JP5012783B2 - Organic electronic device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、有機デバイスに利用できる有機材料及びデバイス作製プロセスに関し、ディスプレー、集積回路、センサー等のデバイスを作製する方法に関する。   The present invention relates to an organic material that can be used for an organic device and a device manufacturing process, and to a method for manufacturing a device such as a display, an integrated circuit, and a sensor.

電界効果トランジスタは、バイポーラトランジスタと並んで重要なスイッチ、増幅素子として広く利用されている。これまでシリコンを用いた素子が広く用いられている。電界効果トランジスタは、半導体材料にソースとドレイン電極、絶縁体層を介してゲート電極を設けた構造を有する。基本的には、p型あるいはn型の一方のキャリアが電荷を輸送し、モノポーラ素子の代表的なものである。   Field effect transistors are widely used as important switches and amplifying elements along with bipolar transistors. Until now, elements using silicon have been widely used. A field effect transistor has a structure in which a gate electrode is provided on a semiconductor material via a source and drain electrodes and an insulator layer. Basically, one of the p-type and n-type carriers transports a charge and is a typical monopolar device.

特にMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)構造と呼ばれる二酸化珪素(SiO2)を絶縁体に用いたものは、メモリー素子、ゲート素子等に広く用いられている。また、半導体にアモルファスシリコンを用いるものは、ガラス等の基板上に半導体層を形成して薄膜トランジスタとして製造することが可能であり、これを各セルのスイッチング素子に利用したアクティブマトリクス液晶ディスプレーに広く利用されている。 In particular, those using silicon dioxide (SiO 2 ) called an MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure as an insulator are widely used for memory elements, gate elements, and the like. In addition, those using amorphous silicon as a semiconductor can be manufactured as thin film transistors by forming a semiconductor layer on a substrate such as glass, and this is widely used in active matrix liquid crystal displays that are used as switching elements in each cell. Has been.

このような電界効果トランジスターの動作特性は、用いられる半導体のキャリア移動度μ、電導度σ、絶縁層の静電容量Ci、素子の構成(ソース・ドレイン電極間距離L及び幅W、絶縁層の膜厚d等)により決まるが、この中で、半導体材料の特性としては、高い移動度(μ)を有するものが良好な特性を示すことになる。   The operational characteristics of such a field effect transistor are as follows: carrier mobility μ, conductivity σ of the semiconductor used, capacitance Ci of the insulating layer, element configuration (source-drain electrode distance L and width W, insulating layer Among them, the semiconductor material having a high mobility (μ) exhibits good characteristics.

半導体材料の中でも、Siに代表される無機半導体は、製造時に300℃以上の高温で処理する必要があり、基板にプラスチック基板やフィルムを用いることが難しく、かつ製造に多くのエネルギーを必要とする。また、真空での素子作製プロセスは、製造ラインに高価な設備を必要とし高コストになる。これに対して、有機物を用いたトランジスタは、そのほとんどは無機半導体より低温プロセスで製造できるため、プラスチック基板やフィルムを用いることができ、軽量で壊れにくい素子を作製することができる。また、溶液の塗布や印刷法を用いた素子作製が可能なものもあり、大面積の素子を低コストで製造することが可能である。さらに、材料のバリエーションが豊富であり、分子構造を変化させることにより容易に材料特性を根本的に変化させることが可能であるため、異なる機能を組み合わせることで、無機半導体では不可能な機能、素子を実現することも可能である。   Among semiconductor materials, inorganic semiconductors typified by Si need to be processed at a high temperature of 300 ° C. or higher at the time of production, and it is difficult to use a plastic substrate or film for the substrate, and a lot of energy is required for production. . In addition, the element manufacturing process in a vacuum requires expensive equipment on the production line and is expensive. On the other hand, most of transistors using an organic material can be manufactured by a low-temperature process compared to an inorganic semiconductor. Therefore, a plastic substrate or a film can be used, and a light-weight element that is not easily broken can be manufactured. In addition, some devices can be manufactured using a solution coating or printing method, and a large-area device can be manufactured at low cost. Furthermore, since there are a wide variety of materials, and it is possible to easily change the material properties easily by changing the molecular structure, functions and elements that are impossible with inorganic semiconductors by combining different functions Can also be realized.

このような有機物を利用したトランジスタは、これまで幾つかデモンストレーションされている。例えば、特開昭61−202467に示されたような、導電性高分子、共役高分子を利用したもの、特許2984370で示された低分子化合物を利用したものが挙げられる。共役高分子の例では、共役高分子を半導体としてそのまま用いるもの、電場によりイオン(ドーパント)を出し入れしてスイッチングを行うもの等が試みられている。しかしながら、高分子材料であるために、精製が困難なこと、製膜時に構造の不完全部分に由来する欠陥が生じてしまうこと、酸化電位が下がり酸化されやすくなりやすいこと等から、十分に高性能でかつ安定性の良好な材料は見出されていない。   Several transistors using such organic substances have been demonstrated so far. Examples thereof include those using conductive polymers and conjugated polymers as disclosed in JP-A-61-202467, and those using low molecular compounds disclosed in Japanese Patent No. 2984370. As examples of the conjugated polymer, attempts have been made to use a conjugated polymer as a semiconductor as it is and to perform switching by putting ions (dopants) in and out by an electric field. However, since it is a polymer material, it is difficult to purify, a defect derived from an incomplete part of the structure is formed at the time of film formation, and the oxidation potential is likely to be lowered and easily oxidized. No material with good performance and stability has been found.

一方、低分子化合物の例では、ペンタセン等の芳香族縮合炭化水素やチオフェン環が4個以上連結したオリゴチオフェン類で、蒸着によりa−Si並の移動度を示す有機トランジスタが示されている。低分子化合物では、高分子に比較して、定まった構造の化合物を合成し、かつ精製法も昇華精製や再結晶、カラムクロマト等色々利用できるため、安定な材料になる。一方で、蒸着による製膜法は製造コストが塗布よりも高くなり、有機物の特徴を十分に生かしたものになりにくい。また一般に低分子化合物を溶液からの塗布による製膜を行うと、結晶化による粒状の構造になるため、均一な膜が得られにくく、製膜性に問題がある場合が多い。   On the other hand, as an example of a low molecular weight compound, an organic transistor that exhibits mobility similar to that of a-Si by vapor deposition is shown, which is an aromatic condensed hydrocarbon such as pentacene or an oligothiophene having four or more thiophene rings connected. A low molecular weight compound is a stable material because it synthesizes a compound having a fixed structure and can use various purification methods such as sublimation purification, recrystallization, and column chromatography. On the other hand, the film-forming method by vapor deposition has a higher manufacturing cost than coating, and it is difficult to make full use of the characteristics of organic matter. In general, when a film is formed by applying a low molecular weight compound from a solution, a granular structure is formed by crystallization, so that it is difficult to obtain a uniform film and there are many problems in film forming.

近年、低分子化合物の単結晶を用いたトランジスタで、色々な物理現象が観測されている。例えば、電流注入によるレーザーの発振、超伝導、量子ホール効果等が挙げられる。しかしながら、有機物の単結晶は、大きな結晶を成長させること自体難しい上、非常に柔らかい為、それを切削、研磨して素子化に供することも極めて難しい。   In recent years, various physical phenomena have been observed in transistors using single crystals of low-molecular compounds. Examples include laser oscillation by current injection, superconductivity, and quantum Hall effect. However, an organic single crystal is difficult to grow a large crystal, and is very soft. Therefore, it is extremely difficult to cut and polish it for use as a device.

低分子化合物の中ではフタロシアニン類の有機デバイスへの応用が多く検討されてきた。例えば、電界効果トランジスタへの応用としては、特開平11−251601号、特開2000−174277、Appl.Phys.Lett.69巻(1996)p3086に記載されている。フタロシアニン類は一般に溶媒に不溶であり、これらの素子を作製するには、真空蒸着法により製膜する必要がある。   Among low molecular weight compounds, many applications of phthalocyanines to organic devices have been studied. For example, as an application to a field effect transistor, JP-A-11-251601, JP-A-2000-174277, Appl. Phys. Lett. 69 (1996) p3086. Phthalocyanines are generally insoluble in solvents, and in order to produce these devices, it is necessary to form a film by a vacuum deposition method.

一方、低分子化合物を用いた、溶液プロセスで塗布後、半導体に変換する方法で、電界効果トランジスタを作製する方法については、ペンタセンあるいは類似の芳香族炭化水素の系がScience 270巻(1995)p972、Optical Materials 12巻(1999)p189、J.Appl.Phys.79巻(1996)p2136に報告されている。報告されている移動度はペンタセンで0.2であるが、実際に素子に応用されてデモンストレーションされたのは移動度が10-2cm2/Vsのものである。この前駆体からはテトラクロロベンゼン分子が脱離するので、沸点が高く系外に取り除くことが難しい事に加え、その毒性が懸念される。 On the other hand, as a method for producing a field effect transistor by applying a solution process using a low molecular weight compound and then converting it to a semiconductor, pentacene or a similar aromatic hydrocarbon system is described in Science 270 (1995) p972. , Optical Materials, Vol. 12 (1999) p189, J. MoI. Appl. Phys. 79 (1996) p2136. The reported mobility is 0.2 for pentacene, but what was actually applied to the device was demonstrated with a mobility of 10 −2 cm 2 / Vs. Since tetrachlorobenzene molecules are desorbed from this precursor, it has a high boiling point and is difficult to remove out of the system, and its toxicity is a concern.

また、ビシクロ構造を有する前駆体についてはAdvanced Materials 11巻(1999)p480に記載されている。この中には、下記式で示すようにビシクロ化合物からエチレンが脱離してペンタセンに変換される方法が開示されているが、エチレンの脱離が起こりにくいことが指摘されており、前駆体としては不十分であるとの記述がある。これは、ビシクロ環の両末端側がナフタレン環に縮合しているため、脱エチレン化反応の際の共役部分の構造変化が大きく、ペンタセンへの変換率が低いことが原因と考えられる。   A precursor having a bicyclo structure is described in Advanced Materials, Vol. 11 (1999) p480. In this, a method is disclosed in which ethylene is eliminated from the bicyclo compound and converted to pentacene as shown in the following formula, but it has been pointed out that ethylene is less likely to be eliminated. There is a description that it is insufficient. This is thought to be due to the fact that both ends of the bicyclo ring are condensed with a naphthalene ring, so that the structural change of the conjugated portion during the deethylenation reaction is large and the conversion rate to pentacene is low.

Figure 0005012783
Figure 0005012783
特開昭61−202467号公報JP-A 61-202467 特許第2984370号公報Japanese Patent No. 2984370 特開平11−251601号公報JP-A-11-251601 特開2000−174277号公報JP 2000-174277 A Appl.Phys.Lett.69巻(1996)p3086Appl. Phys. Lett. Volume 69 (1996) p3086 Science 270巻(1995)p972、Optical Materials 12巻(1999)p189、Science 270 (1995) p972, Optical Materials 12 (1999) p189, J.Appl.Phys.79巻(1996)p2136J. et al. Appl. Phys. Volume 79 (1996) p2136 Advanced Materials 11巻(1999)p480Advanced Materials Volume 11 (1999) p480

上述したように有機トランジスタは無機半導体に無い有効な特徴を有しているが、容易なプロセスで素子の作製が可能で実用的な特性を有したものは未だ実現されていない。従って、高性能で安定性の高い材料を用いた有機電子デバイスを、容易なプロセスで作製する方法が要求されていた。   As described above, an organic transistor has an effective characteristic that is not found in an inorganic semiconductor. However, an organic transistor that can be manufactured by an easy process and has practical characteristics has not yet been realized. Therefore, a method for manufacturing an organic electronic device using a high-performance and highly stable material by an easy process has been required.

以上の事に鑑み、種々検討を行った結果、従来とは異なる特定の環状構造のビシクロ化合物を前駆体として用いることにより、基板上への製膜が容易で、且つ、その膜に加熱等の外部作用を加えることにより、脱エチレン化反応が効率的に進行し、得られる化合物の純度が高く、且つ高い特性を示すことを見出し、本発明に到達した。即ち、本発明の要旨は、下記一般式(I)又は(II)で表されるビシクロ化合物を溶媒に溶解した溶液を基板上に塗布することにより膜を製膜し、次いで該ビシクロ化合物からエチレン誘導体を脱離させることにより基板上で変換された一般式(Ia)又は(IIa)で表される化合物を有機半導体として用いてなる光起電力を利用する有機電子デバイスであって、該一般式(I)又は(II)で表されるビシクロ化合物が下記構造式で示されるポルフィリン化合物又はフタロシアニン化合物の一種であることを特徴とする有機電子デバイス、及び該有機電子デバイスの作製方法に存する。 In view of the above, as a result of various studies, by using a bicyclo compound having a specific cyclic structure different from the conventional one as a precursor, it is easy to form a film on a substrate, and the film is heated or the like. By adding an external action, it has been found that the deethylation reaction proceeds efficiently, the purity of the resulting compound is high, and exhibits high characteristics, and the present invention has been achieved. That is, the gist of the present invention, also the following general formula (I) to form a film of the film by applying a solution in a solvent bicyclo compound represented by formula (II) onto a substrate, then from the bicyclo compound converted on the substrate by allowing the ethylene derivative desorbed general formula (Ia) or an organic electronic device using the photovoltaic comprising using as the organic semiconductor compound represented by (IIa), wherein An organic electronic device characterized in that the bicyclo compound represented by the general formula (I) or (II) is a kind of porphyrin compound or phthalocyanine compound represented by the following structural formula, and a method for producing the organic electronic device .

Figure 0005012783
(式(I)、(II)、(Ia)及び(IIa)中、R1〜R8は水素原子又は1価の有機基を表し、R1〜R2は互いに結合して環を形成することはなく、また、Q1、Q2は2価の有機基、Q3、Q4は1価の有機基を表し、R3とR5、R4とR6、Q1とQ2 又は3とQ4はそれぞれ結合して環を形成していてもよい)
Figure 0005012783
Figure 0005012783
Figure 0005012783
(In formulas (I), (II), (Ia) and (IIa), R 1 to R 8 represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, and R 1 to R 2 are bonded to each other to form a ring. Q 1 and Q 2 represent a divalent organic group, Q 3 and Q 4 represent a monovalent organic group, R 3 and R 5 , R 4 and R 6 , Q 1 and Q 2 or Q 3 and Q 4 may be bonded to each other to form a ring)
Figure 0005012783
Figure 0005012783

本発明の光起電力を利用する有機電子デバイスでは、本発明方法による特定の前駆体から容易な作製方法により得られる高純度で、且つ高特性な化合物が用いられるので極めて有用である。   The organic electronic device using the photovoltaic power of the present invention is extremely useful because a high-purity and high-performance compound obtained by a simple production method from a specific precursor according to the method of the present invention is used.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
(ビシクロ化合物)
本発明のビシクロ化合物とは、ビシクロ構造を有する下記一般式(I)又は(II)で表されるものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(Bicyclo compound)
The bicyclo compound of the present invention, the following general formula having a bicyclo structure (I) or is represented by (II).

Figure 0005012783
上記式(I)及び(II)中、R1〜R8は水素原子又は1価の有機基を表し、R1〜R2は互いに結合して環を形成することはないものである。この有機基としては、置換していてもよいアルキル基、アリール基、アルコキシ基、メルカプト基、カルボキシル基、炭素数10以下のアルコールとのエステル、ハロゲン原子等が挙げられる。中でも望ましいのは、R34C=CR56の構造のエチレン誘導体が、常圧200℃で気体あるいは液体、さらに望ましくは常温常圧で気体のものである。また、R3とR5又はR4とR6は各々互いに環を形成した有機基であってもよい。
Figure 0005012783
In the above formulas (I) and (II), R 1 to R 8 represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, and R 1 to R 2 are not bonded to each other to form a ring. Examples of the organic group include an optionally substituted alkyl group, aryl group, alkoxy group, mercapto group, carboxyl group, ester with an alcohol having 10 or less carbon atoms, and a halogen atom. Among these, an ethylene derivative having a structure of R 3 R 4 C═CR 5 R 6 is preferably a gas or liquid at normal pressure 200 ° C., more preferably a gas at normal temperature and normal pressure. R 3 and R 5 or R 4 and R 6 may each be an organic group that forms a ring with each other.

また、Q1、Q2は2価の有機基、Q3、Q4は1価の有機基を表し、Q1とQ2 又はQ3とQ4はそれぞれの対で結合して環を形成した有機基であってもよい。1価の有機基の例としては、水素原子、水酸基、炭素数10以下の置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基、メルカプト基、アシル基、さらには、カルボキシル基及びその炭素数10以下のアルコールとのエステル、ホルミル基、カルバモイル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素のようなハロゲン原子、炭素数10以下のアルキル基で置換されていてもよいアミノ基、ニトロ基等が挙げられる。また、Q1とQ2 又は3とQ4が結合した環を形成する有機基の例としては、Q1=CH−CH=Q2、あるいはQ3−CH=CH−Q4の形成する環が、ピロール環、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族炭化水素、ピリジン環、キノリン環、フラン環、チオフェン環等の複素環、シクロヘキセンのような、非芳香族環状炭化水素、さらにはこれらの縮合した多環化合物、例えばポルフィリン環、フタロシアニン環等が挙げられる。上記式(I)又は(II)の構造は、本発明のビシクロ化合物の1分子内に1個でも複数個存在してもよい。まず、ビシクロ環部分の好ましい例を挙げる。ここで、Qa、Qbは、式(I)、(II)のQ1、Q2あるいはQ3、Q4を表す。 Q 1 and Q 2 represent a divalent organic group, Q 3 and Q 4 represent a monovalent organic group, and Q 1 and Q 2 or Q 3 and Q 4 are bonded to each other to form a ring. It may be a group. Examples of the monovalent organic group include a hydrogen atom, a hydroxyl group, an optionally substituted alkyl group having 10 or less carbon atoms, an alkoxy group, a mercapto group, an acyl group, and a carboxyl group and its carbon number of 10 or less. Examples include an ester with alcohol, a formyl group, a carbamoyl group, a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine and iodine, an amino group optionally substituted with an alkyl group having 10 or less carbon atoms, and a nitro group. Further, as an example of an organic group forming a ring in which Q 1 and Q 2 or Q 3 and Q 4 are bonded, Q 1 = CH-CH = Q 2 or Q 3 -CH = CH-Q 4 is formed. The ring is an aromatic hydrocarbon such as a pyrrole ring, a benzene ring, a naphthalene ring or an anthracene ring, a heterocyclic ring such as a pyridine ring, a quinoline ring, a furan ring or a thiophene ring, a non-aromatic cyclic hydrocarbon such as cyclohexene, and Includes condensed polycyclic compounds such as porphyrin ring and phthalocyanine ring. One or more structures of the above formula (I) or (II) may exist in one molecule of the bicyclo compound of the present invention. First, preferred examples of the bicyclo ring moiety are given. Here, Q a and Q b represent Q 1 and Q 2 or Q 3 and Q 4 in the formulas (I) and (II).

Figure 0005012783
Figure 0005012783

本発明のビシクロ化合物の好ましい例を挙げる。ここでは、ビシクロ環部分は、無置換体を例示しているが、上記で示した置換基を有する構造のものも使用することができる。また、以下にすべて対称性の良い分子構造を主に例示しているが、部分的な構造の組み合わせによる非対称構造も使用できる。もちろん本発明の化合物はこれらの例示化合物に限定されるわけではない。また、図中、Mは2価の金属を表し、例えばCu、Zn、Mg、Ni、Co、Fe等の単一金属元素の他、3価以上の金属と他の元素が結合して2価になっている原子団、例えば、AlCl、TiO、FeCl、SiCl2等も含まれる。 Preferred examples of the bicyclo compound of the present invention will be given. Here, although the bicyclo ring part has illustrated the unsubstituted thing, the thing of the structure which has the substituent shown above can also be used. In the following, molecular structures with good symmetry are mainly exemplified, but asymmetric structures based on combinations of partial structures can also be used. Of course, the compounds of the present invention are not limited to these exemplified compounds. In the figure, M represents a divalent metal. For example, a single metal element such as Cu, Zn, Mg, Ni, Co, Fe, etc., and a trivalent or higher metal and another element are combined to form a divalent metal. Also included are atomic groups such as AlCl, TiO, FeCl, SiCl 2 and the like.

Figure 0005012783
Figure 0005012783

Figure 0005012783
Figure 0005012783

Figure 0005012783
Figure 0005012783

Figure 0005012783
Figure 0005012783

Figure 0005012783
Figure 0005012783

(ビシクロ化合物の合成方法)
本発明のビシクロ化合物は、Diels-Alder反応を用いて合成することができる。例えば、次のような合成ルートを例として挙げることができる。
(Synthesis method of bicyclo compound)
The bicyclo compound of the present invention can be synthesized using the Diels-Alder reaction. For example, the following synthesis route can be given as an example.

Figure 0005012783
Figure 0005012783

(上記式中、A1、A2はニトロ基やベンゼンスルホン酸基、ハロゲン原子、カルボン酸およびそのエステルから選ばれる脱離基を表す。)
また、下記式のように、アセチレン誘導体のDiels-Alder反応を用いて直接合成できる。
(In the above formula, A1 and A2 represent a leaving group selected from a nitro group, a benzenesulfonic acid group, a halogen atom, a carboxylic acid, and an ester thereof.)
Moreover, it can synthesize | combine directly using Diels-Alder reaction of an acetylene derivative like a following formula.

Figure 0005012783
Figure 0005012783

これらのビシクロ構造を保持したまま、更に他の化合物に誘導することができる。上述した本発明のビシクロ化合物中、ビシクロ化合物がピロール環に結合した、下記構造のポルフィリン化合物(a)は、エチレンが脱離して高性能な有機半導体ベンゾポルフィリン(b)に変化するため、好ましい例として挙げられる。このポルフィリン化合物は平面構造でないため、溶媒への溶解性が高くかつ結晶化もしにくいため、溶液から塗布することにより、アモルファスまたはアモルファスに近い良好な膜を与える。この膜を加熱処理して脱エチレン反応させることにより、平面性の高いテトラベンゾポルフィリン膜を得ることが出来る。無置換、無金属体のポルフィリン化合物の場合には、以下のような化学反応が進行する。この反応は100℃以上、好ましくは150℃以上に加熱することにより定量的に進行する。また、脱離する分子がエチレン分子であるため、系内に残りにくく、毒性、安全性の面でも問題ない。   While retaining these bicyclo structures, they can be further derivatized to other compounds. Among the above-mentioned bicyclo compounds of the present invention, the porphyrin compound (a) having the structure shown below, in which the bicyclo compound is bonded to the pyrrole ring, changes to a high-performance organic semiconductor benzoporphyrin (b) due to elimination of ethylene. As mentioned. Since this porphyrin compound does not have a planar structure, it has high solubility in a solvent and is difficult to crystallize. Therefore, by applying from a solution, an amorphous or near-amorphous good film is obtained. A tetrabenzoporphyrin film having high planarity can be obtained by subjecting this film to a deethylene reaction by heat treatment. In the case of an unsubstituted, metal-free porphyrin compound, the following chemical reaction proceeds. This reaction proceeds quantitatively by heating to 100 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher. Further, since the molecule to be desorbed is an ethylene molecule, it hardly remains in the system, and there is no problem in terms of toxicity and safety.

Figure 0005012783
(a) (b)
Figure 0005012783
(A) (b)

このポルフィリン化合物(ビシクロ化合物)の合成法としては、例えば次のようなルートが挙げられる。   Examples of the method for synthesizing this porphyrin compound (bicyclo compound) include the following route.

Figure 0005012783
Figure 0005012783

このポルフィリン化合物(ビシクロ化合物)の金属錯体は、ポルフィリン化合物と金属塩を溶解する有機溶媒中で混合することにより得られる。金属塩は有機溶媒に溶解するものであればどのようなものでも用いることが出来るが、酢酸塩はその代表的な例である。溶媒は金属塩とビシクロ化合物を溶解するものであればよいが、好ましい例としては、クロロホルム、アルコール、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、N−メチルピロリドン及びこれらの混合溶媒が挙げられる。   The metal complex of the porphyrin compound (bicyclo compound) can be obtained by mixing in an organic solvent that dissolves the porphyrin compound and the metal salt. Any metal salt can be used as long as it dissolves in an organic solvent, and acetate is a typical example. Any solvent may be used as long as it dissolves the metal salt and the bicyclo compound. Preferred examples include chloroform, alcohol, dimethylformamide, tetrahydrofuran, acetonitrile, N-methylpyrrolidone, and a mixed solvent thereof.

(ビシクロ化合物からエチレン誘導体が脱離することにより得られる化合物)
上述したビシクロ化合物は、加熱等の外部の作用により、基板上で下記式のようなエチレン誘導体が脱離する反応が起こり、π共役した平面構造を有する化合物(Ia)又は(IIa)に変換される。

(Compounds obtained by elimination of ethylene derivatives from bicyclo compounds)
Bicyclo compounds described above, by an external action such as heating, reaction occurs ethylene derivatives such as the following formula on the substrate is eliminated, the compound having a π conjugated plane structure (Ia) or converted to (IIa) Is done.

Figure 0005012783
Figure 0005012783

電子デバイスに応用するために必要な移動度は、制御する電流の大きさやスイッチング速度、素子の構造から決められるものである。本発明の方法により基板上に製膜された有機半導体膜を使用することで、キャリア移動度として1×10-5cm2/Vs以上、好ましくは1×10-3cm2/Vs以上の有機デバイスを提供することができる。以下に基板上に製膜された好ましい化合物の例を挙げる。ここでは、無金属体の構造を例示しているが、以下の例に対応する金属塩や、更に置換基を有する化合物であっても同様に好ましい例として使用することができる。また、対称性の良い分子構造を主に例示しているが、部分的な構造の組み合わせによる非対称構造であっても使用できる。もちろん本発明ではこれらの例示化合物に限定されるわけではない。 The mobility required for application to an electronic device is determined by the magnitude of the current to be controlled, the switching speed, and the element structure. By using the organic semiconductor film formed on the substrate by the method of the present invention, the carrier mobility is 1 × 10 −5 cm 2 / Vs or more, preferably 1 × 10 −3 cm 2 / Vs or more. A device can be provided. The example of the preferable compound formed into a film on the board | substrate below is given. Here, the structure of a metal-free body is illustrated, but a metal salt corresponding to the following examples and a compound further having a substituent can also be used as preferable examples. In addition, molecular structures with good symmetry are mainly exemplified, but an asymmetric structure based on a combination of partial structures can also be used. Of course, the present invention is not limited to these exemplified compounds.

Figure 0005012783
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本発明の電子デバイスとは、本発明のビシクロ化合物から得られる物質を有機半導体として用い、2個以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を、電気、光、磁気、又は化学物質等により制御するデバイス、あるいは、印加した電圧や電流により、光や電場、磁場を発生させる装置である。例えば、電圧や電流の印加により電流や電圧を制御する素子、磁場の印加による電圧や電流を制御する素子、化学物質を作用させて電圧や電流を制御する素子が挙げられる。この制御としては、整流、スイッチング、増幅、発振が挙げられる。現在シリコン等で実現されている対応するデバイスとしては、抵抗器、整流器(ダイオード)、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)、増幅素子(トランジスタ)、メモリー素子、化学センサー等、あるいはこれらの素子の組み合わせや集積化したデバイスが挙げられる。また、光により起電力を生じる太陽電池や、光電流を生じるフォトダイオード、フォトトランジスター等の光素子も挙げることができる。さらに、本発明のビシクロ化合物を用いてられる膜、有機半導体として用いない電子デバイスも挙げられる。これは、導電率を分子構造あるいはドーピング等で制御し、配線にもちいたりコンデンサーやFET中の絶縁層に用いたりすることもできる。 The electronic device of the present invention uses a substance obtained from the bicyclo compound of the present invention as an organic semiconductor, and has two or more electrodes, and a current flowing between the electrodes or a generated voltage is expressed by electricity, light, magnetism, or A device that is controlled by a chemical substance or the like, or a device that generates light, an electric field, or a magnetic field by an applied voltage or current. For example, there are an element that controls current and voltage by applying voltage and current, an element that controls voltage and current by applying a magnetic field, and an element that controls voltage and current by applying a chemical substance. Examples of this control include rectification, switching, amplification, and oscillation. The corresponding devices currently implemented in silicon and the like include resistors, rectifiers (diodes), switching elements (transistors, thyristors), amplifier elements (transistors), memory elements, chemical sensors, etc., or combinations of these elements. Examples include integrated devices. In addition, a solar cell that generates an electromotive force by light, or an optical element such as a photodiode or a phototransistor that generates a photocurrent can be used. Furthermore, the electronic device which does not use the film | membrane obtained using the bicyclo compound of this invention as an organic semiconductor is also mentioned. In this method, the conductivity is controlled by the molecular structure or doping, and it can be used for wiring or used for an insulating layer in a capacitor or FET.

(1)電子デバイスのより具体的な例は、S.M.Sze著、Physics of Semiconductor Devices、2nd Edition(Wiley−Interscience 1981)に記載されているものを挙げることができる。   (1) More specific examples of electronic devices are described in S.A. M.M. Examples include those described in Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition (Wiley-Interscience 1981).

(2) 電界効果トランジスタ
本発明の有機デバイスの例としては、好ましくは電界効果トランジスタ(FET)が挙げられる。これは、例えば、図1に示す構造を有する素子である。ここで、1が半導体層、2が絶縁体層、3と4がソース及びドレイン電極、5がゲート電極、6が基板である。
(2) Field Effect Transistor An example of the organic device of the present invention is preferably a field effect transistor (FET). This is, for example, an element having the structure shown in FIG. Here, 1 is a semiconductor layer, 2 is an insulator layer, 3 and 4 are source and drain electrodes, 5 is a gate electrode, and 6 is a substrate.

電極には白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属の他、InO2、SnO2、ITO等の導電性の酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子及びそれに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等のドーパントを添加したもの、カーボンブラックや金属粒子を分散した導電性の複合材料等の導電性を有する材料が用いられる。 Platinum on the electrode, gold, aluminum, chromium, nickel, copper, titanium, magnesium, calcium, barium, other metals such as sodium, InO 2, SnO 2, conductive oxides such as ITO, polyaniline, polypyrrole, polythiophene Conductive polymers such as polyacetylene and acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid, Lewis acids such as PF 6 , AsF 5 and FeCl 3 , halogen atoms such as iodine, and metal atoms such as sodium and potassium A conductive material such as an additive, carbon black or a conductive composite material in which metal particles are dispersed is used.

絶縁体層に用いられる材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物、窒化珪素等の窒化膜、SrTiO3、BaTiO3等の強誘電性酸化物膜、あるいは、上記酸化物や窒化物、強誘電性酸化物等の粒子を分散させたポリマー膜等が挙げられる。一般に絶縁膜の静電容量が大きくなるほどゲート電圧を低電圧で駆動できることになるので、有利になる。これには、誘電率の大きな絶縁材料を用いるか、絶縁体層の厚さを薄くする事で対応する。絶縁体層は、塗布(スピンコーティングやブレードコーティング)、蒸着、スパッタ、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法、アルミ上のアルマイトの様に金属上に酸化膜を形成する方法等、材料特性に合わせた方法で作製することが出来る。 Materials used for the insulator layer include polymers such as polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl phenol, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, epoxy resin, phenol resin, and combinations of these. Polymers, oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide and titanium oxide, nitride films such as silicon nitride, ferroelectric oxide films such as SrTiO 3 and BaTiO 3 , or the above oxides, nitrides and ferroelectric oxides Examples thereof include a polymer film in which particles such as a product are dispersed. In general, the larger the capacitance of the insulating film, the more advantageous is that the gate voltage can be driven at a lower voltage. This is dealt with by using an insulating material having a large dielectric constant or by reducing the thickness of the insulator layer. Insulator layers are tailored to the material properties such as coating (spin coating and blade coating), vapor deposition, sputtering, printing methods such as screen printing and inkjet, and a method of forming an oxide film on a metal like alumite on aluminum. Can be produced by a method.

(3)SIT
静電誘導トランジスタ(SIT)と呼ばれる有機デバイスも挙げることができる。これはFETではソースとドレイン電極が基板上に並べて配置され、電流の流れる方向がゲートにより誘起される電場に垂直方向であるのに対し、SITではソースとドレイン間にゲートがグリッド上に配置され、電流の方向がゲートにより誘起される電場に平行方向であるようなものである。図2にその模式図を示す。3がソース電極、4がドレイン電極であり、5がゲート電極、1が半導体である。このSIT構造では、キャリアの流れは面上に広がり、かつ電極間距離を小さくできる為、大電流でかつ高速のスイッチングを行うことが可能になり、そのような動作の必要な応用に対しては望ましいものである。
(3) SIT
An organic device called an electrostatic induction transistor (SIT) can also be mentioned. In FET, the source and drain electrodes are arranged side by side on the substrate, and the direction of current flow is perpendicular to the electric field induced by the gate, whereas in SIT, the gate is arranged on the grid between the source and drain. , Such that the direction of the current is parallel to the electric field induced by the gate. FIG. 2 shows a schematic diagram thereof. 3 is a source electrode, 4 is a drain electrode, 5 is a gate electrode, and 1 is a semiconductor. In this SIT structure, since the carrier flow spreads on the surface and the distance between the electrodes can be reduced, it is possible to perform high-current and high-speed switching, and for applications that require such operation. Is desirable.

5のゲート電極は電極間をキャリアが通り抜けていく網目あるいはストライプ状の構造をしており、膜厚としては、10nm〜10μm、好ましくは20nm〜1μmであり、ゲートの網目の間隔は、ソースとドレイン間の距離(素子の厚さ)よりも小さい事が望ましい。また、ゲート電極には金属は導電性高分子等の導電性材料の薄膜の島状構造を利用することもできる。例えば、50nm以下の半透明のアルミの電極はこのような用途に用いることができる。   The gate electrode 5 has a mesh or stripe structure in which carriers pass between the electrodes, and the film thickness is 10 nm to 10 μm, preferably 20 nm to 1 μm. It is desirable that the distance is smaller than the distance between the drains (element thickness). In addition, the gate electrode can use an island-like structure of a thin film of a conductive material such as a conductive polymer. For example, a translucent aluminum electrode having a thickness of 50 nm or less can be used for such applications.

このゲート電極からのキャリアの出入りを抑えるために、電極と半導体の間に、絶縁層あるいは障壁があることが必要である。その為に、電極材料に障壁を作る金属、例えばアルミニウムを選んでショットキー障壁を形成させることもできる。また、電極周りに絶縁膜を形成するために絶縁層をパターニングすることも利用できる。   In order to suppress the entry and exit of carriers from the gate electrode, it is necessary that there is an insulating layer or a barrier between the electrode and the semiconductor. Therefore, a Schottky barrier can be formed by selecting a metal that forms a barrier in the electrode material, for example, aluminum. It is also possible to use patterning of an insulating layer in order to form an insulating film around the electrode.

(4)ダイオード
そのほかの例として、ダイオード素子が挙げられる。これは、非対称な構造をした図3に示される2端子素子である。その一つの例としては、仕事関数の異なる2つの金属電極(7及び8)でポルフィリン材料(9)を挟んだ構造のものである。この少なくとも一方はポルフィリン材料との間でエネルギー障壁を形成する必要がある。p−型の半導体との間でエネルギー障壁を形成する金属としては、アルミニウムがよく用いられるが、仕事関数が半導体と電極で異なるものであれば、エネルギー障壁を形成する。そのような素子に電圧を印加すると、極性を逆転した場合で流れる電流が異なり、整流作用が見られる。また、本発明のポルフィリン材料(9)と、仕事関数の大きく異なる他の半導体材料(10)を接触させることにより、ダイオード素子を作製することも可能である。この場合の電極7、8は同じでも異なっていてもよい。組み合わせる材料としては、例えば、ペリレン顔料やフタロシアニン材料、フラーレン、共役高分子等が挙げられる。このようなダイオード素子の応用としては、整流素子、フォトダイオード、太陽電池への応用が挙げられる。
(4) Diode Another example is a diode element. This is a two-terminal element shown in FIG. 3 having an asymmetric structure. One example is a structure in which a porphyrin material (9) is sandwiched between two metal electrodes (7 and 8) having different work functions. At least one of these needs to form an energy barrier with the porphyrin material. Aluminum is often used as a metal that forms an energy barrier with a p-type semiconductor. However, if the work function is different between the semiconductor and the electrode, an energy barrier is formed. When a voltage is applied to such an element, the flowing current is different when the polarity is reversed, and a rectifying action is observed. Moreover, it is also possible to produce a diode element by bringing the porphyrin material (9) of the present invention into contact with another semiconductor material (10) having a significantly different work function. The electrodes 7 and 8 in this case may be the same or different. Examples of materials to be combined include perylene pigments, phthalocyanine materials, fullerenes, and conjugated polymers. Applications of such diode elements include applications to rectifier elements, photodiodes, and solar cells.

(5)抵抗等
対称な2端子素子の作製も可能である。電極間の抵抗を調整して抵抗器として用いたり、抵抗を大きくして電極間の電気容量を調整してコンデンサーとして用いることも可能である。また、光照射で誘起される電気伝導を用いて、フォトダイオード等の光検出素子への応用も可能である。このようなダイオード素子や抵抗素子は、本発明の高移動度を示す有機半導体材料を用いることにより、抵抗値等のデバイスパラメータを広く制御できるメリットがあり、集積化に都合がよい。
(5) Resistance, etc. A symmetric two-terminal element can also be produced. The resistance between the electrodes can be adjusted to be used as a resistor, or the resistance can be increased to adjust the electric capacity between the electrodes to be used as a capacitor. In addition, it can be applied to a photodetection element such as a photodiode using electrical conduction induced by light irradiation. Such a diode element or resistance element has an advantage that device parameters such as a resistance value can be widely controlled by using the organic semiconductor material exhibiting high mobility of the present invention, which is convenient for integration.

(デバイスの作製方法)
(1)基板処理
本発明の有機デバイスは、基板上に作製するが、その基板を処理することにより特性を向上させることができる。これは基板の親水性/疎水性を調整して、製膜の際に得られる膜質を向上させること、特に基板と半導体層の界面部分の特性を改良することがその原因と推定される。このような基板処理としては、ヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等の疎水化処理、塩酸や硫酸、酢酸等の酸や水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等のアルカリ処理、オゾン処理、フッ素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、ラングミュアブロジェット膜の形成処理、その他の絶縁体や半導体の薄膜の形成処理が挙げられる。
(Device fabrication method)
(1) Substrate treatment The organic device of the present invention is produced on a substrate, and the characteristics can be improved by treating the substrate. This is presumed to be caused by adjusting the hydrophilicity / hydrophobicity of the substrate to improve the quality of the film obtained during film formation, in particular, improving the properties of the interface portion between the substrate and the semiconductor layer. Such substrate treatment includes hydrophobization treatment such as hexamethyldisilazane, cyclohexene, octadecyltrichlorosilane, etc., acid treatment such as hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, etc., and alkali treatment such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, etc. , Ozone treatment, fluorination treatment, plasma treatment with oxygen, argon, etc., Langmuir Blodget film formation treatment, and other insulator or semiconductor thin film formation treatment.

(2)膜厚
本発明の有機デバイスには、基板上に形成された上記式(Ia)及び/又は式(IIa)の化合物が用いられる。この化合物が膜状で形成された場合の膜厚は、先に例示した横型の電界効果トランジスタの場合、素子の特性は必要な膜厚以上であれば膜厚には依存しない。膜厚が厚くなると漏れ電流が増加してくることが多い。従って好ましい膜厚は、1nmから10μmの範囲であるが、より好ましくは10nmから500nmが望ましい。また、基板上に均一な膜の状態でなく、ビシクロ化合物を含む溶液が液滴として付着した場合でも、その付着物の厚さが上記範囲であるのが好ましい。また、本発明のビシクロ化合物が単独で使用できることはもちろんであるが、他の化合物との混合で用いることもできるし、さらには他の層との積層構造で用いることも出来る。
(2) Film thickness In the organic device of the present invention, the compound of the above formula (Ia) and / or formula (IIa) formed on the substrate is used. In the case of the lateral field effect transistor exemplified above, the film thickness when the compound is formed in a film shape does not depend on the film thickness as long as the characteristics of the element are not less than the required film thickness. As the film thickness increases, the leakage current often increases. Accordingly, the preferred film thickness is in the range of 1 nm to 10 μm, but more preferably 10 nm to 500 nm. Further, even when the solution containing the bicyclo compound adheres as droplets instead of being in a uniform film state on the substrate, the thickness of the deposit is preferably within the above range. In addition, it goes without saying that the bicyclo compound of the present invention can be used alone, but it can also be used in a mixture with other compounds, and further can be used in a laminated structure with other layers.

(3)塗布
本発明のビシクロ化合物は、溶媒に溶解して塗布することによって素子を作製することが出来る。特にビシクロ化合物から脱エチレン反応で変換される分子が溶媒に難溶なものが、塗布法で膜形成するのに有用である。ビシクロ構造は立体的にかさ高いため、結晶性が悪く、この構造を有する分子は溶解性が良好でかつ溶液から塗布した際に、結晶性の低い、あるいは無定型の膜が得やすい性質を有することが多い。加熱により脱エチレン反応でベンゼン環に変化すると、平面性の良好な分子構造になるために、結晶性の良好な分子に変化する。従って、このビシクロ化合物からの化学変化を利用することにより、塗布法という簡便な方法により結晶性の良好な有機半導体膜を得ることが出来る。
(3) Application | coating The element | device can be produced by melt | dissolving and apply | coating the bicyclo compound of this invention in a solvent. In particular, a molecule in which a molecule converted from a bicyclo compound by a deethylene reaction is hardly soluble in a solvent is useful for forming a film by a coating method. Since the bicyclo structure is three-dimensionally bulky, the crystallinity is poor, and molecules having this structure have good solubility and have the property of being easy to obtain an amorphous film with low crystallinity when applied from a solution. There are many cases. When it changes into a benzene ring by deethylene reaction by heating, it becomes a molecule structure with good crystallinity because it has a molecular structure with good flatness. Therefore, by utilizing the chemical change from the bicyclo compound, an organic semiconductor film having good crystallinity can be obtained by a simple method called a coating method.

特に、本発明のビシクロ化合物中でも、加熱処理によりベンゾポルフィリンと呼ばれるピロール環にベンゼン環が縮合している化合物に変換するものが、有機半導体として高特性を有するので、特に望ましい。塗布の方法としては、溶液をたらすだけのキャスティング、スピンコーティング、ディップティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法を用いることができる。さらに、塗布に類似の技術として、水面上に形成した単分子膜を基板に移し積層するラングミュア・ブロジェット法、融液状態の液晶を2枚の基板で挟んだり毛管現象で基板間に導入する方法等も挙げられる。   In particular, among the bicyclo compounds of the present invention, those which are converted to a compound having a benzene ring condensed with a pyrrole ring called benzoporphyrin by heat treatment are particularly desirable because they have high properties as an organic semiconductor. As a method of application, casting methods such as dripping a solution, spin coating, dipping, blade coating, wire bar coating, spray coating, etc., and printing methods such as inkjet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, A soft lithography technique such as a microcontact printing method, or a combination of these techniques can be used. Furthermore, as a technique similar to coating, a Langmuir-Blodgett method in which a monomolecular film formed on a water surface is transferred to a substrate and laminated, a liquid crystal in a molten state is sandwiched between two substrates or introduced between substrates by capillary action. A method etc. are also mentioned.

(4)蒸着
本発明の式(Ia)又は(IIa)の化合物は、真空プロセスにより基板上に製膜して有機デバイスを作製することも出来る。この場合には、ビシクロ化合物をルツボや金属のボートに入れて真空中で加熱し、基板に付着させる真空蒸着法を用いることが出来る。この際、真空度としては、1×10-3Torr以下、好ましくは1×10-5Torr以下が望ましい。真空度と蒸着源であるビシクロ化合物の加熱温度の条件を調節することにより、種々の方法を採用できる。例えば、ビシクロ化合物を蒸着源でまず脱エチレン反応させた後に蒸着する事もできるし、この反応温度より低温でビシクロ化合物のまま蒸着した後に、基板上に製膜された膜の加熱処理を行い、脱エチレン反応により有機半導体膜に変換することもできる。このような本発明の方法を採用することにより、式(Ia)又は式(IIa)の化合物として高純度のものを得ることが可能となる。また、基板温度でデバイスの特性が変化するので、最適な基板温度を選択する必要があるが、0℃から200℃の範囲が好ましい。また、蒸着速度は0.01Å/秒以上100Å/秒以下、好ましくは0.1Å/秒以上10Å/秒以下が用いられる。材料を蒸発させる方法としては、加熱の他、加速したアルゴン等のイオンを衝突させるスパッタ法も用いることが出来る。
(4) Vapor Deposition The compound of formula (Ia) or (IIa) of the present invention can be formed on a substrate by a vacuum process to produce an organic device. In this case, it is possible to use a vacuum vapor deposition method in which a bicyclo compound is placed in a crucible or a metal boat and heated in a vacuum to adhere to the substrate. At this time, the degree of vacuum is 1 × 10 −3 Torr or less, preferably 1 × 10 −5 Torr or less. Various methods can be adopted by adjusting the conditions of the degree of vacuum and the heating temperature of the bicyclo compound as the vapor deposition source. For example, the bicyclo compound can be deposited after first deethylene reaction with a deposition source, or after being deposited as a bicyclo compound at a temperature lower than the reaction temperature, the film formed on the substrate is subjected to heat treatment, It can also be converted into an organic semiconductor film by a deethylene reaction. By adopting such a method of the present invention, it becomes possible to obtain a highly pure compound of formula (Ia) or formula (IIa). Further, since the device characteristics change depending on the substrate temperature, it is necessary to select an optimum substrate temperature, but a range of 0 ° C. to 200 ° C. is preferable. The deposition rate is 0.01 Å / second to 100 Å / second, preferably 0.1 Å / second to 10 Å / second. As a method for evaporating the material, a sputtering method in which ions such as accelerated argon collide can be used in addition to heating.

(5) 加熱処理
ビシクロ化合物の脱エチレン反応は、100℃以上、好ましくは150℃以上での加熱処理により引き起こされる。また、上限は400℃以下、好ましくは300℃以下であり、高温ほど反応時間は短く低温ほど反応時間を長く取る必要がある。用途によっては、部分的に変換して特性を調整することも可能である。この際には、低温あるいは短時間での処理で行われる。また、加熱には、ヒーターを用いて伝熱による加熱の他、炭酸ガスレーザーや赤外線ランプ、あるいはこのビシクロ化合物の吸収する波長の光を照射する事も利用できる。この際、ビシクロ化合物の近傍に光を吸収する層を設け、光をこの層で吸収させることにより、加熱することも可能である。
(5) Heat treatment The deethylene reaction of the bicyclo compound is caused by heat treatment at 100 ° C or higher, preferably 150 ° C or higher. The upper limit is 400 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or lower. The higher the temperature, the shorter the reaction time, and the lower the temperature, the longer the reaction time. Depending on the application, the characteristics can be adjusted by partial conversion. In this case, the treatment is performed at a low temperature or in a short time. In addition to heating by heat transfer using a heater, a carbon dioxide laser, an infrared lamp, or light having a wavelength absorbed by the bicyclo compound can be used. At this time, it is possible to heat by providing a layer that absorbs light in the vicinity of the bicyclo compound and absorbing the light in this layer.

(6)膜の後処理
作製された膜は、後処理により特性を改良することが可能である。例えば、加熱処理により、製膜時に生じた膜中の歪みを緩和することができ、特性の向上や安定化を図ることができる。さらに、酸素や水素等の酸化性あるいは還元性の気体や液体にさらすことにより、酸化あるいは還元による特性変化を誘起することもできる。これは例えば膜中のキャリア密度の増加あるいは減少の目的で利用することができる。
(6) Post-treatment of film The produced film can be improved in properties by post-treatment. For example, the heat treatment can relieve distortion in the film generated during film formation, and can improve and stabilize characteristics. Furthermore, a change in characteristics due to oxidation or reduction can be induced by exposure to an oxidizing or reducing gas or liquid such as oxygen or hydrogen. This can be used for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the film, for example.

(7)ドーピング処理
また、ドーピングと呼ばれる微量の元素や原子団、分子、高分子を加えることにより、特性を変化させて望ましいものにすることができる。例えば、酸素、水素、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等をドーピングする事が挙げられる。これは、これらのガスに接触させたり、溶液に浸したり、電気化学的なドーピング処理をすることにより達成できる。これらのドーピングは膜の形成後でなくても、材料合成時に添加したり、溶液からの作製プロセスでは、その溶液に添加したり、前駆体膜の段階で添加することができる。また蒸着時に添加する材料を共蒸着したり、膜形成時の雰囲気に混合したり、さらにはイオンを真空中で加速して膜に衝突させてドーピングすることも可能である。これらのドーピングの効果は、キャリア密度の増加あるいは減少による電気伝導度の変化、キャリアの極性の変化(p型、n型)、フェルミ準位の変化等が挙げられ、半導体デバイスでは良く利用されているものである。ドーピング処理は同様に本発明の有機デバイスでも利用することができる。
(7) Doping treatment Further, by adding a trace amount of element, atomic group, molecule, or polymer called doping, the characteristics can be changed to be desirable. For example, doping with an acid such as oxygen, hydrogen, hydrochloric acid, sulfuric acid or sulfonic acid, a Lewis acid such as PF 6 , AsF 5 or FeCl 3 , a halogen atom such as iodine, a metal atom such as sodium or potassium, etc. . This can be achieved by contact with these gases, immersion in a solution, or electrochemical doping treatment. These dopings can be added at the time of synthesizing the material, after the formation of the film, or can be added to the solution in the production process from the solution, or added at the stage of the precursor film. It is also possible to co-deposit materials to be added at the time of vapor deposition, to mix them in the atmosphere at the time of film formation, or to perform doping by accelerating ions in a vacuum and colliding with the film. These doping effects include a change in electrical conductivity due to an increase or decrease in carrier density, a change in carrier polarity (p-type, n-type), a change in Fermi level, etc., which are often used in semiconductor devices. It is what. The doping process can also be used in the organic device of the present invention.

(8)基板、電極、絶縁膜、パッシベーション等の材料
本発明のデバイスの基板としては、ポリマーの板、フィルム、ガラス、あるいは金属をコーティングにより絶縁膜を形成したもの、ポリマーと無機材料の複合材等を用いることができる。電子デバイス作製の為の電極や配線には、金、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル、コバルト、チタン、白金、等の金属、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子及びそのドーピングされた材料、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体及びそのドーピングされた材料、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料を用いることができる。これらを形成する方法も、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等を用いることができる。また、そのパターニング方法も、フォトレジストのパターニングとエッチング液や反応性のプラズマでのエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法及びこれらの手法の複数の組み合わせた手法を利用することができる。また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去したり、材料の導電性を変化させる事により、直接パターンを作製することも利用できる。
(8) Materials for Substrate, Electrode, Insulating Film, Passivation, etc. As a substrate for the device of the present invention, a polymer plate, film, glass, or metal coated with an insulating film, composite material of polymer and inorganic material Etc. can be used. Electrodes and wiring for electronic device fabrication include metals such as gold, aluminum, copper, chromium, nickel, cobalt, titanium, platinum, conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polydiacetylene, and the like. A doped material, a semiconductor such as silicon, germanium, or gallium arsenide and a doped material thereof, a carbon material such as fullerene, carbon nanotube, or graphite can be used. As a method for forming them, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method, or the like can be used. The patterning method is also a photolithography method combining photoresist patterning and etching with an etchant or reactive plasma, ink-jet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing and other printing methods, micro-contact printing method, etc. The soft lithography technique and a combination of these techniques can be used. In addition, it is also possible to directly produce a pattern by irradiating an energy beam such as a laser or an electron beam to remove the material or changing the conductivity of the material.

本発明の電子デバイスは、外気の影響を最小限にするために、保護膜を形成することができる。これには、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマー膜、酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の無機酸化膜や窒化膜等が挙げられる。ポリマー膜は、溶液の塗布乾燥する方法、モノマーを塗布あるいは蒸着して重合する方法が挙げられ、さらに架橋処理や多層膜を形成することも可能である。無機物の膜の形成には、スパッタ法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法に代表される溶液プロセスでの形成方法も用いることができる。   In the electronic device of the present invention, a protective film can be formed to minimize the influence of outside air. Examples thereof include polymer films such as epoxy resin, acrylic resin, polyurethane, polyimide, and polyvinyl alcohol, inorganic oxide films such as silicon oxide, silicon nitride, and aluminum oxide, and nitride films. Examples of the polymer film include a method of applying and drying a solution, and a method of polymerizing by applying or vapor-depositing a monomer. Further, a crosslinking treatment or a multilayer film can be formed. For the formation of the inorganic film, a formation method using a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a formation method using a solution process typified by a sol-gel method can be used.

(デバイスの応用分野)
(1)アクティブマトリクス
本発明の有機デバイスは、ディスプレーのアクティブマトリクスのスイッチング素子として利用することが出来る。これは、ゲートに印加される電圧でソースとドレイン間の電流をスイッチング出来ることを利用して、ある表示素子に電圧を印加あるいは電流を供給する時のみスイッチを入れ、その他の時間は回路を切断する事により、高速、高コントラストな表示を行うものである。
(Device application fields)
(1) Active matrix The organic device of the present invention can be used as a switching element of an active matrix of a display. This utilizes the fact that the current between the source and drain can be switched by the voltage applied to the gate, so that the switch is turned on only when a voltage is applied to or supplied to a certain display element, and the circuit is disconnected at other times. By doing so, a high-speed, high-contrast display is performed.

適用される表示素子としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電気泳動表示素子、エレクトロルミネッセント素子、エレクトロクロミック素子等が挙げられる。特に、本発明の有機電子デバイスでは、低温プロセスでの素子作製が可能であり、プラスチック基板、プラスチックフィルムや紙等の、高温処理に耐えない基板を用いることができるというメリットがある。また、塗布あるいは印刷プロセスでの素子作製が可能であることから、大面積のディスプレーへの応用に適している。また、従来のアクティブマトリクスの代替としても、省エネルギープロセス、低コストプロセスの可能な素子として有利である。   Examples of the display element to be applied include a liquid crystal display element, a polymer dispersed liquid crystal display element, an electrophoretic display element, an electroluminescent element, and an electrochromic element. In particular, the organic electronic device of the present invention is advantageous in that an element can be manufactured by a low-temperature process, and a substrate that cannot withstand high-temperature processing such as a plastic substrate, a plastic film, or paper can be used. In addition, since the device can be manufactured by a coating or printing process, it is suitable for application to a large area display. Further, as an alternative to the conventional active matrix, it is advantageous as an element capable of an energy saving process and a low cost process.

(2)IC
また、トランジスタを集積することにより、デジタル素子やアナログ素子が実現できる。これらの例としては、AND、OR、NAND、NOT等の論理回路、メモリー素子、発振素子、増幅素子、等が挙げられる。さらにこれらを組み合わせることにより、ICカードやICタグを作製することが出来る。
(2) IC
Further, by integrating transistors, a digital element or an analog element can be realized. Examples of these include logic circuits such as AND, OR, NAND, NOT, memory elements, oscillation elements, amplification elements, and the like. Furthermore, an IC card or an IC tag can be produced by combining these.

(3)センサー
有機半導体は、ガスや化学物質、温度等の外部の刺激により、特性が大きく変化するので、それらのセンサーへの応用も考えられる。例えば本発明の有機デバイスの特性が、気体や液体との接触により変化する量を測定することにより、定性的あるいは定量的にそれに含まれている化学物質を検出することが可能である。
(3) Sensors Organic semiconductors undergo significant changes in characteristics due to external stimuli such as gases, chemicals, and temperatures, so their application to sensors is also conceivable. For example, by measuring the amount by which the characteristics of the organic device of the present invention change due to contact with a gas or liquid, it is possible to qualitatively or quantitatively detect chemical substances contained therein.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

(1)合成例1
次のような合成ルートでビシクロ化合物(1)を合成した。
(1) Synthesis example 1
The bicyclo compound (1) was synthesized by the following synthesis route.

Figure 0005012783
Figure 0005012783

チオフェノール53.5mlと水酸化カリウム51.25gをエタノール600mlに溶解させた。この溶液に、シス−1,2−ジクロロエチレン19.4mlをゆっくりと滴下した。その後室温で30分撹拌し、さらに80−90℃で23時間加熱撹拌した。溶液を減圧下濃縮し、これに水を加えて、クロロホルムで抽出した。有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下濃縮することにより、シス−1,2−フェニルチオエチレンが得られた。   53.5 ml of thiophenol and 51.25 g of potassium hydroxide were dissolved in 600 ml of ethanol. To this solution, 19.4 ml of cis-1,2-dichloroethylene was slowly added dropwise. Thereafter, the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, and further heated and stirred at 80 to 90 ° C. for 23 hours. The solution was concentrated under reduced pressure, water was added thereto, and the mixture was extracted with chloroform. The organic layer was washed with water and saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure to obtain cis-1,2-phenylthioethylene.

このシス−1,2−フェニルチオエチレンとジフェニルジセレニド750mgを塩化メチレン100mlに溶解した。その溶液を氷浴で冷却し、30%過酸化水素水175mlをゆっくり加えた。室温で一晩激しく撹拌して析出する結晶をろ別し、クロロホルムに溶解した後、水、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥して、減圧下、濃縮した。さらにこれをクロロホルム500mlに溶解し、氷浴で冷却しながらm−クロロ過安息香酸84gをゆっくり加え、室温で一晩撹拌した。析出した固体をセライトろ過し、有機層を水、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下濃縮した。この固体を、エーテルでリンスして、シス−1,2−ジフェニルスルフォニルエチレン67.06gが得られた(収率87%)。無色結晶、mp100−101℃。   This cis-1,2-phenylthioethylene and 750 mg of diphenyl diselenide were dissolved in 100 ml of methylene chloride. The solution was cooled in an ice bath and 175 ml of 30% aqueous hydrogen peroxide was slowly added. The crystals precipitated by vigorous stirring overnight at room temperature were filtered off, dissolved in chloroform, washed with water, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate, and saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure. Further, this was dissolved in 500 ml of chloroform, and 84 g of m-chloroperbenzoic acid was slowly added while cooling in an ice bath and stirred overnight at room temperature. The precipitated solid was filtered through Celite, and the organic layer was washed with water, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate and saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure. This solid was rinsed with ether to obtain 67.06 g of cis-1,2-diphenylsulfonylethylene (yield 87%). Colorless crystals, mp 100-101 ° C.

このシス体と触媒量のヨウ素を塩化メチレンに溶解し、太陽光を照射することにより固体として析出するものをろ過してトランス−1,2−ジフェニルスルフォニルエチレンを得た。無色結晶、mp219.5℃。トランス−1,2−ジフェニルスルフォニルエチレン29.33gをトルエン200mlに溶解し、ついで1,3−シクロヘキサジエン11.4mlを加え、21時間乾留した後、再結晶することにより、5,6−ジフェニルスルホニル−ビシクロ−[2,2,2]オクタ−2−エン35.66g(収率96.5%)が得られた。   This cis isomer and a catalytic amount of iodine were dissolved in methylene chloride, and those that precipitated as a solid by irradiation with sunlight were filtered to obtain trans-1,2-diphenylsulfonylethylene. Colorless crystals, mp 219.5 ° C. By dissolving 29.33 g of trans-1,2-diphenylsulfonylethylene in 200 ml of toluene and then adding 11.4 ml of 1,3-cyclohexadiene, followed by dry distillation for 21 hours and then recrystallization, 5,6-diphenylsulfonyl 35.66 g (yield 96.5%) of -bicyclo- [2,2,2] oct-2-ene were obtained.

この7.76gを反応容器に入れ、窒素置換し、無水テトラヒドロフラン(THF)50mlを加えて溶解させた。そこにイソシアノ酢酸エチル2.43mlを加え、反応溶液を氷浴で冷却し、t−BuOK/THFの1M溶液50mlをゆっくりと滴下した。その後反応溶液を室温に戻し、一晩撹拌した。1N塩酸でクエンチし、クロロホルムで抽出し、水、飽和食塩水で洗浄後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧下濃縮し、シリカゲルクロマトグラフィーで精製することにより、4,7−ジヒドロ−4,7−エタノ−2H−イソインドール−1−カルボン酸エチル3.49g(収率80.4%)が得られた。無色結晶、mp129−130℃ 。   7.76 g of this was placed in a reaction vessel, purged with nitrogen, and 50 ml of anhydrous tetrahydrofuran (THF) was added and dissolved. Thereto was added 2.43 ml of ethyl isocyanoacetate, the reaction solution was cooled in an ice bath, and 50 ml of a 1M solution of t-BuOK / THF was slowly added dropwise. Thereafter, the reaction solution was returned to room temperature and stirred overnight. Quenched with 1N hydrochloric acid, extracted with chloroform, washed with water and saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, concentrated under reduced pressure, and purified by silica gel chromatography to obtain 4,7-dihydro-4. , 7-ethano-2H-isoindole-1-carboxylate 3.49 g (yield 80.4%). Colorless crystals, mp 129-130 ° C.

得られた結晶0.109gをTHF15mlに溶解したものを、0.144gのLiAlH4を0℃で撹拌しながら滴下し、0℃で2時間撹拌した。反応液を飽水25mLに注入し、クロロホルム50mLで3回抽出した。抽出液を合わせたものにp−トルエンスルホン酸0.010gを添加し、12時間室温で撹拌した。p−クロラニル0.150gを添加し、室温で12時間撹拌後反応液を水に注入した。有機相を分離し、炭酸水素ナトリウム水溶液250mLで5回、水250mLで1回、飽和食塩水100mLで洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を蒸留して除いた残渣をカラムクロマトグラフィー(クロロホルム、アルミナ)で精製し、0.094gの目的ビシクロ構造を含むポルフィリン化合物(1)を得た。 A solution obtained by dissolving 0.109 g of the obtained crystals in 15 ml of THF was added dropwise with stirring at 0.144 g of LiAlH 4 at 0 ° C., and the mixture was stirred at 0 ° C. for 2 hours. The reaction solution was poured into 25 mL of saturated water and extracted three times with 50 mL of chloroform. To the combined extracts, 0.010 g of p-toluenesulfonic acid was added and stirred at room temperature for 12 hours. After adding 0.150 g of p-chloranil and stirring at room temperature for 12 hours, the reaction solution was poured into water. The organic phase was separated, washed 5 times with 250 mL of aqueous sodium bicarbonate, once with 250 mL of water, and 100 mL of saturated brine, and then dried over magnesium sulfate. The residue obtained by distilling off the solvent was purified by column chromatography (chloroform, alumina) to obtain 0.094 g of a porphyrin compound (1) containing the target bicyclo structure.

MALDI−TOFマススペクトルの負イオンモードでm/Z=622(M-)の主ピークを観測した。この化合物の熱分析結果(DTA−TG)を図4に示す。146℃から198℃の温度範囲で重量の減少および発熱が見られる。この重量減(約18%)はビシクロ化合物からエチレン分子が4個脱離し、テトラベンゾポルフィリンに変化する事に対応している。 A main peak of m / Z = 622 (M ) was observed in the negative ion mode of the MALDI-TOF mass spectrum. The thermal analysis result (DTA-TG) of this compound is shown in FIG. Weight loss and exotherm are seen in the temperature range of 146 ° C to 198 ° C. This weight loss (about 18%) corresponds to the elimination of four ethylene molecules from the bicyclo compound and conversion to tetrabenzoporphyrin.

ポルフィリン化合物(1)のクロロホルム溶液を金蒸着膜の上にたらして溶媒を乾燥した膜のIRスペクトルを図5に示す。この膜を210℃で2分間加熱した膜のIRスペクトルを図6に示す。エチレン分子の脱離に伴う分子構造変化を反映したIRスペクトルの変化が見られ、膜の加熱によりテトラベンゾポルフィリンが生成していることが分かる。   FIG. 5 shows an IR spectrum of a film obtained by dropping a chloroform solution of the porphyrin compound (1) on the gold vapor-deposited film and drying the solvent. FIG. 6 shows the IR spectrum of the film heated at 210 ° C. for 2 minutes. A change in the IR spectrum reflecting the change in the molecular structure accompanying the elimination of the ethylene molecule is observed, and it can be seen that tetrabenzoporphyrin is generated by heating the film.

ビシクロ化合物(1)を210℃10分加熱したものを、MALDI−TOF法でビシクロ化合物と同様に負イオンモードでマススペクトルを測定した。すると、m/Z=510(M-)のテトラベンゾポルフィリンの分子イオンピークが観測され、加熱によるテトラベンゾポルフィリンへの変換が確認された。またこの加熱したもののIRスペクトルは、上記基板上で測定した加熱後のIRスペクトルにほぼ一致した事から、加熱により精製しているものがテトラベンゾポルフィリンであることが確認された。ビシクロ化合物(1)のクロロホルム溶液を石英ガラス基板の上にスピンコートして溶媒を乾燥した膜と、この膜を210℃で10分間加熱した膜の紫外−可視吸収スペクトルを比較したものを図7に示す。これは、ビシクロ化合物からテトラベンゾポルフィリン(690nm)への変化が、ポルフィリンの吸収スペクトルのQバンドの強度増大及び長波長シフトとして観測されている。 A mass obtained by heating the bicyclo compound (1) at 210 ° C. for 10 minutes was measured by the MALDI-TOF method in the negative ion mode similarly to the bicyclo compound. Then, a molecular ion peak of tetrabenzoporphyrin of m / Z = 510 (M ) was observed, and conversion to tetrabenzoporphyrin by heating was confirmed. Further, since the IR spectrum of the heated product almost coincided with the IR spectrum after heating measured on the substrate, it was confirmed that what was purified by heating was tetrabenzoporphyrin. FIG. 7 shows a comparison of UV-visible absorption spectra of a film obtained by spin-coating a chloroform solution of the bicyclo compound (1) on a quartz glass substrate and drying the solvent, and a film obtained by heating the film at 210 ° C. for 10 minutes. Shown in It is observed that a change from a bicyclo compound to tetrabenzoporphyrin (690 nm) is observed as an increase in Q band intensity and a long wavelength shift in the porphyrin absorption spectrum.

(2)合成例2
合成例1のビシクロ化合物(1)0.02gと酢酸亜鉛2水和物0.1gをクロロホルム30mLとメタノール3mLの混合溶媒中3時間室温で撹拌した。反応液を水100mLで2回、飽和食塩水40mLで1回洗浄し、有機相を硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を濃縮して得られる固体をクロロホルム−メタノールの混合溶媒で再結晶して、0.022gのビシクロ化合物(1)の亜鉛錯体が得られた。さらに、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(日本分析工業JAIGEL−1H、2H、クロロホルム)により、単一ピークのみ分取して精製した。マススペクトルを測定し、分子ピークを確認した。
(2) Synthesis example 2
0.02 g of the bicyclo compound (1) of Synthesis Example 1 and 0.1 g of zinc acetate dihydrate were stirred in a mixed solvent of 30 mL of chloroform and 3 mL of methanol for 3 hours at room temperature. The reaction solution was washed twice with 100 mL of water and once with 40 mL of saturated brine, and the organic phase was dried over sodium sulfate. The solid obtained by concentrating the solvent was recrystallized with a mixed solvent of chloroform / methanol to obtain 0.022 g of a zinc complex of the bicyclo compound (1). Furthermore, only a single peak was fractionated and purified by gel permeation chromatography (Nippon Analytical Industry JAIGEL-1H, 2H, chloroform). Mass spectra were measured and molecular peaks were confirmed.

(3)実施例1
300nmの酸化膜を形成したN型のシリコン基板(Sbドープ、抵抗率0.02Ωcm以下、住友金属工業社製)上に、フォトリソグラフィーで長さ(L)10μm、幅(W)250μmのギャップを有する金電極(ソース、ドレイン電極)を形成した。また、この電極と異なる位置の酸化膜をフッ酸/フッ化アンムニウム液でエッチングし、むき出しになったSi部分に金を蒸着し、これをシリコン基板(ゲート電極)に電圧を印加するための電極とした。
(3) Example 1
A gap of length (L) 10 μm and width (W) 250 μm is formed by photolithography on an N-type silicon substrate (Sb-doped, resistivity 0.02 Ωcm or less, manufactured by Sumitomo Metal Industries, Ltd.) on which a 300 nm oxide film is formed. Gold electrodes (source and drain electrodes) were formed. In addition, an oxide film at a position different from this electrode is etched with a hydrofluoric acid / ammonium fluoride solution, gold is deposited on the exposed Si portion, and an electrode for applying a voltage to the silicon substrate (gate electrode) It was.

合成例1で得られたビシクロ化合物(1)2mgをクロロホルム1mLに溶解し、これをソースおよびドレイン電極間にたらして溶媒を蒸発させる事を数回繰り返し、良好な膜を得た。この膜のX線回折を観測すると、鋭いピークは全く観測されなかった。また、クロスニコルの顕微鏡下で膜を観測すると、一面が暗い像が得られ、等方的な膜であった。従って、得られた膜は、非晶質であることが分かる。   Dissolving 2 mg of the bicyclo compound (1) obtained in Synthesis Example 1 in 1 mL of chloroform and evaporating the solvent between the source and drain electrodes was repeated several times to obtain a good film. When X-ray diffraction of this film was observed, no sharp peak was observed. When the film was observed under a crossed Nicol microscope, an image with a dark surface was obtained, and the film was isotropic. Therefore, it can be seen that the obtained film is amorphous.

この基板を、210℃で10分間加熱した。得られた膜のX線回折を観測すると、鋭いピークが見られた。また、クロスニコルの顕微鏡下で膜を観測すると、色のついたドメイン構造が見られた。従って、得られた膜は、結晶質であることが分かる。これは、ビシクロ化合物がテトラベンゾポルフィリンに変化して結晶質になった為である。また、得られた膜は溶媒への溶解度が低くなっており、有機溶媒に難溶であった。こうして得られた電界効果トランジスタの特性を、アジレントテクノロジー社製半導体パラメータアナライザー4155Cを用いて測定した。その測定結果を図8に示す。この図から、有効移動度を計算すると、1×10-3cm2/Vsであった。 The substrate was heated at 210 ° C. for 10 minutes. When X-ray diffraction of the obtained film was observed, a sharp peak was observed. In addition, when the film was observed under a crossed Nicol microscope, a colored domain structure was observed. Therefore, it can be seen that the obtained film is crystalline. This is because the bicyclo compound changed to tetrabenzoporphyrin and became crystalline. Further, the obtained film had low solubility in a solvent and was hardly soluble in an organic solvent. The characteristics of the field effect transistor thus obtained were measured using a semiconductor parameter analyzer 4155C manufactured by Agilent Technologies. The measurement results are shown in FIG. From this figure, the effective mobility was calculated to be 1 × 10 −3 cm 2 / Vs.

(4)実施例2
溶媒としてクロロベンゼンを用いて、実施例1と同様にビシクロ化合物の膜を作製し、加熱によりベンゾポルフィリンに変換した。こうして得られた電界効果トランジスタの特性を、アジレントテクノロジー社製半導体パラメータアナライザー4155Cを用いて測定した。有効移動度を計算すると、1.6×10-2cm2/Vsであった。
(4) Example 2
Using chlorobenzene as a solvent, a bicyclo compound film was prepared in the same manner as in Example 1, and converted to benzoporphyrin by heating. The characteristics of the field effect transistor thus obtained were measured using a semiconductor parameter analyzer 4155C manufactured by Agilent Technologies. The effective mobility was calculated to be 1.6 × 10 −2 cm 2 / Vs.

(5)実施例3
アルミニウムを蒸着したスライドグラス上に、オキシジアニリンとベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物をジメチルホルムアミドにモル比1:1で溶解した液をスピンコートし、250℃で加熱処理して、500nmのポリイミド膜を作製した。この膜の上に実施例1と同様にビシクロ化合物の膜を作製し、加熱によりベンゾポルフィリンに変換した。
(5) Example 3
A solution obtained by dissolving oxydianiline and benzophenonetetracarboxylic anhydride in dimethylformamide at a molar ratio of 1: 1 is spin-coated on a slide glass on which aluminum is vapor-deposited, and heated at 250 ° C. to form a 500 nm polyimide film. Produced. A bicyclo compound film was produced on this film in the same manner as in Example 1, and converted into benzoporphyrin by heating.

この上に、25μmの径のタングステンワイヤーをギャップ部分に用いて作製したシャドーマスクを通して金を蒸着し、幅(W)250μm、長さ(L)25μmのギャップを有するソース及びドレイン電極を作製した。こうして得られた電界効果トランジスタの特性を、アジレントテクノロジー社製半導体パラメータアナライザー4155Cを用いて測定した。有効移動度を計算すると、3.7×10-2cm2/Vsであった。 On top of this, gold was vapor-deposited through a shadow mask prepared using a tungsten wire with a diameter of 25 μm as a gap portion, and source and drain electrodes having a gap with a width (W) of 250 μm and a length (L) of 25 μm were prepared. The characteristics of the field effect transistor thus obtained were measured using a semiconductor parameter analyzer 4155C manufactured by Agilent Technologies. The effective mobility was calculated to be 3.7 × 10 −2 cm 2 / Vs.

(6)実施例4
合成例2で合成した亜鉛錯体を用いて実施例1と同様にしてFETを作製した。このFET特性を測定したところ、有効移動度が1.9×10-4cm2/Vsであった。
上記の実施例1〜4において、有効移動度の値は安定していた。
(6) Example 4
Using the zinc complex synthesized in Synthesis Example 2, an FET was produced in the same manner as in Example 1. When this FET characteristic was measured, the effective mobility was 1.9 × 10 −4 cm 2 / Vs.
In the above Examples 1 to 4, the value of effective mobility was stable.

(7)実施例5:ダイオード、光素子の作製、評価
金電極の上に本化合物をスピンコートし、500Åに製膜した。その上に、下記ペリレン化合物を1000Å蒸着により積層した。その上にさらに半透明のアルミ電極を蒸着により作製してサンドイッチ構造にした。
(7) Example 5: Preparation and evaluation of diode and optical element This compound was spin-coated on a gold electrode to form a film of 500 mm. On top of that, the following perylene compound was laminated by 1000-mm vapor deposition. A semitransparent aluminum electrode was further formed thereon by vapor deposition to form a sandwich structure.

Figure 0005012783
Figure 0005012783

この素子は、金電極とアルミ電極に印加する電圧の方向により、金電極に正電圧を 印加した場合が負電圧を印加した場合よりも1桁以上電流が流れ、整流素子として 動作することが分かった。また、この素子にアルミ側から光を照射すると、1Vの光起電力が観測された。   Depending on the direction of the voltage applied to the gold electrode and the aluminum electrode, this device operates as a rectifying device when a positive voltage is applied to the gold electrode and one more current flows than when a negative voltage is applied. It was. When this element was irradiated with light from the aluminum side, a 1 V photovoltaic power was observed.

本発明の電界効果トランジスタ(FET)の模式図を示す。The schematic diagram of the field effect transistor (FET) of this invention is shown. 本発明の静電誘導トランジスタ(SIT)の模式図を示す。The schematic diagram of the electrostatic induction transistor (SIT) of this invention is shown. 本発明のダイオード素子の模式図を示す。The schematic diagram of the diode element of this invention is shown. 合成例1で得られたポルフィリン化合物の熱分析結果を示す図である。It is a figure which shows the thermal-analysis result of the porphyrin compound obtained by the synthesis example 1. 合成例1で得られたポルフィリン化合物(1)の溶液を乾燥した膜のIRスペクトルを示す図である。It is a figure which shows IR spectrum of the film | membrane which dried the solution of the porphyrin compound (1) obtained by the synthesis example 1. FIG. 合成例1で得られた図5の膜を更に加熱した膜のIRスペクトルを示す図である。6 is a diagram showing an IR spectrum of a film obtained by further heating the film of FIG. 5 obtained in Synthesis Example 1. FIG. 合成例1における加熱前後の薄膜吸収スペクトルを示し図である。It is a figure which shows the thin film absorption spectrum before and behind the heating in the synthesis example 1. FIG. 実施例1においてFET特性を観測した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the FET characteristic in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体層
2 絶縁体層
3 ソース
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
6 基板
7、8 金属電極
9 ポルフィリン材料
10 他の半導体材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor layer 2 Insulator layer 3 Source 4 Drain electrode 5 Gate electrode 6 Substrate 7, 8 Metal electrode 9 Porphyrin material 10 Other semiconductor materials

Claims (8)

下記一般式(I)又は(II)で表されるビシクロ化合物を溶媒に溶解した溶液を基板上に塗布することにより膜を製膜し、次いで該ビシクロ化合物からエチレン誘導体を脱離させることにより基板上で変換された一般式(Ia)又は(IIa)で表される化合物を有機半導体として用いてなる光起電力を利用する有機電子デバイスであって、該一般式(I)又は(II)で表されるビシクロ化合物が下記構造式で示されるポルフィリン化合物又はフタロシアニン化合物の一種であることを特徴とする有機電子デバイス。
Figure 0005012783
(式(I)、(II)、(Ia)及び(IIa)中、R1〜R8は水素原子又は1価の有機基を表し、R1〜R2は互いに結合して環を形成することはなく、また、Q1、Q2は2価の有機基、Q3、Q4は1価の有機基を表し、R3とR5、R4とR6、Q1とQ2 又は3とQ4はそれぞれ結合して環を形成していてもよい)
Figure 0005012783
Figure 0005012783
Following general formula (I) or to form a film of the film by applying a solution in a solvent bicyclo compound represented by formula (II) onto a substrate, followed by desorbing the ethylene derivative from the bicyclo compound also the substrate on the converted general formula (Ia) is an organic electronic device that uses a photovoltaic comprising using a compound represented by the organic semiconductor in (IIa), the general formula (I) or (II ) Is a kind of a porphyrin compound or a phthalocyanine compound represented by the following structural formula.
Figure 0005012783
(In formulas (I), (II), (Ia) and (IIa), R 1 to R 8 represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, and R 1 to R 2 are bonded to each other to form a ring. Q 1 and Q 2 represent a divalent organic group, Q 3 and Q 4 represent a monovalent organic group, R 3 and R 5 , R 4 and R 6 , Q 1 and Q 2 or Q 3 and Q 4 may be bonded to each other to form a ring)
Figure 0005012783
Figure 0005012783
キャリア移動度が1×10-5cm2/Vs以上である請求項1に記載の有機電子デバイス。 The organic electronic device according to claim 1, wherein the carrier mobility is 1 × 10 −5 cm 2 / Vs or more. 一般式(I)又は(II)で表されるビシクロ化合物がポルフィリン化合物であり、且つ一般式(Ia)又は(IIa)で表される化合物が、下記構造式で示される化合物の一種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電子デバイス。
Figure 0005012783
A general formula (I) or a bicyclo compound porphyrin compound represented by (II), and also the general formula (Ia) is a compound represented by (IIa), a kind of the compound represented by the following structural formula the organic electronic device according to claim 1 or 2, characterized in that.
Figure 0005012783
下記一般式(I)又は(II)で表されるビシクロ化合物を溶媒に溶解させた溶液を基板上に塗布することにより膜を製膜し、次いで、該ビシクロ化合物からエチレン誘導体を脱離させることにより、基板上で下記一般式(Ia)又は(IIa)で表される化合物に変換させる工程を含む請求項1に記載の光起電力を利用する有機電子デバイスの作製方法であって該一般式(I)又は(II)で表されるビシクロ化合物が下記構造式で示されるポルフィリン化合物又はフタロシアニン化合物の一種であることを特徴とする有機電子デバイスの作製方法
Figure 0005012783
(式(I)、(II)、(Ia)及び(IIa)中、R1〜R8は水素原子又は1価の有機基を表し、R1〜R2は互いに結合して環を形成することはなく、また、Q1、Q2は2価の有機基、Q3、Q4は1価の有機基を表し、R3とR5、R4とR6、Q1とQ2 又は3とQ4はそれぞれ結合して環を形成していてもよい)
Figure 0005012783
Figure 0005012783
Following general formula (I) or to form a film a film by coating a solution dissolved in a solvent bicyclo compound represented by formula (II) onto a substrate, then to desorb ethylene derivative from the bicyclo compound by, the following general formula (Ia) or on the substrate encounters method for manufacturing an organic electronic device that utilizes photovoltaic described the step of converting the compound represented including請 Motomeko 1 (IIa) A method for producing an organic electronic device , wherein the bicyclo compound represented by the general formula (I) or (II) is a kind of a porphyrin compound or a phthalocyanine compound represented by the following structural formula .
Figure 0005012783
(In formulas (I), (II), (Ia) and (IIa), R 1 to R 8 represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, and R 1 to R 2 are bonded to each other to form a ring. Q 1 and Q 2 represent a divalent organic group, Q 3 and Q 4 represent a monovalent organic group, R 3 and R 5 , R 4 and R 6 , Q 1 and Q 2 or Q 3 and Q 4 may be bonded to each other to form a ring)
Figure 0005012783
Figure 0005012783
ビシクロ化合物を溶媒に溶解させた溶液を基板上に塗布することにより膜を製膜し、次いで、その膜を加熱処理することにより該ビシクロ化合物からエチレン誘導体を脱離させ、基板上で一般式(Ia)又は(IIa)で表される化合物に変換させる請求項に記載の有機電子デバイスの作製方法。 A film in which a solution in which a bicyclo compound is dissolved in a solvent is applied on a substrate to form a film, and then the film is subjected to heat treatment to desorb an ethylene derivative from the bicyclo compound. Ia) or a method for manufacturing the organic electronic device according to claim 4 which is converted to a compound represented by (IIa). 一般式(I)又は(II)で表されるビシクロ化合物がポルフィリン化合物であり、且つ一般式(Ia)又は(IIa)で表される化合物が、下記構造式で示される化合物の一種であることを特徴とする請求項4又は5に記載の有機電子デバイスの作製方法。
Figure 0005012783
A general formula (I) or a bicyclo compound porphyrin compound represented by (II), and also the general formula (Ia) is a compound represented by (IIa), a kind of the compound represented by the following structural formula A method for producing an organic electronic device according to claim 4 or 5 .
Figure 0005012783
下記構造式(a)で表されるビシクロ化合物を溶媒に溶解させた溶液を基板上に塗布することにより膜を製膜し、次いでその膜を加熱処理することにより、基板上でビシクロ化合物からエチレンを脱離させ、下記構造式(b)で表される化合物に変換させる工程を含むことを特徴とする光起電力を利用する有機電子デバイスの作製方法。
Figure 0005012783
A film is formed by applying a solution in which a bicyclo compound represented by the following structural formula (a) is dissolved in a solvent on a substrate, and then the film is subjected to heat treatment, whereby the bicyclo compound is converted to ethylene on the substrate. A method for producing an organic electronic device using photovoltaic power, comprising the step of desorbing and converting to a compound represented by the following structural formula (b):
Figure 0005012783
請求項4〜7のいずれかの方法により作製されたことを特徴とする光起電力を利用する有機半導体デバイス。 An organic semiconductor device using photovoltaic power, produced by the method according to claim 4 .
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