CN101050269B - 官能化杂并苯和由其产生的电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子器件，如包含例如通式(I)的半导体的薄膜晶体管，其中R表示烷基、烷氧基、芳基、杂芳基或合适的烃；每个R1和R2独立地是氢(H)、合适的烃、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是合适的烃、含杂原子的基团或卤素；x和y表示基团的数目；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；并且n和m表示重复单元的数目。
Description
关于联邦资助研究或开发的声明
该电子器件及其某些组件由National Institute of Standards andTechnology(NIST)签订的United States Government CooperativeAgreement No.70NANBOH3033赞助。美国政府就在以下举例说明的器件和某些半导体组件具有某些权利。
技术领域
本公开内容总体上涉及聚合物及其用途。更具体地，本公开内容在实施方案中涉及一类由例如烷基乙炔基或烷基芳基乙炔基和在此举例说明的其它合适基团官能化的杂并苯，并且该组件可以选择作为有机电子器件如薄膜晶体管中可溶液加工和基本上稳定的信道半导体。
背景技术
存在采用在此举例说明的聚合物，如官能化杂并苯制造的具有优异溶剂溶解度的所需电子器件，如薄膜晶体管，TFT，其可以是可溶液加工的；和具有机械耐用性和结构柔性的器件，这对于在塑料基材上制造柔性TFT可能是高度需要的。柔性TFT能够实现具有结构柔性和机械耐用性特性的电子器件的设计。塑料基材与官能化杂并苯组分的一起使用可将传统刚性硅TFT转变成机械更耐用和结构柔性的TFT设计。这对大面积器件如大面积图像传感器、电子纸和其它显示介质有特别的价值。同样，选择官能化杂并苯TFT用于低端微电子集成电路逻辑元件，如智能卡、射频识别(RFID)标记和记忆/存储器件可增强它们的机械耐用性和因此它们的使用寿命。
相信许多半导体材料当暴露于空气时是不稳定的，因为它们由环境氧气氧化掺杂，导致增加的电导率。结果是对于由这些材料制造的器件的大切断电流和因此低的电流开/关比。因此，采用许多这种材料，通常在材料加工和器件制造期间采取严格的预防措施以排除环境氧以避免或最小化氧化掺杂。这些预防措施增加制造成本，因此抵消某些半导体TFT作为无定形硅技术的经济替代的吸引力，特别是对于大面积器件。在本公开内容的实施方案中避免或最小化这些和其它缺点。
由在此举例说明的聚合物，如官能化杂并苯制造的TFT在功能和结构上可以比常规硅技术更为需要，在于它们可提供机械耐用性、同时也避免真空沉积、结构柔性和能够直接引入到器件的有源介质上的可能性，因此提高对于运输性的器件致密度。
采用真空沉积，对于大面积格式难以获得一致的薄膜质量。聚合物TFT，如由立体规则组分，例如立体规则聚(3-烷基噻吩-2，5-二基)由溶液工艺制造的那些尽管提供了一定的迁移率，但受限于它们在空气中氧化掺杂的倾向。对于实用的低成本TFT设计，因此有价值的是具有既稳定又可溶液加工的半导体材料，并且其中其性能不受环境氧的消极影响，例如采用聚(3-烷基噻吩-2，5-二基)产生的TFT对空气非常敏感。从这些材料制造的TFT在环境条件下通常显示非常大的切断电流、非常低的电流开/关比，并且它们的性能特性快速劣化。
发明内容
在此公开如下实施方案。
方案1.一种包括半导材料的电子器件，该半导材料包含通式(I)的组分：
其中R表示烷基、烷氧基、芳基、杂芳基或合适的烃；每个R1和R2独立地是氢(H)、合适的烃、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是合适的烃、含杂原子的基团或卤素；x和y表示基团的数目；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；并且n和m表示重复单元的数目。
方案2.根据方案1的器件，其中R是带有约6-约48个碳原子的芳基。
方案3.根据方案1的器件，其中R是带有约1-约25个碳原子的烷基，和其中两个五元杂芳族部分在反式位置、在顺式位置、或在顺式和反式两个位置。
方案4.根据方案1的器件，其中R是带有约7-约37个碳原子的杂芳基。
方案5.根据方案1的器件，其中R1和R2的至少一个是氢。
方案6.根据方案1的器件，其中R1和R2的至少一个是烷基的烃。
方案7.根据方案1的器件，其中R1和R2的至少一个是芳基的烃。
方案8.根据方案1的器件，其中R1和R2的至少一个是卤素.
方案9.根据方案1的器件，其中R1和R2的至少一个是氰基或硝基。
方案10.根据方案1的器件，其中R3和R4的至少一个是烷基的烃。
方案11.根据方案1的器件，其中R3和R4的至少一个是芳基。
方案12.根据方案1的器件，其中所述含杂原子的基团是二烷基胺、二芳基胺、烷氧基、三烷基甲硅烷基或三芳基甲硅烷基。
方案13.根据方案1的器件，其中所述含杂原子的基团是噻吩基、吡啶基、三烷基甲硅烷基，三芳基甲硅烷基或烷氧基烷氧基芳基。
方案14.根据方案1的器件，其中R1、R2、R3、R4和R5的至少一个是烷基。
方案15.根据方案1的器件，其中Z是硫、氧或硒。
方案16.根据方案1的器件，其中Z是NR′，其中R′是烷基或芳基。
方案17.根据方案1的器件，其中m是0-约3的数字。
方案18.根据方案1的器件，其中m是2。
方案19.根据方案1的器件，其中m是1。
方案20.根据方案1的器件，其中n是0-约3的数字。
方案21.根据方案1的器件，其中n是1或2。
方案22.根据方案1的器件，其中x是0-约12的数字。
方案23.根据方案1的器件，其中x是0-约6，0-约4，或0-约2的数字。
方案24.根据方案1的器件，其中y是0-约12的数字。
方案25.根据方案1的器件，其中y是0-约4，0-约2的数字或0。
方案26.根据方案1的器件，其中R是带有6-约36个碳原子的芳基；R1和R2是氢；和m＝n＝1；x＝y＝0；或其中m＝n＝2；x＝y＝0。
方案27.一种薄膜晶体管器件，由如下部分构成：基材、栅电极、栅电介质层、源电极和漏电极及与源/漏电极和栅电介质层接触的由如下通式的组分组成的半导体层：
其中R表示烃；每个R1和R2独立地是氢(H)、合适的烃、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是合适的烃、含杂原子的基团或卤素；x和y表示基团的数目；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；并且m和n表示环的数目。
方案28.根据方案27的器件，其中烷基和所述烃是乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基或二十烷基。
方案29.根据方案27的器件，其中芳基和所述烃是苯基、甲苯基、丁基苯基、戊基苯基、己基苯基、庚基苯基、辛基苯基、壬基苯基、癸基苯基、十一烷基苯基、十二烷基苯基、十三烷基苯基、十四烷基苯基、十五烷基苯基、十六烷基苯基、十七烷基苯基、十八烷基苯基、萘基、甲基萘基、乙基萘基、丙基萘基、丁基萘基、戊基萘基、己基萘基、庚基萘基、辛基萘基、壬基萘基、癸基萘基、十一烷基萘基、十二烷基萘基、蒽基、甲基蒽基、乙基蒽基、丙基蒽基、丁基蒽基、戊基蒽基、辛基蒽基、壬基蒽基、癸基蒽基、十一烷基蒽基或十二烷基蒽基。
方案30.根据方案27的器件，其中杂芳基是噻吩基、甲基噻吩基、乙基噻吩基、丙基噻吩基、丁基噻吩基、己基噻吩基、庚基噻吩基、辛基噻吩基、壬基噻吩基、癸基噻吩基、十一烷基噻吩基、十二烷基噻吩基、二硫代苯基、甲基二硫代苯基、乙基二硫代苯基、丙基二硫代苯基、丙基二硫代苯基、丁基二硫代苯基、戊基二硫代苯基、己基二硫代苯基、庚基二硫代苯基、辛基二硫代苯基、壬基二硫代苯基、癸基二硫代苯基、十一烷基二硫代苯基、十二烷基二硫代苯基、吡啶基、甲基吡啶基、乙基吡啶基、丙基吡啶基、丁基吡啶基、戊基吡啶基、己基吡啶基、庚基吡啶基、辛基吡啶基、壬基吡啶基、癸基吡啶基、十一烷基吡啶基、十二烷基吡啶基、噻唑基、甲基噻唑基、乙基噻唑基、丙基噻唑基、丁基噻唑基、戊基噻唑基、己基噻唑基、庚基噻唑基、辛基噻唑基、壬基噻唑基、癸基噻唑基、十一烷基噻唑基或十二烷基噻唑基。
方案31.一种薄膜晶体管，由如下部分构成：基材、栅电极、栅电介质层、源电极、漏电极和如下通式/结构的官能化杂并苯层：
其中R5是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基或十八烷基；三氟甲基、氟乙基、全氟丙基、全氟丁基、全氟戊基、全氟己基、全氟庚基、全氟辛基、全氟壬基、全氟癸基、全氟十一烷基或全氟十二烷基；苯基、甲基苯基(甲苯基)、乙基苯基、丙基苯基、丁基苯基、戊基苯基、己基苯基、庚基苯基、辛基苯基、壬基苯基、癸基苯基、十一烷基苯基、十二烷基苯基、十三烷基苯基、十四烷基苯基、十五烷基苯基、十六烷基苯基、十七烷基苯基、十八烷基苯基、三氟甲基苯基、氟乙基苯基、金氟丙基苯基、全氟丁基苯基、全氟戊基苯基、全氟己基苯基、全氟庚基苯基、全氟辛基苯基、全氟壬基苯基、全氟癸基苯基、全氟十一烷基苯基或全氟十二烷基苯基；和其中X是F、Cl、Br、CN或NO2。
方案32.根据方案27的器件，其中所述半导体层是如下通式的官能化杂并苯：
其中R5是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基或十八烷基；三氟甲基、氟乙基、全氟丙基、全氟丁基、全氟戊基、全氟己基、全氟庚基、金氟辛基、全氟壬基、全氟癸基、全氟十一烷基或全氟十二烷基；苯基、甲基苯基(甲苯基)、乙基苯基、丙基苯基、丁基苯基、戊基苯基、己基苯基、庚基苯基、辛基苯基、壬基苯基、癸基苯基、十一烷基苯基、十二烷基苯基、十三烷基苯基、十四烷基苯基、十五烷基苯基、十六烷基苯基、十七烷基苯基、十八烷基苯基、三氟甲基苯基、氟乙基苯基、全氟丙基苯基、全氟丁基苯基、全氟戊基苯基、全氟己基苯基、全氟庚基苯基、全氟辛基苯基、全氟壬基苯基、全氟癸基苯基、全氟十一烷基苯基或全氟十二烷基苯基。
方案33.根据方案27的器件，其中所述基材是聚酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺的塑料片；所述栅、源和漏电极每个独立地由银、金、镍、铝、铬、铂、或氧化铟钛或导电聚合物构成，并且所述栅电介质层由无机氮化物或氧化物、或有机聚合物、氮化硅、氧化硅构成，并且所述组分是官能化杂并苯并由旋涂、压印、丝网印刷或喷墨印刷的溶液工艺沉积。
方案34.根据方案27的器件，其中所述组分是由所述通式的顺式和反式异构体的混合物构成的官能化杂并苯。
方案35.根据方案27的器件，其中至少一种所述烃是烷基、芳基、取代烷基或取代芳基。
方案36.根据方案27的器件，其中所述基材是聚酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺的塑料片；所述栅、源和漏电极每个独立地由银、金、镍、铝、铬、铂、或氧化铟钛或导电聚合物构成，并且所述栅电介质层由无机氮化物或氧化物、有机聚合物、或氮化硅、氧化硅构成；并且所述基材是玻璃或塑料片；所述栅、源和漏电极每个由银、金或铬构成，并且所述栅电介质层由聚(甲基丙烯酸酯)、聚硅氧烷或聚(乙烯基苯酚)构成；和任选地其中所述半导体层是5，11-癸炔基蒽[2，3-b：6，7-b′]二噻吩/5，11-癸炔基蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩(1a)和5，11-双(4-苯基乙炔基)蒽[2，3-b：6，7-b′]二噻吩/5，11-双(4-苯基乙炔基)蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩(8a)或其反式和顺式异构体的混合物。
附图说明
在图1-4中举例说明本公开内容的各种代表性实施方案，并且其中选择聚合物如官能化杂并苯作为薄膜晶体管(TFT)构造中的信道或半导体材料。
具体实施方式
本公开内容的特征是提供聚合物半导体，其用于微电子器件应用，如TFT器件。
本公开内容的另一个特征是提供带隙为约1.5eV-约3eV(如由其簿膜的吸收光谱确定)的官能化杂并苯，并且该官能化杂并苯适于用作TFT半导体信道层材料。
在本公开内容的另外特征中，提供官能化杂并苯，其用作微电子组件，并且该官能化杂并苯在常规有机溶剂，如二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯、二甲苯、均三苯、氯苯等中的溶解度为例如至少约0.1wt％-均95wt％，且因此这些组分可以由溶液工艺如旋涂、丝网印刷、压印、浸涂、溶液流延、喷墨印刷等制造。
本公开内容的另一个特征在于提供具有官能化杂并苯信道层的电子器件，如TFT，并且该层的电导率为约10-4-约10-9S/cm(西门子/厘米)。
同样，在本公开内容的另一个特征中提供新颖聚合物如官能化杂并苯及其器件，并且该器件显示对氧的不利影响的增强抵抗力，即这些器件显示相对高的电流开/关比，且它们的性能不象采用立体规则聚(3-烷基噻吩-3，5-二基)或采用杂并苯制造的相似器件那样快速地显著劣化。
另外，在本公开内容的进一步特征中提供一类具有独特结构特征的新颖聚合物如官能化杂并苯，其有益于在适当加工条件下的分子自排列，并且该结构特征也增强器件性能的稳定性。合适的分子排列可在薄膜中允许更高的分子结构序列，其对于有效的电荷载流子输送、因此更高的电性能可能是重要的。
在实施方案中公开了聚合物如官能化杂并苯及其电子器件。更具体地，本公开内容涉及由通式(I)举例说明或包括的聚合物
其中R表示合适的烃如烷基、芳基或杂芳基；每个R1和R2独立地是氢(H)、合适的烃、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是合适的烃、含杂原子的基团或卤素；x和y表示基团的数目；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；m和n每个表示环的数目，例如零(0)-约3；和更具体地，x和y可以是例如0-约12，和更具体地，其中每个x和y是约3-约7。
带有例如约1-约30，包括约4-约18个碳原子(此范围中的数字全部包括在内，例如4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17和18)，和进一步包括约6-约16个碳原子的烷基的例子是丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基或二十烷基，其异构体形式，其混合物等；带有约7-约49个碳原子，约6-约37个碳原子，约13-约25个碳原子的烷基芳基，如甲基苯基、取代苯基等；或带有约6-约48个碳原子的芳基，如苯基。
含杂原子的基团包括例如聚醚、三烷基甲硅烷基、杂芳基等；和更具体地为噻吩基、呋喃基和吡啶基芳基(pyridiaryl)。杂原子组分可以选自许多已知的原子如硫、氧、氮、硅、硒等。
在实施方案中，R可以是例如约2-约16个碳原子的未支化烷基；未支化烷基芳基，其中烷基包含例如约4-约12个碳原子；R1和R12是氢、烷基、芳基、卤素、氰基、硝基等；m和n每个是0，或1-约3；并且x和y每个是0，或1-约12。
烃是已知的并且包括烷基、烷氧基、芳基、烷基芳基、取代烷基、烷氧基、芳基等。具体的举例说明性例子是
其中R5是例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基或十八烷基；三氟甲基、氟乙基、全氟丙基、全氟丁基、全氟戊基、全氟己基、全氟庚基、全氟辛基、全氟壬基、全氟癸基、全氟十一烷基或全氟十二烷基；苯基、甲基苯基(甲苯基)、乙基苯基、丙基苯基、丁基苯基、戊基苯基、己基苯基、庚基苯基、辛基苯基、壬基苯基、癸基苯基、十一烷基苯基、十二烷基苯基、十三烷基苯基、十四烷基苯基、十五烷基苯基、十六烷基苯基、十七烷基苯基、十八烷基苯基、三氟甲基苯基、氟乙基苯基、全氟丙基苯基、全氟丁基苯基、金氟戊基苯基、全氟己基苯基、全氟庚基苯基、全氟辛基苯基、全氟壬基苯基、全氟癸基苯基、全氟十一烷基苯基或全氟十二烷基苯基的烃；和其中X是F、Cl、Br、CN或NO2。
聚合物如官能化杂并苯在实施方案中溶于或基本溶于常规的涂料溶剂，例如在实施方案中它们在诸如二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、四氢呋喃、甲苯、二甲苯、均三苯、氯苯、二氯苯等的溶剂中的溶解度为至少约0.1wt％，和更具体地为约10wt％-约95wt％。此外，本公开内容的官能化杂并苯在实施方案中当制造为TFT器件中半导体信道层时可提供例如约10-9S/cm-约10-4S/cm，和更具体地约10-8S/cm-约10-5S/cm的稳定电导率，如由常规四探针电导率测量所测定。
相信聚合物当从溶液制造为例如厚度为约10纳米-约500纳米或约100-约300纳米的薄膜时，与由杂并苯制造的相似器件相比材料在环境条件下更稳定。当未受保护时，上述聚合物材料和器件在对环境氧暴露之后通常稳定数周而不是数天或数小时，如在采用聚(3-烷基噻吩-2，5-二基)的情况下，因此当在制备材料、制造器件和评价期间不采用严格的程序预防措施以排除环境氧时，在本公开内容的实施方案中由官能化杂并苯制造的器件可提供更高的电流开/关比，并且它们的性能特性不象未官能化杂并苯那样快速地显著变化，或比聚(3-烷基噻吩-2，5-二基)显著变化。本公开内容的官能化杂并苯抗氧化掺杂的稳定性在实施方案中，特别地对于低成本器件制造，通常不必须在惰性气氛中处理，并且其方法因此更简单和更成本有效，且其制造可以应用于大规模生产工艺。
本公开内容的官能化杂并苯的制备通常可以如在此所举例说明而完成。更具体地，一种制备方法举例说明于反应方案1。
反应方案1-合成官能化杂并苯1a和8a
5，11-癸炔基蒽[2，3-b：6，7-b′]二噻吩/5，11-癸炔基蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩(1a，反式和顺式异构体的混合物)和5，11-双(4-苯基乙炔基)蒽[2，3-b：6，7-b′]二噻吩/5，11-双(4-苯基乙炔基)蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩(8a，反式和顺式异构体的混合物)可以如反应方案1所示而产生。首先，使1-癸炔(购自Sigma-Aldrich)与约1摩尔当量异丙基氯化镁(购自Sigma-Aldrich)在四氢呋喃(THF)中在例如60℃的高温下反应合适的时间如30分钟。然后向反应混合物中加入蒽[2，3-b：6，7-b′]二噻吩-5，11-二酮/蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩-5，11-二酮(反式和顺式异构体的混合物)(此原料根据De la Cruz，P.等，J.Org.Chem.1992，57，6192制备)，随后在例如60℃的高温下搅拌合适的时间如1小时。最后，将在10％HCl中的氯化锡(II)(SnCl2)溶液加入到反应混合物中并在例如60℃的高温下搅拌合适的时间如30分钟。在后处理和重结晶之后，获得基本纯的化合物1a。化合物8a相似地从1-乙炔基-4-戊基苯(购自Sigma-Aldrich)开始代替1-癸炔制备。
本公开内容的各方面涉及包含在此举例说明的官能化杂并苯的电子器件；由如下部分构成的作为薄膜晶体管的器件：基材、栅电极、栅电介质层、源电极和漏电极及与源/漏电极和栅电介质层接触的由在此举例说明的官能化杂并苯构成的半导体层，和更具体地包括半导材料的电子器件，该半导材料包含通式(I)的组分：
其中R表示烷基、芳基或杂芳基；每个R1和R2独立地是氢(H)、合适的烃、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是合适的烃、含杂原子的基团或卤素；x和y表示基团的数目；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；并且n和m表示重复单元的数目；由如下部分构成的薄膜晶体管：基材、栅电极、栅电介质层、源电极和漏电极及与源/漏电极和栅电介质层接触的由如下通式的组分构成的半导体层：
其中R表示烃；每个R1和R2独立地是氢(H)、合适的烃、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是合适的烃、含杂原子的基团或卤素；x和y表示基团的数目；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；并且m和n表示环的数目；由如下部分构成的薄膜晶体管：基材、栅电极、栅电介质层、源电极、漏电极和如下通式的官能化杂并苯层：
其中R5是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基或十八烷基；三氟甲基、氟乙基、全氟丙基、全氟丁基、全氟戊基、全氟己基、全氟庚基、全氟辛基、全氟壬基、全氟癸基、全氟十一烷基或全氟十二烷基；苯基、甲基苯基(甲苯基)、乙基苯基、丙基苯基、丁基苯基、戊基苯基、己基苯基、庚基苯基、辛基苯基、壬基苯基、癸基苯基、十一烷基苯基、十二烷基苯基、十三烷基苯基、十四烷基苯基、十五烷基苯基、十六烷基苯基、十七烷基苯基、十八烷基苯基、三氟甲基苯基、氟乙基苯基、全氟丙基苯基、全氟丁基苯基、全氟戊基苯基、全氟己基苯基、全氟庚基苯基、全氟辛基苯基、全氟壬基苯基、全氟癸基苯基、全氟十一烷基苯基或全氟十二烷基苯基；和其中X是F、Cl、Br、CN或NO2；如下通式/结构的聚合物：
其中R表示烷基、芳基或杂芳基；每个R1和R2独立地是氢(H)、合适的烃、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是合适的烃、含杂原子的基团或卤素；x和y表示基围团的数目；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；并且n和m表示重复单元的数目；TFT器件，其中基材是聚酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺的塑料片；栅、源和漏电极每个独立地由金、镍、铝、铬、铂、氧化铟钛或导电聚合物构成，并且栅电介质是由氮化硅或氧化硅构成的电介质层；TFT器件，其中基材是玻璃或塑料片；所述栅、源和漏电极每个由金构成，并且栅电介质层由有机聚合物聚(甲基丙烯酸酯)或聚(乙烯基苯酚)构成；器件，其中官能化杂并苯层由旋涂、压印、丝网印刷或喷墨印刷的溶液工艺形成；器件，其中栅、源和漏电极、栅电介质及半导体层由旋涂、溶液流延、压印、丝网印刷或喷墨印刷的溶液工艺形成；和TFT器件，其中基材是聚酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺的塑料片，并且栅、源和漏电极由有机导电聚合物聚苯乙烯磺酸盐掺杂的聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)或由银在聚合物基料中的胶体分散体的导电油墨/糊剂化合物制造，并且栅电介质层是有机聚合物或无机氧化物粒子-聚合物复合材料；和包括电子器件如TFT的一种或多种器件。
在图1中示意性举例说明TFT构造10，其由如下部分构成：基材16，与其接触的金属接触件18(栅电极)和一层绝缘电介质层14，其中栅电极的一部分或整个栅与电介质层14接触，在该层14的顶部上沉积两个金属接触件20和22(源和漏电极)。位于金属接触件20和22之上和之间的是5，11-癸炔基蒽[2，3-b：6，7-b′]二噻吩/5，11-癸炔基蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩(1a)，其顺式和反式异构体的混合物的聚合物层12。栅电极可以全部包括在基材中、包括在电介质层中等。
图2示意性举例说明另一个TFT构造30，其由如下部分构成：基材36，栅电极38，源电极40，和漏电极42，绝缘电介质层34，和5，11-双(4-苯基乙炔基)蒽[2，3-b：6，7-b′]二噻吩/5，11-双(4-苯基乙炔基)蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩(8a)，其顺式和反式异构体的混合物的官能化杂并苯半导体层32。
图3示意性举例说明另一个TFT构造50，其由如下部分构成：重度n-掺杂硅晶片56，它可用作栅电极，热生长氧化硅电介质层54，图2的官能化杂并苯半导体层52，在其顶部上沉积源电极60和漏电极62；和栅电极接触件64。
图4示意性举例说明TFT构造70，其由如下部分构成：基材76，栅电极78，源电极80，漏电极82，图2的官能化杂并苯半导体层72，和绝缘电介质层74。
同样，考虑其它未公开的器件，特别是TFT器件，例如参考已知的TFT器件。
在本公开内容的一些实施方案中，可以在图1、2、3和4的晶体管构造的每个顶部上引入任选的保护层。对于图4的TFT构造，绝缘电介质层74也可起保护层的作用。
也公开如下通式的噻吩并苯的半导体：
其中R 和 R′氢、烷基、不饱和烷基、芳基、烷基取代芳基、不饱和烷基取代芳基或其混合物，和其中n表示环的数目，例如等于或大于3，如约3-约2000，和更具体地，其中n＝5，R′＝H，和R＝十二碳炔。
这些新颖有机半导体，如用于TFT，可以由如下反应方案制备：
反应方案2
最终产物是淡绿色的并且在740纳米波长处显示UV最大峰。在表1中列出了在740纳米的最大峰吸光度的UV光谱数据。它显示结构(2)的溶液在环境条件下比并五苯更稳定。
表1
结构(2)在THF中的UV光谱数据
| 时间(Min.) | 最大波长(λ，nm) | 吸光度 | 稳定性 |
| 1 | 740 | 1.193 | 100％ |
| 10 | 740 | 1.163 | 97.5％ |
| 20 | 740 | 1.121 | 94.0％ |
| 30 | 740 | 1.080 | 90.5％ |
在实施方案中并进一步参考本公开内容和附图，依赖于预期的应用，器件基材层可通常是包括各种适当形式的硅、玻璃板、塑料膜或片材等的硅材料。对于结构柔性器件，可以选择塑料基材，例如聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺片等。基材的厚度可以是例如约10微米到10毫米以上，具体的厚度是约50-约100微米，特别地对于柔性塑料基材，和对于刚性基材如玻璃或硅为约1-约10毫米。
绝缘电介质层可分隔栅电极与源和漏电极，并与半导体层接触，它通常可以是无机材料膜、有机聚合物膜或无机-有机复合材料膜。
绝缘电介质层可分隔栅电极与源和漏电极，并与半导体层接触，它通常可以是无机材料膜、有机聚合物膜或无机-有机复合材料膜。电介质层的厚度是例如约10纳米-约1微米，更具体的厚度是约100纳米-约500纳米。适于作为电介质层的无机材料的举例说明性例子包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、钛酸钡、锆酸钛酸钡等；用于电介质层的有机聚合物的举例说明性例子包括聚酯、聚碳酸酯、聚(乙烯基苯酚)、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸酯)、聚(丙烯酸酯)、环氧树脂等；和无机-有机复合材料的举例说明性例子包括在聚合物如聚酯、聚酰亚胺、环氧树脂等中分散的纳米尺寸金属氧化物粒子。依赖于使用的电介质材料，绝缘电介质层的厚度通常为约50纳米-约500纳米。更具体地，电介质材料的介电常数为例如至少约3，因此约300纳米的合适电介质厚度可提供例如约10-9-约10-7F/cm2的所需电容。
位于例如电介质层和源/漏电极之间及与电介质层和源/漏电极接触的是由在此举例说明的官能化杂并苯构成的有源半导体层，并且其中此层的厚度通常为例如约10纳米-约1微米，或约40-约100纳米。此层通常可以由本公开内容的官能化杂并苯溶液的溶液工艺，如旋涂、流延、丝网印刷、压印、或喷黑印刷制造。
栅电极可以是薄金属膜、导电聚合物膜、从导电油墨或糊剂产生的导电膜、或基材自身(例如重度掺杂的硅)。栅电极材料的例子包括但不限于铝、金、铬、氧化铟锡、导电聚合物，如聚苯乙烯磺酸盐掺杂的聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PSS/PEDOT)、由包含在聚合物基料中的炭黑/石墨或胶体银分散体构成的导电油墨/糊剂，如购自Acheson Colloids Company的Electrodag，和购自Noelle Industries的银填充导电热塑性油墨等。栅极层可以通过真空蒸发、金属或导电金属氧化物的溅射、从导电聚合物溶液或导电油墨或分散体由旋涂、流延或印刷的涂覆而制备。栅电极层的厚度是例如约10纳米-约10微米，和具体的厚度是例如对于金属膜为约10-约200纳米，和对于聚合物导体为约1-约10微米。
源和漏电极层可以由对半导体层提供低电阻欧姆接触的材料制造。适于用作源和漏电极的典型材料包括栅电极材料的那些，如金、镍、铝、铂、导电聚合物和导电油墨。此层的典型厚度是例如约40纳米-约1微米及更具体的厚度是约100-约400纳米。TFT器件包含宽度为W和长度为L的半导体信道。半导体信道宽度可以是例如约10微米-约5毫米及具体的信道宽度是约100微米-约1毫米。半导体信道长度可以是例如约1微米-约1毫米，更具体的信道长度是约5微米-约100微米。
将源电极接地，并且当通常将约+10伏到约-80伏的电压施加到栅电极时，通常将例如约0伏-约-80伏的偏压施加到漏电极以收集经过半导体信道输送的电荷载流子。
在实施方案中也可以选择用于本公开内容的TFT器件的各种组件的未在此描述的其它已知材料。
尽管不希望受理论约束，但相信炔基如乙炔基的主要功能是最小化或避免由于对氧暴露的不稳定性，并因此增加杂并苯在溶液中在环境条件下的氧化稳定性，并且烷基和/或烷基芳基取代基或基团允许这些化合物在常规溶剂，如二氯乙烷中的溶解度。同样，在实施方案中，未支化的烷基可促进层状π-层叠物的形成，这是对于电荷输送性能的有利形式。
Claims (8)
1.一种包括半导材料的电子器件，该半导材料包含通式(I)的组分：
其中R表示烷基、烷氧基、芳基、杂芳基或烷基芳基；每个R1和R2独立地是氢、烷基、烷氧基、芳基、烷基芳基、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是烷基、烷氧基、芳基、烷基芳基、含杂原子的基团或卤素；其中所述含杂原子的基团是二烷基胺、二芳基胺、烷氧基、三烷基甲硅烷基或三芳基甲硅烷基、或噻吩基、吡啶基或烷氧基烷氧基芳基；x和y表示基团的数目，其中x是0-12的数字，和y是0-12的数字；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；并且n和m表示重复单元的数目，其中m是0-3的数字，和n是0-3的数字。
2.根据权利要求1的器件，其中R1和R2的至少一个是氢；R1和R2的至少一个是烷基的烃；R1和R2的至少一个是芳基的烃；R1和R2的至少一个是卤素；R1和R2的至少一个是氰基或硝基；R3和R4的至少一个是烷基的烃；或其中R3和R4的至少一个是芳基的烃。
3.根据权利要求1的器件，其中m是2。
4.根据权利要求1的器件，其中m是1。
5.一种薄膜晶体管，由如下部分构成：基材、栅电极、栅电介质层、源电极和漏电极及与源/漏电极和栅电介质层接触的由如下通式的组分构成的半导体层：
其中R表示烷基、烷氧基、芳基、杂芳基或烷基芳基；每个R1和R2独立地是氢、烷基、烷氧基、芳基、烷基芳基、含杂原子的基团或卤素；R3和R4独立地是烷基、烷氧基、芳基、烷基芳基、含杂原子的基团或卤素；其中所述含杂原子的基团是二烷基胺、二芳基胺、烷氧基、三烷基甲硅烷基或三芳基甲硅烷基、或噻吩基、吡啶基或烷氧基烷氧基芳基；x和y表示基团的数目，其中x是0-12的数字，和y是0-12的数字；Z表示硫、氧、硒或NR′，其中R′是氢、烷基或芳基；并且n和m表示重复单元的数目，其中m是0-3的数字，和n是0-3的数字。
6.根据权利要求5的薄膜晶体管，其中所述芳基和所述烷基芳基是苯基、甲苯基、丁基苯基、戊基苯基、己基苯基、庚基苯基、辛基苯基、壬基苯基、癸基苯基、十一烷基苯基、十二烷基苯基、十三烷基苯基、十四烷基苯基、十五烷基苯基、十六烷基苯基、十七烷基苯基、十八烷基苯基、萘基、甲基萘基、乙基萘基、丙基萘基、丁基萘基、戊基萘基、己基萘基、庚基萘基、辛基萘基、壬基萘基、癸基萘基、十一烷基萘基、十二烷基萘基、蒽基、甲基蒽基、乙基蒽基、丙基蒽基、丁基蒽基、戊基蒽基、辛基蒽基、壬基蒽基、癸基蒽基、十一烷基蒽基或十二烷基蒽基。
7.根据权利要求5的薄膜晶体管，其中半导体层是如下通式/结构的官能化杂并苯：
其中R5是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基或十八烷基；苯基、甲基苯基、乙基苯基、丙基苯基、丁基苯基、戊基苯基、己基苯基、庚基苯基、辛基苯基、壬基苯基、癸基苯基、十一烷基苯基、十二烷基苯基、十三烷基苯基、十四烷基苯基、十五烷基苯基、十六烷基苯基、十七烷基苯基或十八烷基苯基；和其中X是F、Cl、Br、CN或NO2。
8.根据权利要求5的薄膜晶体管，其中所述半导体层是5，11-癸炔基蒽[2，3-b：6，7-b ′]二噻吩/5，11-癸炔基蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩和5，11-双(4-苯基乙炔基)蒽[2，3-b：6，7-b′]二噻吩/5，11-双(4-苯基乙炔基)蒽[2，3-b：7，6-b′]二噻吩或其反式和顺式异构体的混合物。
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