CN102227484A - 有机半导体 - Google Patents

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Abstract

包含式(I)的结构的有机半导体化合物：其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4独立地包含单环芳环并且Ar1、Ar2、Ar3和Ar4的至少之一被至少一个取代基X取代，该取代基各自可以相同或不同并选自(i)具有1至20个碳原子的任选取代的直链、支化或环状烷基链，烷氧基，氨基，酰氨基，甲硅烷基或烯基，或者(ii)可聚合或反应性基团，该基团选自卤素、硼酸、二硼酸以及硼酸和二硼酸的酯、亚烷基和甲锡烷基，并且其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4可以各自任选地稠合到一个或多个另外的环上。该有机半导体化合物在有机半导体器件例如薄膜晶体管中用作活性层。

Description

有机半导体
技术领域
本发明总体上涉及有机半导体材料，并且具体地涉及用于形成薄膜晶体管的一部分的有机半导体。
背景技术
晶体管可分为两个主要类型：双极结晶体管和场效应晶体管。两种类型均具有包括三个电极的共同结构，其具有在沟道区中设置于其间的半导体材料。双极结晶体管的三个电极称为发射极、集电极和基极，而在场效应晶体管中，三个电极称为源极、漏极和栅极。由于在发射极和集电极之间的电流通过在基极和发射极之间流动的电流进行控制，因此双极结晶体管可描述为电流操作器件。相反，由于源极和漏极之间流动的电流通过栅极和源极之间的电压进行控制，因此场效应晶体管可描述为电压操作器件。
根据是否包括分别传导正电荷载流子(空穴)或负电荷载流子(电子)的半导体材料，晶体管也可分成p型和n型。半导体材料可根据其接收、传导和给予电荷的能力进行选择。半导体材料接收、传导和给予空穴或电子的能力可通过将材料掺杂而增强。
例如，p型晶体管器件可通过选择在接收、传导和给予空穴方面有效的半导体材料，以及选择在从该半导体材料接收和注入空穴方面有效的源极和漏极材料而形成。电极中费米能级与半导体材料的HOMO能级的良好能级匹配能增强空穴注入和接收。相反，n型晶体管器件可通过选择在接收、传导和给予电子方面有效的半导体材料，和选择在向该半导体材料注入电子和自该半导体材料接收电子方面有效的源极和漏极材料而形成。电极中费米能级与半导体材料的LUMO能级的良好能级匹配能增强电子注入和接收。晶体管可通过将组分沉积成薄膜以形成薄膜晶体管(TFT)来形成。当有机材料用作这种器件中的半导体材料时，其称为有机薄膜晶体管(OTFT)。
OTFT可以通过低成本、低温方法如溶液处理进行制造。而且，OTFT与柔性塑料基片兼容，提供了在卷对卷(roll-to-roll)工艺中在柔性基片上大规模制造OTFT的前景。
参见图4，底栅有机薄膜晶体管(OTFT)的一般结构包括沉积于基片10上的栅极12。介电材料的绝缘层11沉积于栅极12上方，并且源极和漏极13、14沉积于介电材料的绝缘层11的上方。源极和漏极13、14间隔开，以在其间限定位于栅极12上方的沟道区。有机半导体(OSC)材料15沉积于沟道区中以连接源极和漏极13、14。OSC材料15可以至少部分地在源极和漏极13、14的上方延伸。
或者，已知在有机薄膜晶体管的顶部上提供栅极以形成所谓的顶栅有机薄膜晶体管。在这样的结构中，源极和漏极沉积于基片上并间隔开，以在其间限定沟道区。有机半导体材料层沉积于沟道区中以连接源极和漏极，并可以至少部分地在源极和漏极上方延伸。介电材料的绝缘层沉积于有机半导体材料上方，并也可以至少部分地在源极和漏极上方延伸。栅极沉积于绝缘层上方并位于沟道区上方。
可在刚性或柔性基片上制造有机薄膜晶体管。刚性基片可选自玻璃或硅，柔性基片可包括薄的玻璃或塑料，如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)、聚碳酸酯和聚酰亚胺。
有机半导体材料可通过使用合适的溶剂而变得可溶液处理。示例性的溶剂包括单烷基苯或多烷基苯，例如甲苯和二甲苯；萘满；和氯仿。优选的溶液沉积技术包括旋涂和喷墨印刷。其他溶液沉积技术包括浸涂、辊印和丝网印刷。
限定在源极和漏极之间的沟道长度可最高达500微米，但是优选该长度小于200微米，更优选小于100微米，最优选小于20微米。
栅极可选自宽范围的导电材料，例如金属(例如金)或金属化合物(例如氧化铟锡)。或者，导电聚合物可沉积为栅极。这种导电聚合物可使用例如旋涂或喷墨印刷以及上述其他溶液沉积技术从溶液沉积。
绝缘层包含介电材料，该介电材料选自具有高电阻率的绝缘材料。电介质的介电常数k典型为大约2-3，尽管具有高k值的材料是所希望的，因为OTFT可获得的电容与k成正比，并且漏极电流ID与电容成正比。因而，为了以低工作电压来获得高漏极电流，具有在沟道区内的薄电介质层的OTFT是优选的。
介电材料可以是有机的或无机的。优选的无机材料包括SiO2、SiNx和旋涂玻璃(SOG)。优选的有机材料一般为聚合物并且包括绝缘聚合物，例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、丙烯酸酯类例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟化聚合物以及苯并环丁烷(BCB)(可从Dow Corning公司购得)。绝缘层可以由材料的混合物形成或者包括多层结构。
介电材料可以通过本领域已知的热蒸发、真空处理或层合技术来沉积。或者，可以使用例如旋涂或喷墨印刷技术以及以上所讨论的其它溶液沉积技术将介电材料从溶液沉积。
如果将介电材料由溶液沉积到有机半导体上，则不应当引起有机半导体的溶解。类似地，如果将有机半导体由溶液沉积到介电材料上，则介电材料不应当被溶解。避免该溶解的技术包括：使用正交溶剂，例如使用不溶解在下层的溶剂用于沉积最上层；以及将在下层交联。
绝缘层的厚度优选小于2微米，更优选为小于500nm。
有机半导体是一类具有大范围共轭的丌体系的有机分子，该丌体系允许电子的移动。
用于制备这些分子的优选方法为记载于例如WO 2000/53656中的Suzuki反应(偶联或聚合反应)以及记载于例如T.Yamamoto，“Electrically Conducting And Thermally Stable π-Conjugated Poly (arylene)s Prepared by Organometallic Processes”，Progress in Polymer Science 1993，17，1153-1205中的Yamamoto聚合。这些技术均通过“金属插入”来进行，其中金属配合物催化剂的金属原子插入单体的离去基团和芳基之间。在Yamatomo聚合的情况下，使用镍配合物催化剂；在Suzuki反应的情况下，使用钯配合物催化剂。
例如，在通过Yamatomo聚合的线性聚合物的合成中，使用具有两个反应性卤素基团的单体。类似地，根据Suzuki反应方法，至少一个反应性基团是硼衍生基团例如硼酸或硼酸酯，另一个反应性基团是卤素。优选的卤素是氯、溴和碘，最优选溴。
或者，在聚合或偶联反应中可以使用甲锡烷基作为反应性基团(Stille反应)。
有机半导体的性能通常通过其“电荷迁移率”(cm2V-1s-1)的测量进行评价，该迁移率可以涉及空穴或电子的迁移率。该测量涉及载荷子对跨材料施加的电场的漂移速度。
具有相对较高的迁移率的有机半导体往往是包含下述化合物的有机半导体：该化合物具有刚性平面结构，该结构具有大范围共轭，该共轭允许固态下的有效的π-π叠置。
WO 2007/068618记载了多种有机半导体，其各自包含具有被乙炔基团取代的中心苯环的稠合芳环的阵列。
JP 2007/088222和WO 2007/116660记载了小分子、低聚物和聚合物形式的苯并二噻吩及其衍生物作为有机半导体的用途。
然而，使化合物形成这样的π-π叠置所需的提高的共轭水平也导致半导体的带隙以及稳定性的降低，这导致差的性能和短的寿命。此外，这些化合物会由于获得大范围共轭所需的分子尺寸而高度不溶，这对合成造成特别的问题，并使得其在有效的晶体管生产方法例如喷墨印刷中的使用变得困难。
发明内容
本发明旨在提供具有高迁移率、良好的溶解性和良好的稳定性(特别是在环境条件下的稳定性，例如对氧化的稳定性)的有机半导体。
第一方面，本发明涉及包含式(I)的有机半导体化合物的有机半导体器件：
Figure BDA0000064178100000041
其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4独立地包含单环芳环并且Ar1、Ar2、Ar3和Ar4的至少之一被至少一个取代基X取代，该取代基各自可以相同或不同并选自(i)具有1至20个碳原子的任选取代的直链、支化或环状烷基链，烷氧基，氨基，酰氨基(amido)，甲硅烷基或烯基，或者(ii)可聚合或反应性基团，该基团选自卤素、硼酸、二硼酸以及硼酸和二硼酸的酯、亚烷基和甲锡烷基，并且其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4可以各自任选地稠合到一个或多个另外的环上。
基团Ar1、Ar2、Ar3和Ar4可以是碳环或杂环芳族的。优选地，Ar1、Ar2、Ar3和Ar4独立地为苯或噻吩。
优选地，提供多个取代基X。优选的是，至少一个非末端环(Ar1或Ar2)被取代。在一个优选实施方案中，在同一芳环上、优选Ar1上提供至少两个取代基X。
以上所述的策略性地定位的取代基X增强溶解性，使得该化合物可溶液处理。此外，这些取代基使得该化合物的介晶区自配向(self-align)成密集层状片的区域规整结构。
用于增溶的优选取代基为烷基，优选C4-C18烷基，最优选辛基、癸基和己基癸基。
同时，本发明化合物所提供的大的、刚性的共面结构产生了扩展的丌共轭和提高的分子间和分子内迁移率。
优选地，Ar2至Ar4的某些或全部包含杂环芳基。
式(I)的化合物可以稠合到一个或多个另外的芳基上。因而，在一个优选的实施方案中，一个另外的芳基Ar5与Ar3稠合以提供结构：
该另外的芳基Ar5可以包含杂环芳基。在这种情况下，优选至少在非末端芳基Ar1、Ar2和Ar3的一个或多个上提供取代基X。
Ar4和Ar5各自被任选地取代。
在某些实施方案中，Ar4可以稠合到一个另外的芳基体系Ar6上以提供结构：
Figure BDA0000064178100000052
该芳基体系Ar6被任选地取代并可以包含杂环芳基。
在这种情况下，优选在非末端芳基Ar1、Ar2、Ar3和Ar4的一个或多个上提供取代基X。
在一些实施方案中，Ar5稠合到一个另外的芳基体系Ar7上以提供结构：
Figure BDA0000064178100000061
其中芳基体系Ar7被任选地取代并且可以包含杂环芳基。
在这种情况下，优选在非末端芳基Ar1、Ar2、Ar3、Ar4和Ar5的一个或多个上提供取代基X。
以上结构图示了具有4至7个稠合环的化合物，然而应当理解的是，其它另外的环可以稠合到这些化合物上以形成具有在8个或更多个稠合环中扩展的共轭的化合物。
优选地，结构II包含：
Figure BDA0000064178100000062
其中Z1和Z2独立地为S、O、Se或NR；W1和W2独立地为S、O、Se、NR或-CR＝CR-；R为H或取代基；并且X1和X2可以相同或不同，选自取代基X。
优选地，结构IV包含结构：
Figure BDA0000064178100000063
其中V1和V2独立地为S、O、Se、NR、NR或-CR＝CR-。
更优选地，结构IV包含结构：
优选地，结构I至IV的末端芳基之一或两者被一个或多个取代基X取代，所述取代基之一包含反应性或可聚合基团或者具有1至20个碳原子的任选取代的直链、支化或环状烷基链，烷氧基，氨基，酰氨基，甲硅烷基，烷基或烯基，其余基团独立地包含氢或具有1至20个碳原子的任选取代的直链、支化或环状烷基链，烷氧基，氨基，酰氨基，甲硅烷基，烷基或烯基。
反应性或可聚合基团优选独立地包含结构部分例如卤素；硼酸、二硼酸以及硼酸和二硼酸的酯；亚烷基；以及甲锡烷基。
末端芳基表示稠合到仅一个其它芳基上的芳基，例如结构III具有末端芳基Ar4和Ar3，而结构IV具有末端芳基Ar6和Ar7。例如，结构IV可以包含结构：
Figure BDA0000064178100000071
其中X1-X10可以相同或不同，选自上述取代基X。
在一些实施方案中，该化合物包含小分子，该小分子包含任何结构I至IV。在其它实施方案中，该化合物可以包含具有重复单元的低聚物或聚合物，所述重复单元包含任何结构I至IV。
在一种实施方案中，该有机半导体器件是薄膜晶体管。
第二方面，本发明涉及包含本文中所述的薄膜晶体管的光学器件。在第二方面的一种实施方案中，该光学器件是有机电致发光器件。在另一种实施方案中，该光学器件是光响应器件例如光伏器件或光传感器。
第三方面，本发明提供包含结构I至IV中的一种或多种的有机半导体化合物。
再一方面，本发明涉及用于形成薄膜晶体管的溶液，该溶液具有溶质以及溶剂，所述溶质包含包含结构I至IV中的一种或多种的化合物。优选地，该溶剂选自取代的苯，优选被选自卤素和烷基一个或多个取代基取代的苯，例如萘满、正丁基苯、甲苯、氯苯和1，3，5-三甲基苯。
优选地，式(I)的化合物的浓度大于0.5％重量/体积，优选1.0％w/v并且最优选2.0％w/v。该浓度可以通过提供增溶基团X而获得。
再一方面，本发明涉及形成晶体管的方法，该方法包括将具有溶质的溶液施加到基片上，所述溶质包含包含任何结构I至IV的化合物。优选地，该溶液通过喷墨印刷进行施加。
再一方面，本发明涉及用于合成半导体化合物的方法，该方法包括使一个或多个另外的芳基稠合到包含以下结构的化合物上：
Figure BDA0000064178100000081
其中Z1和Z2独立地为S、O、Se或NR，其中R为H或者取代基，并且X1和X2独立地包含以下之一：(i)具有1至20个碳原子的任选取代的直链、支化或环状烷基链，烷氧基，氨基，酰氨基，甲硅烷基或烯基，其中2个或更多个取代基X可以连接以形成环，或者(ii)可聚合或反应性基团，该基团选自卤素、硼酸、二硼酸以及硼酸和二硼酸的酯、亚烷基和甲锡烷基；并且其中该一个或多个另外的芳基可以是杂环。
优选地，结构I-IV通过Suzuki反应(这是可取的，因为它避免了其它方法涉及的苛刻的反应条件以及金属催化剂残留的问题)以及随后的酸诱导分子内环化反应而合成。
根据本发明的示例化合物包括以下化合物：
Figure BDA0000064178100000082
其中X11-X13可以相同或不同，选自上述取代基X。
如果需要，这些化合物的聚合可以使用诸如Suzuki、Stillie或Yamamoto聚合的技术进行。通过这些聚合方法形成的示例聚合物为以下聚合物：
Figure BDA0000064178100000091
附图说明
下面将以仅为示例的方式并参照附图说明本发明的实施方案，在图中：
图1示出了根据本发明的化合物的合成，这也记载于中间体1至4以及实施例1中。
图2示出了实施例3的有机场效应晶体管器件的性能数据，该器件包含实施例1中合成的半导体。
图3示出了实施例3的有机场效应晶体管器件的性能数据，该器件包含实施例1中合成的半导体。
图4是根据现有技术的底栅有机薄膜晶体管的一般结构的示意图。
图5是根据本发明一种实施方案包含在公共基片上制造的有机薄膜晶体管和相邻的有机发光器件的像素的示意图。
图6是根据本发明一种实施方案与有机发光器件呈叠置关系制造的有机薄膜晶体管的示意图。
具体实施方式
在整个以下说明中，将用类似的附图标记指代类似的部分。
根据本发明的有机半导体可以如下所述通过Suzuki偶联反应以及随后的酸诱导分子内环化反应而制备[图1]。
中间体1
Figure BDA0000064178100000101
将3-溴噻吩(100g，0.61mol)在二乙醚(750ml)中的溶液在氮中冷却至-78℃并滴加正丁基锂(294.4ml，0.74mmol，2.5M于己烷中)。在该温度下搅拌另外20分钟后，将混合物通过套管转移到甲基二硫化物(144.3g，1.53mmol)在二乙醚(550ml)中的冰冷溶液中；将反应混合物温热至室温并在该温度下再搅拌12小时。加入水(500ml)并将有机层分离，用水洗涤，干燥(MgSO4)并在减压下浓缩。粗产物的蒸馏得到黄色油状的中间体1(43.1g，54％，70℃，15mmHg)。
中间体2
Figure BDA0000064178100000102
在15℃下向中间体1(42g，0.32mol)在乙酸(200ml)中的搅拌溶液中分批加入N-溴琥珀酰亚胺(57.4g，0.32mol)，加入的速率使得保持温度在15℃和17℃之间。使得到的混合物过夜温热至室温，倒入水中并用二氯甲烷萃取。将有机相用水、饱和NaHCO3水溶液洗涤，干燥(MgSO4)并在减压下浓缩。通过柱色谱纯化(硅胶，己烷)得到无色油状的中间体2(32g，48％)。
中间体3
在0℃下向中间体2(18g，86.1mmol)在二氯甲烷(360ml)中的溶液中分批加入3-氯-过苯甲酸(31.2g，90.4mmol，50-55％)，并使得到的溶液在室温下搅拌12小时。将反应混合物用Na2CO3水溶液洗涤，干燥(MgSO4)并在减压下浓缩，得到黄色油状的中间体3(15.2g，78％)。将其在不进行任何进一步纯化的情况下使用。1H NMR(CDCl3，400MHz)δppm 7.44(1H，d，J＝6.3Hz)，7.36(1H，d，J＝6.3Hz)，2.80(3H，s)。
中间体4
将中间体3(11.2g，49.75mmol)和2，5-二辛基亚苯基-1，4-双(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂环戊硼烷(borolate))(12g，21.66mmol)在甲苯中的溶液用氮气脱气1小时。加入Pd(PPh3)4(1.25g，0.05mol％)然后加入K2CO3溶液(10％，8.97g，64.90mmol)，并在另外5分钟后加入几滴Aliquat336，并使混合物在回流下搅拌24小时。将混合物用甲苯稀释，将含水相分离，并将有机相通过C盐(celite)过滤，用水洗涤，干燥(MgSO4)并在减压下浓缩。通过柱色谱纯化(硅胶，10％甲醇/二氯甲烷)得到米色固体状的中间体4(10.3g，HPLC 82％)，将其在不进行进一步纯化的情况下使用。1H NMR(CDCl3，400MHz)δppm 7.60(2H，d，J＝5.9Hz)，7.53(2H，d，J＝5.9Hz)，7.14(2H，s)，2.70(6H，s)，2.52(4H，m)，1.48(4H，m)，1.20(20H，m)，0.85(6H，t，J＝7.4Hz)。
实施例1
Figure BDA0000064178100000113
将中间体4(1g，1.69mmol)在伊顿试剂(7ml)中的溶液在室温下在黑暗中搅拌48小时。将暗绿色溶液倒入冰水(100ml)中，并将得到的粘性褐色固体溶解于吡啶(60ml)中，并将溶液在回流下搅拌18小时。将混合物冷却，倒入二氯甲烷(600ml)中，并用2M HC1和水彻底洗涤，然后将其干燥(MgSO4)并在减压下浓缩。通过柱色谱纯化(硅胶，5％二氯甲烷：己烷)得到白色固体状的实施例1(240mg，35％，HPLC 99.6％)；mp(DSC)126.5℃；1H NMR(CDCl3，400MHz)δppm 7.57(2H，d，J＝4.8Hz)，7.37(2H，d，J＝4.8Hz)，3.27(4H，t，J＝8Hz)，1.85(4H，m)，1.61(4H，m)，1.40(4H，m)，1.30(12H，m)，0.88(6H，t，J＝7.4Hz)。
实施例2
Figure BDA0000064178100000121
通过Suzuki偶联反应和随后的酸诱导的分子内环化反应，实施例2以与实施例1所述类似的方式合成。
实施例3
将使用实施例1的化合物作为活性层的有机场效应晶体管器件制备成顶栅、底触点器件。通过在玻璃基片上的剥离(lift off)限定金源漏触点。限定10-200微米的沟道长度和2mm的宽度。通过由2％的萘满溶液以1000rpm的转速在清洁的基片上旋涂实施例1的化合物60秒而制备器件。然后将膜在80℃下在热板上干燥10分钟，并在金属块(metal block)上冷却1分钟。将氟化介电材料由含氟溶剂旋涂到半导体层上，在80℃下在热板上干燥10分钟，并在金属块上冷却1分钟。在100微米的沟道长度下，观察到最高饱和迁移率为0.71cm2/Vs。得到～104的开关比。在-40V Vg或者16V/100nm的栅场(gate field)下通过外推法计算得到27kOhm-cm的接触电阻[图2]。
实施例4
将使用实施例2的化合物作为活性层的有机场效应晶体管器件制备成顶栅、底触点器件。通过在玻璃基片上的剥离限定金源漏触点。限定10-200微米的沟道长度和2mm的宽度。通过由2％的1，3，5-三甲基苯溶液以1000rpm的转速在清洁的基片上旋涂实施例2的化合物60秒而制备器件，在将半导体溶液、基片和旋涂器卡盘均提升至升高的温度(80℃)之后立即进行材料的旋涂步骤。然后将膜在80℃下在热板上干燥5分钟，并在金属块上冷却1分钟。将氟化介电材料由含氟溶剂旋涂到半导体层上，在80℃下在热板上干燥10分钟，并在金属块上冷却1分钟。在50微米的沟道长度下，观察到最高饱和迁移率为0.05cm2/Vs。得到10-5的开关比。在-40V Vg或者16V/100nm的栅场下通过外推法计算得到180kOhm-cm的接触电阻[图3]。
得到的化合物易溶，因而可以通过喷墨印刷施加到基片上，以在薄膜晶体管中提供半导体层15，如图4中所示。
这样的有机薄膜晶体管(OTFT)的一种应用是驱动光学器件中、优选有机光学器件中的像素。该光学器件的实例包括光响应器件，特别是光电探测器，和发光器件，特别是有机发光器件。OTFT特别适合用于有源矩阵有机发光器件，例如用于显示器应用中。
图5示出了包括制作于公共基片104上的有机薄膜晶体管100和相邻的有机发光器件(OLED)102的像素。OTFT 100包括栅极106、电介质层108、分别标示为110和112的源极和漏极，以及OSC层114。该OLED 102包括阳极116、阴极118以及设置于阳极116和阴极118之间的电致发光层120。其它层可以位于阳极116和阴极118之间，例如电荷传输层、电荷注入层或电荷阻挡层。在图5的实施方案中，阴极材料118的层延伸横过OTFT100和OLED 102两者，并且提供绝缘层122以使阴极层118与OSC层114电隔离。该OTFT 100和OLED 102的活性区域由公共围堰材料限定，该围堰材料通过在基片104上沉积光致抗蚀剂层124并将其图案化以在基片上限定OTFT 100和OLED 102区域而形成。
在图5中，漏极112直接连接至有机发光器件102的阳极116以使有机发光器件102在发光和非发光状态之间切换。
在图6所示的替代配置中，有机薄膜晶体管200可以与有机发光器件202呈叠置关系来制作。在这样的实施方案中，有机薄膜晶体管202如上文所述按顶栅或底栅配置来构建。如图5的实施方案那样，OTFT 200和OLED202的活性区域由光致抗蚀剂的图案化层124限定，但是在这种叠置配置中，存在两个分离的围堰层124——一个用于OLED 202而一个用于OTFT200。将平面化层204(也充当钝化层)沉积于OTFT 200上方。示例性的钝化层204包括BCBs和聚对二甲苯(parylenes)。有机发光器件202被制作于钝化层204上方，并且有机发光器件202的阳极116由穿过钝化层204和围堰层124的导电通孔(conductive via)206电连接至OTFT 200的漏极112。
应当理解，包含OTFT和光学活性区域(例如发光区域或感光区域)的像素电路可以包括另外的元件。特别地，图5和6的OLED像素电路除了所示的驱动晶体管外将通常包括至少另一晶体管，以及至少一个电容。应当理解，在此描述的有机发光器件可以是顶部或底部发光器件。也就是说，这些器件可以通过器件的阳极侧或阴极侧发光。在透明器件中，阳极和阴极两者都是透明的。应当理解，透明阴极器件不必具有透明的阳极(当然，除非想要完全透明的器件)，因此用于底部发光器件的透明阳极可以用反射材料层例如铝层来代替或补充。
透明阴极对于有源矩阵器件特别有利，因为在这种器件中通过透明阳极的发光会至少部分地被位于发光像素之下的OTFT驱动电路阻挡，这可以从图6所示的实施方案中看出。
栅极、源极和漏极的厚度可在5-200nm的范围内，但是典型地通过例如原子力显微镜(AFM)所测量的为50nm。
在器件结构中可包括其他层。例如，除了在栅极、源极或漏极上提供自组装单层(SAM)，可以在基片、绝缘层和有机半导体材料上提供一个以便在需要的情况下提高结晶度、降低接触电阻、修复表面特性和提高粘附性。特别是，可以为沟道区中的电介质表面提供包含结合区和有机区的单层以改善器件性能，例如通过改善有机半导体的形貌(特别是聚合物的配向和结晶度)以及覆盖电荷陷阱，特别是对于高k值的电介质表面。用于这种单层的示例性材料包括具有长烷基链的氯硅烷或者烷氧基硅烷，例如十八烷基三氯硅烷。
本领域技术人员无疑可以得到很多其他有效的替代方案。将会理解，本发明不限于所述的实施方案，并且涵盖位于以下权利要求范围内的、对于本领域技术人员而言显而易见的变化。

Claims (23)

1.包含式(I)的有机半导体化合物的有机半导体器件：
Figure FDA0000064178090000011
其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4独立地包含单环芳环并且Ar1、Ar2、Ar3和Ar4的至少之一被至少一个取代基X取代，该取代基各自可以相同或不同并选自(i)具有1至20个碳原子的任选取代的直链、支化或环状烷基链，烷氧基，氨基，酰氨基，甲硅烷基或烯基，或者(ii)可聚合或反应性基团，该基团选自卤素、硼酸、二硼酸以及硼酸和二硼酸的酯、亚烷基和甲锡烷基，并且其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4可以各自任选地稠合到一个或多个另外的环上，并且其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4的至少之一包含杂环芳基。
2.根据权利要求1或权利要求2的器件，其中一个另外的芳基Ar5与Ar3稠合以提供式(II)的结构：
Figure FDA0000064178090000012
其中Ar5代表任选地被一个或多个取代基X取代的单环芳环。
3.根据权利要求2的器件，其中芳基Ar5包含杂环芳基。
4.根据权利要求2或权利要求3的器件，其中Ar4稠合到一个另外的芳基体系Ar6上以提供式(III)的结构：
Figure FDA0000064178090000013
其中Ar6代表任选地被一个或多个取代基X取代的单环芳环。
5.根据权利要求4的器件，其中芳基体系Ar6包含杂环芳基。
6.根据权利要求4或权利要求5的器件，其中Ar5稠合到一个另外的芳基体系Ar7上以提供式(IV)的结构：
其中Ar7代表任选地被一个或多个取代基X取代的单环芳环。
7.根据权利要求6的器件，其中芳基体系Ar7包含杂环芳基。
8.根据以上权利要求任一项的器件，其中该半导体化合物包含结构：
Figure FDA0000064178090000022
其中X1和X2可以相同或不同，并选自取代基X；Z1和Z2独立地为S、O、Se或NR1，并且其中W1和W2独立地为S、O、Se、NR1或-CR1＝CR1-，其中R1为H或取代基。
9.根据以上权利要求任一项的器件，其中该半导体化合物包含结构：
Figure FDA0000064178090000023
其中V1和V2独立地为S、O、Se或NR1，并且其中W1和W2独立地为S、O、Se、NR1或-CR1＝CR1-，其中R1为H或取代基。
10.根据以上权利要求任一项的器件，其中该半导体化合物包含结构：
11.根据以上权利要求任一项的半导体化合物，其中该半导体化合物包含结构：
Figure FDA0000064178090000031
其中X1-X10可以相同或不同，选自取代基X。
12.根据以上权利要求任一项的器件，其中该化合物包含低聚物或聚合物。
13.薄膜晶体管，其包含根据以上权利要求任一项的器件。
14.光学器件，其包含根据权利要求13的薄膜晶体管。
15.电致发光器件，其包含根据权利要求13的薄膜晶体管。
16.用于形成薄膜晶体管的溶液，该溶液包含溶质，该溶质包含式(I)的有机半导体化合物：
Figure FDA0000064178090000032
其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4独立地包含单环芳环并且Ar1、Ar2、Ar3和Ar4的至少之一被至少一个取代基X取代，该取代基各自可以相同或不同并选自(i)具有1至20个碳原子的任选取代的直链、支化或环状烷基链，烷氧基，氨基，酰氨基，甲硅烷基或烯基，或者(ii)可聚合或反应性基团，该基团选自卤素、硼酸、二硼酸以及硼酸和二硼酸的酯、亚烷基和甲锡烷基，并且其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4可以各自任选地稠合到一个或多个另外的环上，并且其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4的至少之一包含杂环芳基。
17.根据权利要求16的溶液，其包含溶剂，该溶剂选自取代的苯，优选被选自卤素和烷基一个或多个取代基取代的苯。
18.用于形成晶体管的方法，该方法包括将根据权利要求16或权利要求17的溶液施加于基片上。
19.根据权利要求18的方法，其中该溶液通过喷墨印刷进行施加。
20.用于合成半导体化合物的方法，该方法包括使一个或多个另外的芳基稠合到包含以下结构的化合物上：
Figure FDA0000064178090000041
其中Z1和Z2独立地为S、O、Se、NR1或NCH，其中R1为H或者取代基，并且X1和X2可以相同或不同，选自权利要求1中定义的取代基X；并且其中该一个或多个另外的芳基可以是杂环。
21.根据权利要求20的方法，其中该稠合化合物通过Suzuki偶联反应合成。
22.包含选自以下的结构的半导体化合物：
Figure FDA0000064178090000042
Figure FDA0000064178090000051
23.有机半导体化合物，其包含连接两个式(I)单元的单键或者二价连接基团：
Figure FDA0000064178090000052
其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4如以上权利要求任一项中所定义并且各个式(I)单元相同或不同。
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