CN101941985A - 蒽嵌蒽类化合物和半导体装置 - Google Patents

蒽嵌蒽类化合物和半导体装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结构式(1)的蒽嵌蒽类化合物以及包括由这样的蒽嵌蒽类化合物构成的半导体层的半导体装置：其中X表示第16族的元素；n表示0至20的整数；m表示1至9的整数；A部中与B部的键合位置、B部中与A部的键合位置、B部中与C部的键合位置、以及C部中与B部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；取代基R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10和R11中的每一个独立地表示，例如选自由氢原子、烷基、芳基、芳烷基等组成的组中的一种的取代基。

Description

蒽嵌蒽类化合物和半导体装置
相关申请的引用
本申请包含涉及于2009年7月1日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-156459中披露的主题，将其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种蒽嵌蒽类化合物和包括由这样的蒽嵌蒽类化合物构成的半导体层的半导体装置。
背景技术
近年来，包括由有机半导体材料构成的半导体层的半导体装置已经受到相当多的关注。在这样的半导体装置中，与包括由无机材料构成的半导体层的构造相比，可以在低温下对半导体层进行涂布和沉积。由于该原因，这样的半导体装置有利于实现大面积化，并且可以形成在诸如塑料的耐热性低的柔性基板上，还期待成本减少和多功能化。
目前，作为构成半导体层的有机半导体材料，例如，广泛研究了具有以下结构式的，诸如并三苯(蒽)、并四苯和并五苯等的多并苯化合物。
Figure BSA00000172620200021
并三苯
Figure BSA00000172620200022
并四苯(萘并萘)
Figure BSA00000172620200023
并五苯
在这些多并苯化合物中，随着环长度延长、π体系变宽以及在相邻分子之间形成更大的轨道重叠，期待会由此增大载流子迁移率。但是，通常，可以说并五苯是具有最大环长度(在此环长度下并五苯能够稳定存在)的并苯化合物，并且比并六苯的环长度长的多并苯化合物是不稳定的。由于该原因，难以将这样的多并苯化合物分离(参见Journal of Organic Chemistry，1999，Vol.64，pp.2505to 2512；以及Journal of The American Chemical Society，2006，Vol.128，pp.2873 to 2879)。此外，作为用于构造较宽的π体系的方法，报道了由键合多元多并苯化合物产生的低聚多并苯化合物(参见JP-A-2004-107257；Angewante Chemie，International Edition，2003，Vol.42，pp.1159 to 1162；以及Journal of Applied Physics，2004，Vol.95，pp.5795 to 5799)。
发明内容
然而，作为构成单位的多并苯化合物在其分子内具有反应活性部位(具体地，例如，就并五苯而言，电子密度在6位和12位较高，并且6位和12位是反应活性部位)，因此容易由氧、光、水、高温等引起分解反应，并且其在大气中的稳定性不能让人满意。于是，即使在低聚多并苯化合物中，只要其具有这样的多并苯化合物，也可以被认为难以确立分子的稳定性。
因此，期望提供一种在大气中具有良好的稳定性的蒽嵌蒽类化合物以及包括由这样的蒽嵌蒽类化合物构成的半导体层的半导体装置。
根据本发明的第一实施方式，提供了一种由以下结构式(1)表示的蒽嵌蒽类化合物(低聚二硫属杂(oligo dichalcogeno)蒽嵌蒽类化合物)。
Figure BSA00000172620200031
根据本发明的第二实施方式，提供了一种由以下结构式(2)表示的蒽嵌蒽类化合物(低聚二硫属杂蒽嵌蒽类化合物)。
Figure BSA00000172620200032
根据本发明的第一实施方式，还提供了一种包括基板的半导体装置，在所述基板上具有栅电极、栅极绝缘层、源电极/漏电极以及沟道形成区，其中
沟道形成区由根据本发明的前述第一实施方式的蒽嵌蒽类化合物(低聚二硫属杂蒽嵌蒽类化合物)构成。
根据本发明的第二实施方式，还提供了一种包括基板的半导体装置，在该基板上具有栅电极、栅极绝缘层、源电极/漏电极以及沟道形成区，其中
沟道形成区由根据本发明的前述第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物(低聚二硫属杂蒽嵌蒽类化合物)构成。
在根据本发明的第一实施方式的蒽嵌蒽类化合物，或者构成根据本发明的第一实施方式的半导体装置的沟道形成区的蒽嵌蒽类化合物(下文中，将这些通常称为“根据本发明的第一实施方式的蒽嵌蒽类化合物等”)中，
X表示属于第16族的元素；
n表示0至20的整数；
m表示1至9的整数；
A部中与B部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
B部中与A部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
B部中与C部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
C部中与B部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个。
A部中与B部的键合位置不必要求与B部中与C部的键合位置相同，B部中与C部的键合位置也不必要求与C部中与B部的键合位置相同。此处，在n＝0的情况下，当然给出了以下的不同解释：A部中与C部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；并且C部中与A部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个。此外，在n为2以上的情况下，B部可以是一种直链的彼此结合，可以以部分支链的状态彼此结合，或者可以是一种环状的彼此结合。类似地，在m为2以上的情况下，C部间可以是一种直链的彼此结合，可以以部分支链的状态彼此结合，或者可以是一种环状的彼此结合。
而且，在根据本发明的第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物中，或者构成根据本发明的第二实施方式的半导体装置的沟道形成区的蒽嵌蒽类化合物(在下文中中，将这些通常称为“根据本发明的第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物等”)中，
X表示属于第16族的元素；
[Y]和[Z]中的每一个独立地表示选自由烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳香杂环、杂环基、烷氧基、环烷氧基、芳氧基、烷硫基、环烷硫基、芳硫基、烷氧羰基、芳氧羰基、氨磺酰基、酰基、酰氧基、酰胺基、氨基甲酰基、脲基、亚硫酰基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基、氟化烃基、氰基、硝基、羟基、巯基和甲硅烷基组成的组中的一种成员的官能团；
n表示0至20的整数；
m表示1至9的整数；
A部中与[Y]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
B部中与[Y]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
B部中与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
C部中与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个。
A部中与[Y]的键合位置不必要求与B部中与[Y]的键合位置相同，并且B部中与[Z]的键合位置不必要求与C部中与[Z]的键合位置相同。此处，在n＝0的情况下，当然给出了以下的不同含义：A部与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；并且C部中与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个。而且，[Y]中与A部的键合位置、[Y]中与B部的键合位置、[Z]中与B部的键合位置以及[Z]中与C部的键合位置并不重要。在n为2以上的情况下，B部可以是一种直链的彼此结合，可以以部分支链的状态彼此结合，或者可以是一种环状的彼此结合。类似地，在m为2以上的情况下，C部可以是一种直链的彼此结合，可以以部分支链的状态彼此结合，或者可以是一种环状的彼此结合。
而且，在根据本发明的第一实施方式或第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物(在下文中，有时将它们称为“根据本发明的实施方式的蒽嵌蒽类化合物等”)中，取代基R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10和R11中的每一个独立地表示选自由氢原子、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳香杂环、杂环基、烷氧基、环烷氧基、芳氧基、烷硫基、环烷硫基、芳硫基、烷氧羰基、芳氧羰基、氨磺酰基、酰基、酰氧基、酰胺基、氨基甲酰基、脲基、亚硫酰基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基、卤素原子、氟化烃基、氰基、硝基、羟基、巯基和甲硅烷基组成的组中的一种的取代基。在根据本发明的实施方式的蒽嵌蒽类化合物等中，更优选的是，取代基R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10和R11中的每一个独立地表示选自由烷基、烯基、芳基、芳烷基、芳香杂环和卤素原子组成的组中的取代基。
此处，烷基的实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、戊基、己基、辛基以及十二烷基。烷基是直链还是支链并不重要。此外，环烷基的实例包括环戊基和环己基；烯基的实例包括乙烯基；炔基的实例包括乙炔基；芳基的实例包括苯基和萘基；芳烷基的实例包括甲基芳基、乙基芳基、异丙基芳基以及正丁基芳基；芳香杂环的实例包括吡啶基、噻吩基、呋喃基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、噻嗪基、咪唑基、吡唑基、噻唑基、喹唑啉基以及酞嗪基；杂环基的实例包括吡咯烷基、咪唑烷基、吗啉基以及噁唑烷基(oxazolidylgroup)；烷氧基的实例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、戊氧基以及己氧基；环烷氧基的实例包括环戊氧基和环己氧基；芳氧基的实例包括苯氧基和萘氧基；烷硫基的实例包括甲硫基、乙硫基、丙硫基、戊硫基和己硫基；环烷硫基的实例包括环戊硫基和环己硫基；芳硫基的实例包括苯硫基和萘硫基；烷氧羰基的实例包括甲氧羰基、乙氧羰基、丁氧羰基以及辛氧羰基；芳氧羰基的实例包括苯氧羰基和萘氧羰基；氨磺酰基的实例包括氨基磺酰基、甲氨基磺酰基、二甲氨基磺酰基、环己氨基磺酰基、苯氨基磺酰基、萘氨基磺酰基和2-吡啶氨基磺酰基；酰基的实例包括乙酰基、乙基羰基、丙基羰基、环己基羰基、辛基羰基、2-乙基己基羰基、十二烷基羰基、苯基羰基、萘基羰基以及吡啶基羰基；酰氧基的实例包括乙酰氧基、乙羰基氧基、辛羰基氧基以及苯羰基氧基；酰胺基的实例包括甲羰基氨基、乙羰基氨基、二甲羰基氨基、戊羰基氨基、环己羰基氨基、2-乙基己羰基氨基、苯羰基氨基以及萘羰基氨基；氨基甲酰基的实例包括氨羰基、甲氨羰基、二甲氨羰基、环己氨羰基、2-乙基己氨羰基、苯氨羰基、萘氨羰基以及2-吡啶氨羰基；脲基的实例包括甲脲基、乙脲基、环己脲基、十二烷脲基、苯脲基、萘脲基和2-吡啶基氨脲基；亚硫酰基的实例包括甲亚硫酰基、乙亚硫酰基、丁亚硫酰基、环己亚硫酰基、2-乙基己亚硫酰基、苯亚硫酰基、萘亚硫酰基以及2-吡啶亚硫酰基；烷磺酰基的实例包括甲磺酰基、乙磺酰基、丁磺酰基、环己磺酰基、2-乙基己磺酰基以及十二烷磺酰基；芳磺酰基的实例包括苯磺酰基、萘磺酰基和2-吡啶磺酰基；氨基的实例包括氨基、乙氨基、二甲氨基、丁氨基、2-乙基己氨基、苯胺基、萘氨基以及2-吡啶氨基；卤素原子的实例包括氟原子、氯原子、溴原子以及碘原子；氟化烃基的实例包括氟甲基、三氟甲基、五氟乙基以及五氟苯基。并且，可以列举氰基、硝基、羟基以及巯基。甲硅烷基的实例包括三甲基甲硅烷基、三异丙基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基和苯基二乙基甲硅烷基。此处，上面列举的取代基中的每一个可以进一步被前述取代基中的任一个取代。并且，这些取代基中的多个可以相互结合以形成环。
在根据包括前述优选模式的本发明的实施方式的蒽嵌蒽类化合物中，其中X是氧原子的模式更优选的。
在根据本发明的实施方式的蒽嵌蒽类化合物等中，重复单元(单体单元)在大气中是稳定的，并且重复单元(单体单元)具有较宽的π体系(具有更多的芳香环)。即，在根据本发明的实施方式的蒽嵌蒽类化合物等中的单体单元的6位和12位的碳原子中的每一个都被属于第16族的元素取代，因此，6位和12位不是反应活性部位。这样，化合物难以通过氧、光、水、高温等引起分解反应并且在大气中稳定性极好。此外，在相邻分子之间形成了更大的轨道重叠，并且可以增强载流子迁移率。即，根据本发明的实施方式，可以提供一种稳定的有机半导体材料，该有机半导体材料在大气中具有高耐氧化性、耐光性、耐热性、耐水性和耐溶剂性，并且还具有高载流子迁移率。因此，通过由根据本发明的实施方式的蒽嵌蒽类化合物等构成沟道形成区，根据本发明的实施方式的半导体装置(有机晶体管)能够表现出高载流子迁移率，并且即使在大气中在高温下进行热处理之后也能够保持高稳定性和高载流子迁移率。而且，根据本发明的实施方式的蒽嵌蒽类化合物等具有高稳定性，因此，可以加宽半导体装置的制造工艺的宽度。
附图说明
图1A和图1B分别是示出了实施例1和实施例2的蒽嵌蒽类化合物的合成方案的示图。
图2是示出了实施例3的蒽嵌蒽类化合物的合成方案的示图。
图3A是所谓的底栅/顶接触型场效应晶体管的示意性局部剖视图；而图3B是所谓的底栅/底接触型场效应晶体管的示意性局部剖视图。
图4A是所谓的顶栅/顶接触型场效应晶体管的示意性局部剖视图；而图4B是所谓的顶栅/底接触型场效应晶体管的示意性局部剖视图。
具体实施方式
在下文中，通过参照附图，基于以下实施例来描述根据本发明的实施方式。但是，不应理解成本发明限于这些实施例，并且在实施例中的各种数值和材料仅是范例。按照以下顺序进行说明。
1.根据本发明的第一实施方式的蒽嵌蒽类化合物；根据本发明的第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物；根据本发明的第一实施方式的半导体装置；根据本发明的第二实施方式的半导体装置；以及关于它们全部的说明。
2.实施例1(根据本发明的第一实施方式的蒽嵌蒽类化合物)
3.实施例2(实施例1的变形)
4.实施例3(根据本发明的第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物)
5.实施例4(根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的半导体装置以及其它)
[根据本发明的第一实施方式的蒽嵌蒽类化合物；根据本发明的第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物；根据本发明的第一实施方式的半导体装置；根据本发明的第二实施方式的半导体装置；以及关于它们全部的说明]
在根据本发明的实施方式的蒽嵌蒽类化合物等中，X表示属于第16族的元素。此处提及的“属于第16族的元素”是属于周期表的第16族的元素的总称；并且氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)以及钋(Po)被归在该族中。也将这种元素称为氧族元素或硫属元素。而且，A部、B部和C部中的每一个本身是通过用任何包括氢原子的以下取代基来取代二氧杂蒽嵌蒽类化合物，具体地在从1位至5位和从7位至11位的6，12-二氧杂蒽嵌蒽(所谓的迫呫吨并呫吨(peri-xanthenoxanthene)，有时将其缩写为“PXX”)而获得的有机半导体材料。
在根据本发明的第一实施方式或第二实施方式的半导体装置(在下文中，有时简单地总称为“根据本发明的实施方式的半导体装置”)由底栅/底接触型场效应晶体管(FET)构成的情况下，这样的底栅/底接触型FET包括：
(A)形成在基板上的栅电极；
(B)形成在栅电极上的栅极绝缘层；
(C)形成在栅极绝缘层上的源电极/漏电极；以及
(D)位于源电极/漏电极之间并且形成在栅极绝缘层上的沟道形成区。
可替换地，在根据本发明的实施方式的半导体装置由底栅/顶接触型FET构成的情况下，这样的底栅/顶接触型FET包括：
(A)形成在基板上的栅电极；
(B)形成在栅电极上的栅极绝缘层；
(C)形成在栅极绝缘层上的沟道形成区和沟道形成区延长部；以及
(D)形成在沟道形成区延长部上的源电极/漏电极。
可替换地，在根据本发明的实施方式的半导体装置由顶栅/底接触型FET构成的情况下，这样的顶栅/底接触型FET包括：
(A)形成在基板上的源电极/漏电极；
(B)形成在基板上的、位于源电极/漏电极之间的沟道形成区；
(C)形成在沟道形成区上的栅极绝缘层；以及
(D)形成在栅极绝缘层上的栅电极。
可替换地，在根据本发明的实施例方式的半导体装置由顶栅/顶接触型FET构成的情况下，这样的顶栅/顶接触型FET包括：
(A)形成在基板上的沟道形成区和沟道形成区延长部；
(B)形成在沟道形成区延长部上的源电极/漏电极；
(C)形成在源电极/漏电极和沟道形成区上的栅极绝缘层；以及
(D)形成在栅极绝缘层上的栅电极。
此处，基板可以由二氧化硅类材料(例如，SiOX和旋涂玻璃(SOG))、氮化硅(SiNY)、氧化铝(Al2O3)或金属氧化物高介电常数绝缘薄膜构成。在基板由这样的材料构成的情况下，基板可以形成在适当地选自以下材料中的支持体(或支持体的上部)上。即，支持体和/或除了前述基板之外的基板的实例包括：有机聚合物诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺、聚碳酸脂、聚对苯二甲酸乙醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)(具有诸如由聚合物材料构成的、柔性的塑料薄膜、塑料薄板或塑料基板的聚合物材料形式)，以及云母。通过使用由这样的柔性聚合物材料构成的基板，例如，可以将半导体装置内置或集成在具有弯曲形状的显示装置或电子设备中。基板的其它实例包括各种玻璃基板、在其表面上设置有绝缘薄膜的各种玻璃基板、在其表面上设置有绝缘薄膜的石英基板、在其表面上设置有绝缘薄膜的硅基板以及由诸如不锈钢的各种合金或各种金属制成的金属基板。作为具有电子绝缘性能的支持体，可以从前述材料中选择适当的材料。支持体的其它实例包括导电基板(例如，由金属(如金)制成的基板、由高定向石墨制成的基板、不锈钢基板等)。而且，取决于半导体装置的构造和结构，可以将半导体装置设置在支持体上。这样的支持体可以由任何前述材料制成。
构成栅电极、源电极/漏电极和配线的材料的实例包括：金属，诸如铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、钼(Mo)、镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、铟(In)和锡(Sn)；包含这样的金属元素的合金；由这样的金属构成的导电颗粒；以及诸如含杂质的多晶硅的导电材料。可以采用包括层的层状结构，该层的每一层都包含这样的元素。而且，作为构成栅电极、源电极/漏电极和配线的材料，也可以列举诸如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]的有机材料(导电聚合物)。构成栅电极、源电极/漏电极和配线的材料可以相同或不同。
尽管用于形成栅电极、源电极/漏电极和配线的方法随着构成它们的材料而改变，但是其实例包括物理气相沉积法(PVD法)；包括MOCVD法的各种化学气相沉积法(CVD法)；旋涂法；各种印刷法，诸如丝网印刷法、喷墨印刷法、胶版印刷法、反向胶版印刷法、凹版印刷法和微接触法；各种涂覆法，诸如气刮刀涂覆法、刮板涂布法、棒涂覆法、刮刀涂布法、挤压涂覆法、逆转辊涂覆法、转送辊涂覆法、凹版涂覆法、吻合涂覆法、流延涂布法、喷涂法、裂缝涂覆法、辊压机涂覆法和浸渍法；冲压法；剥离法；遮光板法；镀敷法，诸如电解镀法、无电镀法和它们的组合；以及喷涂法。如果有必要，可以将这样的方法与图案化技术组合。而且，PVD法的实例包括：(a)各种真空气相沉积法，诸如电子束加热法、电阻加热法、快速气相沉积法和加热坩埚的方法；(b)等离子体气相沉积法；(c)各种溅射法，诸如二极管溅射法、直流溅射法、直流磁控溅射法、射频溅射法、磁控溅射法、离子束溅射法和偏压溅射法；以及(d)各种离子镀法，诸如直流(DC)法、RF法、多阴极法、活化反应法、电场气相沉积法、射频离子镀法和反应离子镀法。
而且，构成栅极绝缘层的材料的实例包括无机绝缘材料，诸如氧化硅类材料、氮化硅(SiNY)和金属氧化物高介电常数绝缘薄膜；以及有机绝缘材料，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯苯酚(PVP)和聚乙烯醇(PVA)。这些材料可以组合使用。氧化硅类材料的实例包括氧化硅(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃)和低介电常数材料(例如聚芳醚、环全氟碳聚合物、苯并环丁烯、环氟碳树脂、聚四氟乙烯、氟芳基醚、聚氟酰亚胺、无定形碳和有机SOG)。
可替换地，栅极绝缘层可以通过氧化或氮化栅电极的表面而形成，或者通过在栅电极的表面上沉积氧化膜或氮化膜而获得。用于氧化栅电极的表面的方法随着构成栅电极的材料而变化，其实例包括使用O2等离子体的氧化法和阳极氧化法。并且，用于氮化栅电极的表面的方法随着构成栅电极的材料而变化，其实例包括使用N2等离子体的氮化方法。可替换地，例如，当使用由Au制成的栅电极时，可以通过用绝缘分子涂覆栅电极的表面以自组装的方式在栅电极的表面上形成栅极绝缘层，该绝缘分子具有能够与栅电极形成化学键的官能团，诸如直链烃，通过这样的浸渍法的方法，其一端由巯基改性。
用于形成沟道形成区、或者沟道形成区和沟道形成区延长部的方法的实例包括：前述的各种PVD法；旋涂法；前述的各种印刷法；前述的各种涂覆法；浸渍法；流延法；以及喷涂法。根据环境，可以将添加剂(例如，所谓的掺杂材料，诸如n型杂质和p型杂质)加入到根据本发明的第一实施方式或第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物中。
在将根据本发明的实施方式的半导体装置应用到并用于显示装置或各种电子设备的情况下，可以制造许多半导体装置被集成在支持体上的单片集成电路，或者可以在通过切割而分离以制造分立部件时，使用单独的半导体装置。而且，可以用树脂来密封半导体装置。具体地，可以将根据本发明的实施方式的半导体装置用于液晶显示装置、有机电致发光设备、电子纸、各种传感器、RFID(射频识别卡)等。
实施例1
实施例1涉及根据本发明的第一实施方式的蒽嵌蒽类化合物。实施例1的蒽嵌蒽类化合物是由以下结构式(1)表示的蒽嵌蒽类化合物(低聚二硫属杂蒽嵌蒽类化合物)。
A部、B部和C部中的每一个本身是通过用任何包括氢原子的前述取代基来取代二氧杂蒽嵌蒽类化合物，具体地在从1位至5位和从7位至11位的6，12-二氧杂蒽嵌蒽(所谓的迫呫吨并呫吨，“PXX”)而获得的有机半导体材料。此处，X表示属于第16族的元素；n表示0至20的整数；以及m表示1至9的整数。
而且，A部中与B部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；B部中与A部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；B部中与C部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；以及C部中与B部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个。
在实施例1中，X为氧(O)元素；n为0；并且m为1。因此，B部不存在；并且给出了以下的不同解释：A部中与C部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；并且C部中与A部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个。具体地，A部中与C部的键合位置是3位的1个部位；并且C部至A部中键合位置是10位的1个部位。此外，在A部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子；而R9是芳烷基，具体地，为乙基芳基，并且更具体地为乙基苯基。此外，在C部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子；并且R3是芳烷基，具体地，是乙基芳基，并且更具体地，是乙基苯基。
更具体地，实施例1的蒽嵌蒽类化合物由以下结构式(3)表示。并且，在图1A中示出了实施例1的蒽嵌蒽类化合物的合成方案。即，在钯催化剂存在的情况下，使当量的3，9-二溴-迫呫吨并呫吨和对乙基苯硼酸进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应(参见Miyaura，N.和Suzuki，A.，J.Chem.Soc.，Chem.Commun.，1979，866；以及Miyaura，N.，Yamada，K.和Suzuki，A.，Tetrahedron Lett.，1979，3437)，从而获得化合物(a)。随后，在钯催化剂存在的情况下，使化合物(a)和0.5当量的二(频哪酮)二硼进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应，从而获得化合物(b)。而且，在钯催化剂存在的情况下，使当量的化合物(a)和化合物(b)进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应，由此可以获得由结构式(3)表示的化合物。
Figure BSA00000172620200161
在实施例1，或者如后面描述的实施例2至3中的每一个的蒽嵌蒽类化合物中，重复单元(单体单元)在大气中是稳定的。即，由于在实施例1或如后面描述的实施例2至3中的每一个的在单体单元(其主要骨架由PXX构成)的6位和12位的碳原子被属于第16族的元素(具体地，氧元素)取代，该部位不再是反应活性部位；并且化合物难以通过氧、光、水、高温等引起分解反应，并且在大气中的稳定性极好。而且，重复单元(单体单元)具有宽π体系。即，化合物具有更多的芳香环，并且其π电子共轭区变宽。因此，实施例1或如后面描述的实施例2至3中的每一个的蒽嵌蒽类化合物在相邻分子之间形成更大的轨道重叠(所谓的π-π堆叠等)，并且可以增强其载流子迁移率。即，根据实施例1或如后面描述的实施例2至3中的每一个，可以提供在大气中具有高耐氧化性、耐光性、耐热性、耐水性和耐溶剂性以及具有高载流子迁移率的稳定的有机半导体材料。因此，如后面所描述的，通过由实施例1或如后面描述的实施例2至3中的每一个的蒽嵌蒽类化合物构成有机晶体管的沟道形成区，有机晶体管能够表现出高载流子迁移率，并且即使在大气中在高温下进行热处理之后，也能够保持高稳定性和高载流子迁移率。而且，实施例1或如后面描述的实施例2至3中的每一个的蒽嵌蒽类化合物具有高稳定性，因此，可以加宽半导体装置的制造工艺的宽度。
实施例2
实施例2是实施例1的变形。在实施例1中，将n设定为0，而在实施例2中，将n设定为1。
具体地，A部中与B部的键合位置是3位处的1个部位；而B部中与A部的键合位置是10位处的1个部位。并且，B部中与C部的键合位置是3位处的1个部位；而C部中与B部的键合位置是10位处的1个部位。在A部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子；并且R9是芳烷基，具体地，是乙基芳基，并且更具体地，是乙基苯基。并且，在B部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子。而且，在C部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子；而R3是芳烷基，具体地，是乙基芳基，并且更具体地，是乙基苯基。
更具体地，实施例2的蒽嵌蒽类化合物由以下结构式(4)表示。而且，在图1B中示出了实施例2的蒽嵌蒽类化合物的合成方案。即，在钯催化剂存在的情况下，使3，9-二溴-迫呫吨并呫吨和2当量的化合物(b)进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应，由此可以获得由结构式(4)表示的化合物。
Figure BSA00000172620200181
实施例3
实施例3涉及根据本发明的第二实施方式的蒽嵌蒽类化合物。实施例3的蒽嵌蒽类化合物是由以下结构式(2)表示的蒽嵌蒽类化合物(低聚二硫属杂蒽嵌蒽类化合物)。
Figure BSA00000172620200182
在前述结构式(2)中，
X表示属于第16族的元素；
n表示0至20的整数；
m表示0至9的整数9；以及
[Y]和[Z]中的每一个独立地表示选自由烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳香杂环、杂环基、烷氧基、环烷氧基、芳氧基、烷硫基、环烷硫基、芳硫基、烷氧羰基、芳氧羰基、氨磺酰基、酰基、酰氧基、酰胺基、氨基甲酰基、脲基、亚硫酰基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基、氟化烃基、氰基、硝基、羟基、巯基和甲硅烷基组成的组中的一种成员的官能团；
并且，A部中与[Y]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；B部中与[Y]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；B部中与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；并且C部中与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个。
在实施例3中，X为氧(O)元素；n为0；并且m为1。因此，B部和[Y]不存在；并且给出了以下的不同解释：A部中与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个。具体地，A部中与[Z]的键合位置是3位的1个部位；而C部中与[Z]的键合位置是10位的1个部位。并且，在A部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子；而R9是芳烷基，具体地，是乙基芳基，并且更具体地，是乙基苯基。并且，在C部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子；而R3是芳烷基，具体地，是乙基芳基，并且更具体地，是乙基苯基。而且，[Z]是芳基，并且具体地，是苯基。
更具体地，实施例3的蒽嵌蒽类化合物由下述结构式(5)表示。而且，在图2中示出了实施例3的蒽嵌蒽类化合物的合成方案。即，在钯催化剂存在的情况下，使对苯撑二硼酸和2当量的化合物(a)进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应，由此可以获得由结构式(5)表示的化合物。
Figure BSA00000172620200201
在实施例3中，例如，n也可以设置为1。具体地，例如，将A部中与[Y]的键合位置设置为3位的1个部位，而将B部中与[Y]的键合位置设置为10位的1个部位。并且，将B部中与[Z]的键合位置设置为3位的1个部位，而将C部中与[Z]的键合位置设置为10位的1个部位。而且，在A部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子；而R9是芳烷基，具体地，是乙基芳基，并且更具体地，是乙基苯基。并且，在B部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子。而且，在C部中，取代基R1、R2、R4、R5、R7、R8、R10和R11中的每一个是氢原子；而R3是芳烷基，具体地，是乙基芳基，并且更具体地，是乙基苯基。而且，[Y]是芳基，具体地，是苯基。此外，[Z]是烷基，并且具体地，是乙基。
实施例4
实施例4涉及根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的各个半导体装置。实施例4的半导体装置(具体地，场效应晶体管(FET))包括基板，在该基板上具有栅电极、栅极绝缘层、源电极/漏电极以及沟道形成区，其中沟道形成区由前述结构式(1)表示的蒽嵌蒽类化合物构成。可替换地，实施例4的半导体装置包括基板，在该基板上具有栅电极、栅极绝缘层、源电极/漏电极以及沟道形成区，其中沟道形成区由前述结构式(2)表示的蒽嵌蒽类化合物构成。
更具体地，如在图3A的示意性局部剖视图中所示，实施例4的半导体装置是所谓的底栅/顶接触型FET(更具体地TFT)，包括：
(A)形成在基板10、11上的栅电极12；
(B)形成在栅电极12上的栅极绝缘层13；
(C)形成在栅极绝缘层13上的沟道形成区14和沟道形成区延长部14A；以及
(D)形成在沟道形成区延长部14A上的源电极/漏电极15。
基板10、11由玻璃基板构成的基板10以及形成在其表面上并且由SiO2制成的绝缘薄膜11构成；栅电极12和源电极/漏电极15中的每一个由金属薄膜构成；并且栅极绝缘层13由SiO2制成。并且，沟道形成区14和沟道形成区延长部14A中的每一个由在实施例1至3中描述的蒽嵌蒽类化合物中的任何一个构成。此处，更具体地，栅电极12和栅极绝缘层13中的每一个形成在绝缘薄膜11上。
下面描述底栅/顶接触型FET(具体地，TFT)的制造方法的概要。
[步骤500A]
首先，在基板(玻璃基板10，在基板10的表面上形成由SiO2制成的绝缘薄膜11)上形成栅电极12。具体地，基于光刻技术，在绝缘薄膜11上形成抗蚀剂层(未示出)，其中除去将要形成栅电极12的部分。之后，将作为接触层的铬(Cr)层(未示出)以及作为栅电极12的金(Au)层依次通过真空气相沉积法沉积在整个表面上，然后除去抗蚀剂层。因此基于所谓的剥离法，可以获得栅电极12。
[步骤510A]
随后，在包括栅电极12的基板(绝缘薄膜11)上形成栅极绝缘层13。具体地，基于溅射法，在栅电极12和绝缘薄膜11上形成由SiO2制成的栅极绝缘层13。在沉积栅极绝缘层13的过程中，通过用硬掩模覆盖栅电极12的一部分，在不采用光刻工艺的情况下，可以形成栅电极12的取出部(未示出)。
[步骤520A]
随后，在栅极绝缘层13上形成沟道形成区14和沟道形成区延长部14A。具体地，基于真空气相沉积法，沉积在前述实施例1至3中描述的任何一种蒽嵌蒽类化合物。
[步骤530A]
之后，在沟道形成区延长部14A上形成源电极/漏电极15以便在其间插入沟道形成区14。具体地，基于真空气相沉积法，将作为接触层的铬(Cr)层(未示出)以及作为源电极/漏电极15的金(Au)层依次沉积在整个表面上。因此获得了图3A所示的结构。在沉积源电极/漏电极15的过程中，通过用硬掩模覆盖沟道形成区延长部14A的一部分，在不采用光刻工艺的情况下，可以形成源电极/漏电极15。
[步骤540A]
最后，在整个表面上形成作为钝化膜的绝缘层(未示出)；在源电极/漏电极15的上部中的绝缘层上形成开口；在包括开口内部的整个表面上形成配线材料层；然后对配线材料层进行图案化。因此，可以获得这样的底栅/顶接触型FET(TFT)，其中连接至源电极/漏电极15的配线(未示出)形成在绝缘层上。
FET并不限于图3A所示的所谓的底栅/顶接触型，除此之外，FET也可以形成为所谓的底栅/底接触型、所谓的顶栅/顶接触型或所谓的顶栅/底接触型。
在图3B中示出了其示意性局部剖视图的、所谓的底栅/底接触型FET(更具体地TFT)包括：
(A)形成在基板10、11上的栅电极12；
(B)形成在栅电极12上的栅极绝缘层13；
(C)形成在栅极绝缘层13上的源电极/漏电极15；以及
(D)位于源电极/漏电极15之间并且形成在栅极绝缘层13上的沟道形成区14。
下面描述底栅/底接触型TFT的制造方法的概要。
[步骤500B]
首先，与步骤500A类似，在基板(绝缘薄膜11)上形成栅电极12；之后，与步骤510A类似，在栅电极12和绝缘薄膜11上形成栅极绝缘层13。
[步骤510B]
随后，在栅极绝缘层13上形成由金(Au)层构成的源电极/漏电极15。具体地，基于光刻技术，形成抗蚀剂层，其中除去将要形成源电极/漏电极15的部分。然后，与步骤500A类似，通过真空气相沉积法将作为接触层的铬(Cr)层(未示出)和作为源电极/漏电极15的金(Au)层依次沉积在抗蚀剂层和栅极绝缘层13上，之后，除去抗蚀剂层。因此基于所谓的剥离法可以获得源电极/漏电极15。
[步骤520B]
之后，基于与在步骤520A中相同的方式，在位于源电极/漏电极15之间的栅极绝缘层13的一部分上形成沟道形成区14。因此获得了图3B所示的结构。
[步骤530B]
最后，通过执行与在步骤540A中相同的步骤，可以获得底栅/底接触型FET(TFT)。
在图4A中示出其示例性局部剖视图的、所谓的顶栅/顶接触型FET(更具体地TFT)包括：
(A)形成在基板10、11上的沟道形成区14和沟道形成区延长部14A；
(B)形成在沟道形成区延长部14A上的源电极/漏电极15；
(C)形成在源电极/漏电极15和沟道形成区14上的栅极绝缘层13；以及
(D)形成在栅极绝缘层13上的栅电极12。
下面描述顶栅/顶接触型TFT的制造方法的概要。
[步骤500C]
首先，基于与在步骤520A中相同的方式，在基板(玻璃基板10，其中在其表面上形成由SiO2制成的绝缘薄膜11)上形成沟道形成区14和沟道形成区延长部14A。
[步骤510C]
随后，在沟道形成区延长部14A上形成源电极/漏电极15，使得在其间插入沟道形成区14。具体地，基于真空气相沉积法，在整个表面上依次形成作为接触层的铬(Cr)层(未示出)和作为源电极/漏电极15的金(Au)层。在沉积源电极/漏电极15的过程中，通过用硬掩模覆盖沟道形成区延长部中的一部分，在不采用光刻工艺的情况下便可以形成源电极/漏电极15。
[步骤520C]
接着，在源电极/漏电极15和沟道形成区14上形成栅极绝缘层13。具体地，通过用旋涂法在整个表面上沉积PVA，可以获得栅极绝缘层13。
[步骤530C]
之后，在栅极绝缘层13上形成栅电极12。具体地，基于真空气相沉积法将作为接触层的铬(Cr)层(未示出)以及作为栅电极12的金(Au)层依次沉积在整个表面上。因此可以获得图4A中所示的结构。在沉积栅电极12的过程中，通过用硬掩模覆盖栅极绝缘层13的一部分，在不采用光刻工艺的情况下便可以形成栅电极12。最后，通过执行与在步骤540A中相同的步骤，可以获得顶栅/顶接触型FET(TFT)。
在图4B中示出其示意性局部剖视图的、所谓的顶栅/底接触型FET(更具体地，TFT)包括：
(A)形成在基板10、11上的源电极/漏电极15；
(B)形成在位于源电极/漏电极15之间的基板10、11上的沟道形成区14；
(C)形成在沟道形成区14上的栅极绝缘层13；以及
(D)形成在栅极绝缘层13上的栅电极12。
下面描述顶栅/底接触型TFT的制造方法的概要。
[步骤500D]
首先，在基板(玻璃基板10，其中在其表面上形成由SiO2制成的绝缘薄膜11)上形成源电极/漏电极15。具体地，基于真空气相沉积法，形成作为接触层的铬(Cr)层(未示出)和作为源电极/漏电极15的金(Au)层。在沉积源电极/漏电极15的过程中，通过用硬掩模覆盖基板(绝缘薄膜11)的一部分，在不采用光刻工艺的情况下便可以形成源电极/漏电极15。
[步骤510D]
之后，基于与在步骤520A中相同的方式，在位于源电极/漏电极15之间的基板(绝缘薄膜11)上形成沟道形成区14。实际上，在源电极/漏电极15上形成沟道形成区延长部14A。
[步骤520D]
随后，以与在步骤520C中相同的方式，在源电极/漏电极15和沟道形成区14上(实际上，在沟道形成区14和沟道形成区延长部14A上)形成栅极绝缘层13。
[步骤530D]
之后，以与在步骤530C中相同的方式，在栅极绝缘层13上形成栅电极12。因此可以获得在图4B中所示的结构。最后，通过执行与步骤540A中相同的步骤，可以获得顶栅/底接触型FET(TFT)。
已经基于优选的实施例描述了本发明。但是，不应理解为本发明限于这些实施例。半导体装置的结构和构造、制造条件和制造方法仅是示例并且可以适当地改变。在通过根据本发明的实施方式获得的半导体装置应用到或用于显示装置或各种电子设备的情况下，可以制造许多FET被集成在支持体或支持件上的单片集成电路；或者在通过切割而分离以生产分离部件的情况下使用单独的FET。
本领域的普通技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种变形、组合、子组合以及改变，只要它们在所附权利要求书的范围内或其等同范围内。

Claims (10)

1.一种由以下结构式(1)表示的蒽嵌蒽类化合物：
Figure FSA00000172620100011
其中
X表示属于第16族的元素；
n表示0至20的整数；
m表示1至9的整数；
A部中与B部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
B部中与A部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
B部中与C部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
C部中与B部的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；以及
取代基R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10和R11中的每一个独立地表示选自由氢原子、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳香杂环、杂环基、烷氧基、环烷氧基、芳氧基、烷硫基、环烷硫基、芳硫基、烷氧羰基、芳氧羰基、氨磺酰基、酰基、酰氧基、酰胺基、氨基甲酰基、脲基、亚硫酰基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基、卤素原子、氟化烃基、氰基、硝基、羟基、巯基和甲硅烷基组成的组中的一种的取代基。
2.根据权利要求1所述的蒽嵌蒽类化合物，其中
所述取代基R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10和R11中的每一个独立地表示选自由烷基、烯基、芳基、芳烷基、芳香杂环和卤素原子组成的组中的取代基。
3.根据权利要求1所述的蒽嵌蒽类化合物，其中
X是氧元素。
4.一种由以下结构式(2)表示的蒽嵌蒽类化合物：
Figure FSA00000172620100021
其中
X表示属于第16族的元素；
[Y]和[Z]中的每一个独立地表示选自由烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳香杂环、杂环基、烷氧基、环烷氧基、芳氧基、烷硫基、环烷硫基、芳硫基、烷氧羰基、芳氧羰基、氨磺酰基、酰基、酰氧基、酰胺基、氨基甲酰基、脲基、亚硫酰基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基、氟化烃基、氰基、硝基、羟基、巯基和甲硅烷基组成的组中的一种的官能团；
n表示0至20的整数；
m表示1至9的整数；
A部中与[Y]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
B部中与[Y]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
B部中与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；
C部中与[Z]的键合位置是从1位至5位和从7位至11位中的至少一个；以及
取代基R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10和R11中的每一个独立地表示选自由氢原子、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳香杂环、杂环基、烷氧基、环烷氧基、芳氧基、烷硫基、环烷硫基、芳硫基、烷氧羰基、芳氧羰基、氨磺酰基、酰基、酰氧基、酰胺基、氨基甲酰基、脲基、亚硫酰基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基、卤素原子、氟化烃基、氰基、硝基、羟基、巯基和甲硅烷基组成的组中的一种的取代基。
5.根据权利要求4所述的蒽嵌蒽类化合物，其中
所述取代基R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10和R11中的每一个独立地表示选自由烷基、烯基、芳基、芳烷基、芳香杂环和卤素原子组成的组中的取代基。
6.根据权利要求4所述的蒽嵌蒽类化合物，其中
X是氧元素。
7.一种半导体装置，包括：
基板，在所述基板上具有
栅电极，
栅极绝缘层，
源电极/漏电极，以及
沟道形成区，其中
所述沟道形成区由根据权利要求1所述的蒽嵌蒽类化合物构成。
8.一种半导体装置，包括：
基板，在所述基板上具有
栅电极，
栅极绝缘层，
源电极/漏电极，以及
沟道形成区，其中
所述沟道形成区由根据权利要求4所述的蒽嵌蒽类化合物构成。
9.根据权利要求7或8所述的半导体装置，其中
所述取代基R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10和R11中的每一个独立地表示选自由烷基、烯基、芳基、芳烷基、芳香杂环和卤素原子组成的组中的取代基。
10.根据权利要求7或8所述的半导体装置，其中
X是氧元素。
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