法,透過光罩以真空蒸鍍5nm之鉻與50nm之金而形成閘極2。接著,混合聚乙烯酚(Aldrich公司製、重量平均分子量(Mw):20000,以下稱為PVP)、聚三聚氰胺-甲醛共聚物(Aldrich公司製、數目平均分子量(Mn):432,以下稱為PMF)與丙二醇一甲基醚醋酸酯(Aldrich公司製,以下稱為PGMEA)。此情形下,將各自之混合重量比設為PVP:PMF:PGMEA=10:5:100。藉由在已形成上述閘極之玻璃基板上,進行所得的溶液之旋轉塗布(1500rpmx30秒),於氮氣流下,進行200℃、1小時之熱處理,形成膜厚600nm之絕緣層3。其次,藉由電阻加熱法,通過光罩而將金作成膜厚50nm之方式來進行真空蒸鍍,以形成源極5與汲極6。
此等兩電極之寬度(通道寬)設為0.1cm,兩電極之間隔(通道長)設為100 μm。進行相同於實施例1之方式,於已形成電極的基板上,滴下0.1ml製得的有機半導體複合物溶液,藉由旋轉塗布(800rpm×0.3秒)以形成厚度25nm之半導體層。將導線安裝於電極後,於100℃之真空烘箱中,進行所得的元件之1小時熱處理後,直到成為50℃以下為止予以徐冷後而釋放至空氣中,使FET元件移入測定 箱中,於真空中靜置。
接著,評估所得的FET元件之特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為5.0x10-2 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為6.8x103
實施例17
除了使用化合物〔98〕以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例16之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為9.2x10-2 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為8.5x103
實施例18~21
除了使用顯示於表1之化合物以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例1之方式而形成FET元件,測定特性。各實施例之結果係顯示於表1。
實施例22
除了使用化合物〔129〕以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例16之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為1.4x10-1 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為2.4x104
比較例3
除了使用顯示於下列之OSC-1以替代化合物〔8〕以 外,進行相同於實施例16之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為1.2x10-2 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為4.5x102
實施例23
除了於有機半導體複合物溶液製作時未使用P3HT以外,進行相同於實施例16之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為1.7x10-2 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為1.9x103
實施例24
除了使用化合物〔8〕之氯仿溶液(3g/l)以替代有機半導體複合物溶液而形成半導體層4以外,進行相同於實施例1之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為1.2x10-3 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為2.5x104
其次,於空氣中靜置此元件24小時後,評估於空氣中FET特性之開關比維持2.1x104 之高值。
比較例4
除了使用聚-3-己基噻吩(Aldrich公司製之Regioregular、數目平均分子量(Mn):13000、以下稱為P3HT)以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例24之方式而製作FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為4.3x10-4 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為1.6x103
其次,於空氣中靜置此元件24小時後,評估於空氣中FET特性之開關比降低至1.2x101
比較例5
除了使用顯示於下列之OSC-2以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例24之方式而製作FET元件,測定特性。由vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為3.5x10-5 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為2.4x103
其次,於空氣中靜置此元件24小時後,評估於空氣中FET特性之開關比為8.0x102
比較例6
除了使用顯示於下列之OSC-3以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例24之方式而形成FET元件,測定特 性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為5.1x10-5 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為1.5x103
其次,於空氣中靜置此元件24小時後,評估於空氣中FET特性之開關比為9.5x102
實施例25
除了僅使用化合物〔8〕之氯仿溶液以替代有機半導體複合物溶液以外,進行相同於實施例11之方式而形成FET元件,測定特性。由Vg=+50~-50V予以變化時之Vsd=-5V的Id值變化而求出線形區域之移動度為4.5x10-3 cm2 /V.sec。另外,由此時Id的最大值與最小值之比而求出開關比為3.6x104
其次,於空氣中靜置此元件24小時後,評估於空氣中FET特性之開關比維持3.8x104 之高值。
實施例26、27
除了使用顯示於表2之化合物以替代化合物〔8〕以外,進行相同於實施例25之方式而製作FET元件,評估特性。各實施例之結果係顯示於表2。
實施例28
除了使用化合物〔98〕以替代化合物〔8〕,將元件製作後之熱板上的熱處理條件設為150℃、1小時以外,進行相同於實施例25之方式而製作FET元件,評估特性。結果係顯示於表2。
實施例29~31
除了使用顯示於表2之化合物以替代化合物〔98〕以外,進行相同於實施例24之方式而製作FET元件,評估特性。各實施例之結果係顯示於表2。
[產業上利用之可能性]
本發明之有機電晶體材料係能夠用於智慧卡、安全標記、平面面板顯示器用之可以利用於電晶體陣列等之有機場效型電晶體、或其他有機電晶體。
1‧‧‧基板
2‧‧‧閘極
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧半導體層
5‧‧‧源極
6‧‧‧汲極
第1圖係顯示本發明之一形態的FET元件之示意剖面圖。
第2圖係顯示本發明之另一形態的FET元件之示意剖面圖。
1‧‧‧基板
2‧‧‧閘極
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧半導體層
5‧‧‧源極
6‧‧‧汲極

Claims (8)

  1. 一種有機半導體複合物,含有以下列通式(1)所示之噻吩化合物與碳奈米管:〔化1〕B 2 -A 1 -B 1 (1) 於此,B1 與B2 可以相同,也可以不同,分別表示以下列通式(2)所示之基;A1 係表示以下列通式(3)~(11)中任一式所示之2價連結基; 於此,R1 ~R5 可以相同,也可以不同,分別從氫、烷基、環烷基、雜環基、烯基、環烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、芳醚基、芳硫醚基、芳基、雜芳基、鹵素原子、氰基、甲醯基、烷羰基、芳羰基、羧基、烷氧羰基、芳氧羰基、烷羰氧基、芳羰氧基、胺甲醯基、胺基與矽烷基所構成族群中所選出;R1 ~R5 也可以利用鄰接的彼此取代基而形成環;m1 係0~11之整數;m1 為2以上之情形,各自之R1 與R2 可以相同,也可以不同; 於此,R6 ~R10 可以相同,也可以不同,分別表示伸烷基、伸環烷基、2價之雜環基、羰基、氧羰基或羰氧基;Ar1 ~Ar12 可以相同,也可以不同,分別表示伸芳基或伸雜芳基;X1 ~X6 可以相同,也可以不同,分別表示-O-、-S-、-NR11 -或是-SiR12 R13 -;Y1 ~Y6 可以相同,也可以不同,分別表示-CR14 =或-N=;還有,R11 ~R14 係由與上述R1 ~R5 相同的族群所選出;a1 ~a6 係表示1或2;b1 ~b8 係表示0~4之整數;但是,b3 、b4 、b7 或b8 為0之情形,Ar1 、Ar3 、Ar9 與Ar11 分別表示伸芳基、含有至少一個氮原子的伸雜芳基或縮合伸雜芳基。
  2. 如申請專利範圍第1項之有機半導體複合物,其中該通式(1)中之B1 與B2 為相同之基。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之有機半導體複合物,其中該通式(2)中之R5 係被含有一個以上氧原子之基所取代之烷基。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之有機半導體複合物,其中該通式(1)所示之噻吩化合物係以下列通式(12)所示:〔化4〕B 4 -A 2 -B 3 (12) 於此,B3 與B4 可以相同,也可以不同,分別表示以下列通式(13)所示之基;A2 係表示以下列通式(14)~(18)中任一式所示之2價連結基; 於此,R21 ~R25 可以相同,也可以不同,分別表示氫、烷基、環烷基、雜環基、烯基、環烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、芳醚基、芳硫醚基、芳基、雜芳基、鹵素原子、氰基、甲醯基、烷羰基、芳羰基、羧基、烷氧羰基、芳氧羰基、烷羰氧基、芳羰氧基、胺甲醯基、胺基與矽烷基所構成族群中所選出;R21 ~R25 也可以利用鄰接的彼此取代基而形成環;m2 係0~11之整數;m2 為2以上之情形,各自之R21 與R22 可以相同,也可以不同; 於此,R15 與R16 可以相同,也可以不同,分別表示伸烷基、伸環烷基、2價之雜環基、羰基、氧羰基或羰氧基;Ar13 ~Ar22 可以相同,也可以不同,分別表示伸芳基或具有6員環之伸雜芳基;X7 ~X9 可以相同,也可以不同,分別表示-O-、-S-、-NR17 -或是SiR18 R19 -;Y7 與Y8 可以相同,也可以不同,分別表示CR20 =或-N=;還有,R17 ~R20 係由與上述R1 ~R5 相同的族群所選出;a7 與a8 係表示1或2;b9 ~b12 係表示1~4之整數。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之有機半導體複合物,其中以該通式(1)所示之噻吩化合物係具有一種以上液晶狀態之化合物。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之有機半導體複合物,其中該碳奈米管係共軛系聚合物至少附著於表面一部分的碳奈米管。
  7. 一種有機電晶體材料,含有如申請專利範圍第1至6項中任一項之有機半導體複合物。
  8. 一種有機場效型電晶體,具有閘極、絕緣層、半導體層、源極與汲極之有機場效型電晶體,該半導體層含有如申請專利範圍第7項之有機電晶體材料。
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