CN1872836A - 有机半导体材料,有机半导体薄膜和有机半导体器件 - Google Patents

有机半导体材料,有机半导体薄膜和有机半导体器件 Download PDF

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Abstract

一种有机半导体材料，由右边通式(1)表示的多并苯衍生物组成，通式(1)中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自满足下面(条件－A1)和(条件－A2)：(条件－A1)，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10独立地是相同的取代基或不同的取代基，但是，R1、R4、R5、R6和R10不能同时为氢原子。(条件－A2)，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基的碳原子数为1－20的脂族烃基、有取代基的芳族烃基、有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、卤原子和氢原子。本发明提供一种能在低温(例如，室温)溶解于有机溶剂并能适合采用涂布方法的有机半导体材料。

Description

有机半导体材料，有机半导体薄膜和有机半导体器件
相关申请的交叉参考
本发明包含在2005年6月1日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-161301和在2006年2月28日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-052927中的主题，该两篇专利申请的全部内容被参考结合于本文。
技术领域
本发明涉及有机半导体材料、有机半导体薄膜和有机半导体器件。
背景技术
与相关领域使用如Si(硅)的无机半导体材料的半导体器件相比，使用有机半导体材料的半导体器件降低了制造成本，还有希望成为具有挠性的半导体器件。目前处于研究中的有机半导体材料有很多种，如聚噻吩和红荧烯，并且已经报道了一种包含由这些有机半导体材料构成的一个沟道形成区的晶体管，这种晶体管的迁移率与包含由无定形硅构成的沟道形成区的晶体管的迁移率基本相同(例如参见APL第80卷，第6期，第1088-1090页(2002))。
沟道形成区由这些有机半导体材料形成时，由于有机半导体材料很难溶解在有机溶剂中，并且很难采用涂布的方法来施用这些有机半导体材料，因此，通常都是采用真空蒸发涂布的方法来专门形成半导体薄膜。另一方面，在这些有机半导体材料中引入简单的烷基链和其它取代基，使有机溶剂与之具有亲合力，使这些有机半导体材料能够溶解在有机溶剂中。实践中，可将聚-3-己基噻吩(P3HT)溶解在如氯仿和甲苯的有机溶剂中，据报道，沟道形成区可采用涂布方法如旋涂法形成(例如，参见APL 69(26)，4108-4110(1996))。
另一方面，多并苯是一种稠合多环化合物，是类似于聚乙炔和聚亚苯基的具有π电子共轭体系的分子。此外，从理论上讲，多并苯化合物的能带隙小于聚乙炔等的能带隙，并且是有希望具有作为有机半导体材料的优良功能的化合物。可利用已被引入多并苯化合物中的取代基，使多并苯分子能与绝缘膜表面上的官能团结合。还可以利用这些取代基来控制并苯骨架的距离、位置和排列，以及图形等。多并苯化合物是其中苯环以直线方式结合的化合物。没有取代基的多并苯化合物所具有的性质是，随着苯环数增加，该化合物变得难以溶解在有机溶剂中。具体而言，大于结合有五个苯环的并五苯的多并苯化合物对几乎所有有机溶剂都失去其溶解性，按照合适的方法如旋涂法很难形成均匀的薄膜。使用这种多并苯化合物，按照旋涂法等即使形成均匀的薄膜，也无法避免旋涂法等可采用的有机溶剂和温度条件受到严格限制的情况(例如，三氯苯和60-180℃)。众所周知，随苯环数增加，多并苯化合物的稳定性下降，并五苯被空气中的氧氧化，即并五苯的抗氧化剂差。
曾报道2，3，9，10-四甲基并五苯的例子，在多并苯化合物中引入了取代基(参见Wudl和Bao，Adv.Mater，第15卷，第3期(1090-1093)，2003)。然而，这种2，3，9，10-四甲基并五苯略微溶解于温热1，2-二氯苯中，因此构成FET(场效应晶体管)的沟道形成区可采用真空蒸发涂布法形成。
日本专利申请公开第2004-256532号也描述了2，3，9，10-四甲基并五苯和2，3-二甲基并五苯。然而，这两种化合物可在120℃溶解于1，2-二氯苯，但是在该专利申请公开中没有说明这两种化合物在室温能溶解于1，2-二氯苯。
J.Am.Chem.Soc.124，8812-8813(2002)报道了一种方法，该方法中，在并五苯中引入能进行热可逆反应的取代基，以制备这样一种溶液，其中的并五苯前体对于有机溶剂具有高溶解度并五苯，将该溶液涂布在基片上并加热，从而在基片上形成并五苯的薄膜。
很早就了解在并五苯中引入了取代基的化合物，D.R.Maulding等在Journalof Organic Chemistry，第34卷，第6期，1734-1736(1969)中已经报道了几种并五苯衍生物的合成。近几年，Takahashi等和Anthony等也已经报道了许多并五苯衍生物。例如，参见Organic Letters，第6卷，第19期，3325-3328(2004)和Organic Letters，第4卷，第1期，15-18(2002)。
[列举的专利文献1]：日本专利申请公开第2004-256532
[列举的非专利文献1]：APL.第180卷，第6期，1088-1090(2002)
[列举的非专利文献2]：APL.69(26)4108-4110(1996)
[列举的非专利文献3]：Wudl和Bao，Adv.Mater，第15卷，第3期(1090-1093)，2003
[列举的非专利文献4]：J.Am.Chem.Soc.124，8812-8813(2002)
[列举的非专利文献5]：Organic Letters，第6卷，第19期，3325-3328(2004)
[列举的非专利文献6]：Organic Letters，第4卷，第1期，15-18(2002)
[列举的非专利文献7]：J.Am.Chem.Soc.112，12876-12877(2000)
如上所述，虽然多并苯化合物是有希望表现出作为有机半导体材料的优良功能的化合物，但是，多并苯化合物在低温(例如室温)难以溶解，因此不适合采用涂布方法如旋涂法。
发明内容
鉴于上述各方面，本发明旨在提供一种能在低温(例如室温)溶解在有机溶剂中的有机半导体材料，以及该有机半导体材料由适用于涂布法的多并苯衍生物构成。
此外，本发明还旨在提供一种有机半导体薄膜和基于上述有机半导体材料的有机半导体器件。
根据本发明第一方面，提供一种由下面通式(1)表示的多并苯衍生物构成的有机半导体材料，通式(1)中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自满足下面(条件-A1)和(条件-A2)：
Figure A20061009150500081
(条件-A1)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10可以独立地是相同取代基或不同取代基，但是，R1、R4、R5、R6和R10不能同时为氢原子。
(条件-A2)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基或没有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基或没有取代基的芳族烃基、有取代基或没有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、硫代羧基、二硫代羧基、磺酸基、亚磺酸基、次磺酸基(sulfenic acidgroup)、磺酰基、亚磺酰基、酰卤基、氨基甲酰基、酰肼基、酰亚胺基、酰胺基、脒基、异氰基、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基、甲酰基、硫醛基、酰基、硫醇基、氨基、亚氨基、肼基、烷氧基、芳氧基、醚基、硫醚基(sulfide group)、二硫醚基、甲硅烷基、甲锗烷基、甲锡烷基、膦基、硼烷基、卤原子和氢原子。
按照本发明第一方面的有机半导体材料中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自较好是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基的芳族烃基、配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、卤原子和氢原子。为了方便说明，下面，将上述方面称作“按照1A方面的有机半导体材料”。
根据本发明第二方面，提供一种由下面通式(2)表示的多并苯衍生物构成的有机半导体材料[其中，n是0-20的整数]，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自满足下面(条件-B1)和(条件-B2)：
(条件-B1)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8可以独立是相同的取代基或不同的取代基，当n大于2时，通式(2)中存在的多个R5可以是相同的取代基或不同的取代基，通式(2)中存在的多个R8可以是相同的取代基或不同的取代基，且R1、R4、R5和R8不能同时为氢原子。
(条件-B2)
在(条件-B2)中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基或没有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基或没有取代基的芳族烃基、有取代基或没有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、硫代羧基、二硫代羧基、磺酸基、亚磺酸基、次磺酸基、磺酰基、亚磺酰基、酰卤基、氨基甲酰基、酰肼基、酰亚胺基、酰胺基、脒基、异氰基、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基、甲酰基、硫醛基、酰基、硫醇基、氨基、亚氨基、肼基、烷氧基、芳氧基、醚基、硫醚基、二硫醚基、甲硅烷基、甲锗烷基、甲锡烷基、膦基、硼烷基、卤原子和氢原子。
按照本发明第二方面的有机半导体材料中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自较好是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基或没有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基或没有取代基的芳族烃基、有取代基或没有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、卤原子和氢原子。为了方便说明，下面，将上述方面称作“按照2A方面的有机半导体材料”。
在按照第一方面1A和第二方面2A的有机半导体材料中，当取代基是脂族烃基时，可以特别列举烷基、链烯基和炔基作为取代基。
同样，在按照本发明第一方面1A的有机半导体材料的(条件-A2)以及按照本发明第二方面2A的有机半导体材料的(条件-B2)中，R1至R10或R1至R8是至少一种选自这样的取代基组的取代基，这种取代基可包括一个含适当选自该取代基组的一种以上取代基的取代基。
按照本发明第一方面的有机半导体材料中，Rm和Rm’(m和m’是1-10的整数，且m≠m’)可以交联，形成碳原子数为4-20的饱和环或不饱和环(包含一个双键或一个三键的结构)。通过交联形成碳原子数为4的饱和环的一个例子、通过交联形成碳原子数为5的饱和环的一个例子、通过交联形成碳原子数为4的不饱和环的一个例子以及通过交联形成碳原子数为5的不饱和环的一个例子如下：
Figure A20061009150500111
同样，在按照本发明1A方面的有机半导体材料中，当R1至R10是脂族烃基时，羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基和卤原子可被键合在处于分支状态的该脂族烃基的末端或某些位置上。R2和R3可以交联，形成碳原子数为4-20的饱和环或不饱和环。R7和R8可以交联形成碳原子数为4-20的饱和环或不饱和环。
在按照本发明第二方面的有机半导体材料中，Rm和Rm’(m和m’是1-8的整数，且m≠m’)可以相互交联，形成碳原子数为4-20的饱和环或不饱和环(包含一个双键和一个三键的结构)。此外，当n大于2时，通式(2)中存在的多个R5可以相互交联。通式(2)中存在的多个R8也可以相互交联。
同样，在按照本发明2A方面的有机半导体材料中，当R1至R8是脂族烃基时，羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基和卤原子可被键合在处于分支状态的该脂族烃基的末端或某些位置上。R2和R3可以交联，形成碳原子数为4-20的饱和环或不饱和环。R6和R7可以交联形成碳原子数为4-20的饱和环或不饱和环。此外，当n大于2时，通式(2)中存在的多个R5可以相互交联。通式(2)中存在的多个R8也可以相互交联。
按照本发明第一方面的有机半导体材料中的(条件-A2)与按照本发明第二方面的有机半导体材料中的(条件-B2)相同。在(条件-A2)和(条件-B2)中，R1至R10和(R1至)R8各自是至少一种选自总数为45种的取代基组的取代基。因此，理论上，最多存在4510种组合作为(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10)的组合，可以采用任何一种组合，只要能满足(条件-A1)即可。同样，按照本发明第二方面的有机半导体材料中，理论上，最多存在45(6+2n)种组合作为(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8)的组合，可以采用任何一种组合，只要能满足(条件-B1)即可。
同样，按照本发明1A方面的有机半导体材料中的取代基组与按照本发明2A方面的有机半导体材料中的取代基组相同。则，R1至R10和R1至R8各自是至少一种选自总数为10的取代基组的取代基。因此，在按照本发明1A方面的有机半导体材料中，理论上最多存在1010种组合作为(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10)的组合，可以采用任何一种组合，只要能满足(条件-A1)即可。同样，按照本发明2A方面的有机半导体材料中，理论上，最多存在10(6+2n)种组合作为(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8)的组合，可以采用任何一种组合，只要能满足(条件-B1)即可。
在按照本发明第一方面或1A方面的有机半导体材料中，从进一步提高该材料在有机溶剂中的溶解性的角度考虑，一部分并苯骨架上的一个取代基较好是碳原子数大于3的烷基。同样，在按照本发明第二方面或2A方面的有机半导体材料中，从进一步提高该材料在有机溶剂中的溶解性的角度考虑，n较好应大于3，一部分并苯骨架上的一个取代基较好是碳原子数大于3的烷基。一部分并苯骨架上的取代基具体可以是R1至R10(本发明第一方面或1A方面)或R1至R8(本发明第二方面或2A方面)中的任一取代基。或者，包括R1至R8(本发明第二方面或2A方面)都是碳原子数大于3的烷基的情况。在一研究中，比较了在有机溶剂中具有一定溶解度的蒽与蒽衍生物，在Hokkaido University的Masanori Kitamura的标题为“Synthesis and Application of Condensed Polycyclic Compounds havingFunctionality”(2003)的博士论文中指出，从溶解度角度考虑，蒽和有长链烷基的蒽衍生物中任一种都是有利的。用难溶解于有机溶剂的并五苯和并五苯衍生物作进一步的试验，本申请的发明人了解到是并苯骨架的长度而不是取代基(R1至R10和R1至R8)的比值对在有机溶剂中的溶解度有显著作用。具体地，在多并苯衍生物中引入烷基能提高多并苯的溶解度，在烷基的碳原子数大于3(烷基长度大于丙基的长度)时溶解度提高更明显。很明显，虽然乙基作为取代基使用能够起到充分提高溶解度的作用，但是有机溶剂的种类以及多并苯溶解在该有机溶剂的温度受到限制，种类和温度的范围比具有链长大于丙基的烷基取代基时的范围要窄。
按照本发明第三方面的有机半导体材料由下面通式(3)表示的多并苯衍生物组成，该通式(3)中的R1、R2、R3、R4、R5和R6满足下面(条件-C1)和(条件-C2)：
(条件-C1)
R1、R2、R3、R4、R5和R6可以独立地是相同的取代基或不同的取代基，但是，R1、R4、R5和R6不能同时为氢原子。
(条件-C2)
R1、R2、R3、R4、R5和R6是至少一种选自以下取代基组的取代基：有取代基或没有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基或没有取代基的芳族烃基、有取代基或没有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、硫代羧基、二硫代羧基、磺酸基、亚磺酸基、次磺酸基、磺酰基、亚磺酰基、卤化酰基、氨基甲酰基、酰肼基、酰亚胺基、酰胺基、脒基、异氰基、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基、甲酰基、硫醛基、酰基、硫醇基、氨基、亚氨基、肼基、烷氧基、芳氧基、醚基、硫醚基、二硫醚基、甲硅烷基、甲锗烷基、甲锡烷基、膦基、硼烷基、卤原子和氢原子。
在按照本发明第三方面的有机半导体材料中，R1、R2、R3、R4、R5和R6各自较好是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基的芳族烃基、有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、卤原子和氢原子。为了方便说明，下面，将上述方面称作“按照本发明3A方面的有机半导体材料”。
在按照本发明第三方面或3A方面的有机半导体材料中，当取代基是脂族烃基时，可以特别列举烷基、链烯基和炔基作为取代基。
同样，在按照本发明第三方面或3A方面的有机半导体材料的(条件-C2)中，R1至R6是至少一种选自这种取代基组的取代基，这种取代基可包括一个含适当选自该取代基组的一种以上取代基的取代基。
在按照本发明第三方面的有机半导体材料中，Rm和Rm’(m和m’是1-6的整数，且m≠m’)可以相互交联，形成碳原子数为4-20的饱和环或不饱和环(包含一个双键或一个三键的结构)。在按照本发明3A方面的有机半导体材料中，当R1至R6是脂族烃基时，羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基和卤原子可被结合在处于分支状态的该脂族烃基的末端或某些位置上。R2和R3可以交联，形成碳原子数为4-20的饱和环或不饱和环。
按照本发明第三方面的有机半导体材料中的(条件-C2)与按照本发明第一方面的有机半导体材料中的(条件-A2)相同。在(条件-C2)中，R1至R6各自是至少一种选自总数为45种的取代基组的取代基。因此，理论上，最多存在456种组合作为(R1、R2、R3、R4、R5、R6)的组合，可以采用任何一种组合，只要能满足(条件-C1)即可。同样，按照本发明3A方面的有机半导体材料中的取代基组与按照本发明1A方面的有机半导体材料中的取代基组相同。则，R1至R6各自是至少一种选自总数为10种的取代基组的取代基。因此，理论上，在按照本发明3A方面的有机半导体材料中，最多存在1010种组合作为(R1、R2、R3、R4、R5、R6)的组合，可以采用任何一种组合，只要能满足(条件-C1)即可。
在按照本发明第三方面或3A方面的有机半导体材料中，从进一步提高该材料在有机溶剂中的溶解性的角度考虑，一部分并苯骨架上的一个取代基较好是碳原子数大于3的烷基。一部分并苯骨架上的取代基具体可以是R1至R6中的任一取代基。还包括R1至R6都是碳原子数大于3的烷基的情况。
为达到上述目的，按照本发明第一方面的有机半导体薄膜的特征是，这种薄膜由按照本发明第一方面或1A方面，包括上述各种优选实施方式的有机半导体材料组成，并且该薄膜具有结晶度。
同样，为达到上述目的，按照本发明第一方面的有机半导体器件的特征是，该有机半导体器件包括由按照本发明第一方面或1A方面，包括上述各种优选实施方式的有机半导体材料组成的有机半导体薄膜，并且该有机半导体薄膜具有结晶度。
为达到上述目的，按照本发明第二方面的有机半导体薄膜的特征是，这种薄膜由按照本发明第二方面或2A方面，包括上述各种优选实施方式的有机半导体材料组成，并且该薄膜具有结晶度。
同样，为达到上述目的，按照本发明第二方面的有机半导体器件的特征是，该有机半导体器件包括由按照本发明第二方面或2A方面，包括上述各种优选实施方式的有机半导体材料组成的有机半导体薄膜，并且该有机半导体薄膜具有结晶度。
为达到上述目的，按照本发明第三方面的有机半导体薄膜由按照本发明第三方面或3A方面，包括上述各种优选实施方式的有机半导体材料组成，并且该薄膜具有结晶度。
同样，为达到上述目的，按照本发明第三方面的有机半导体器件包括由按照本发明第三方面或3A方面，包括上述各种优选实施方式的有机半导体材料组成的有机半导体薄膜，并且该有机半导体薄膜具有结晶度。
“有机半导体薄膜具有结晶度”实际上指具有空间周期性原子序列的固体物质可以采取空间晶格结构。
虽然有机半导体薄膜具有堆叠结构是理想的，但是本发明并不限于此结构。已知没有取代基的并五苯为人字型结构(参见图7)。与这种人字型结构相比，在苯环以π-π方式叠加的堆叠结构[晶体结构，其中，相邻分子平面相互叠加(相邻分子平面具有平行叠加的部分)，参见图8]能够实现更强的共轭平面的相互作用，并能够显著改进电特性。在按照本发明1A、2A或3A方面的，或按照本发明第一方面、第二方面或第三方面的，包括优选实施方式的有机半导体材料(下面，这些有机半导体材料通称为“本发明有机半导体材料”)中，在由本发明有机半导体材料，按照本发明第一方面、第二方面或第三方面，包括上述优选实施方式构成的有机半导体薄膜(下面，这些有机半导体薄膜通称为“本发明有机半导体薄膜”)中，以及包括由本发明的有机半导体材料并按照本发明第一方面、第二方面或第三方面，包括上述优选实施方式构成的有机半导体薄膜的有机半导体器件(下面，这些有机半导体器件通称为“本发明有机半导体器件”，本发明有机半导体材料、本发明有机半导体薄膜和本发明有机半导体器件也简称为“本发明的”)中，如果有机半导体材料由引入了取代基的多并苯衍生物构成，而且如果对引入的取代基长度进行控制，则多并苯可采取人字型结构和堆叠结构。此外，根据本申请的发明人进行的试验，由X-射线晶体结构分析如图4至图6清楚地显示，随取代基长度增加，有机半导体材料采取堆叠结构，而不是人字型结构。此外，很清楚，当取代基是烷基时，如果取代基的长度至多为乙基(参见图4)，则有机半导体材料采取人字型结构。同样，很清楚，如果取代基的长度大于丙基(取代基是丙基时参见图5，取代基是丁基是参见图6)，则有机半导体材料采取堆叠结构。
本发明的有机半导体器件包括源电极/漏电极、夹在源电极/漏电极和源电极/漏电极之间的沟道形成区、栅极绝缘层以及与沟道形成区相对通过栅极绝缘层的栅电极，而沟道形成区可由有机半导体薄膜构成，即本发明的有机半导体器件可被构造为有机场效应晶体管(有机FET)。
由举例方式给出下面四种结构作为有机场效应晶体管的具体结构。
即，具有第一结构的有机场效应晶体管是所谓的底部栅极/底部接触型有机场效应晶体管，它包括(A)在一基片上形成的栅电极、(B)在该栅电极和基片上形成的栅极绝缘层、(C)在栅极绝缘层上形成的源电极/漏电极和(D)在源电极/漏电极与源电极/漏电极间的栅极绝缘层上形成的沟道形成区，该区由本发明的有机半导体薄膜构成。
具有第二结构的有机场效应晶体管是所谓的底部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管，它包括(A)在一基片上形成的栅电极、(B)在该栅电极和基片上形成的栅极绝缘层、(C)在栅极绝缘层上形成的沟道形成区，该区由本发明的有机半导体薄膜构成和(D)在有机半导体薄膜上形成的源电极/漏电极。
此外，具有第三结构的有机场效应晶体管是所谓的顶部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管，它包括(A)在一基片上形成沟道形成区，该区由本发明的有机半导体薄膜构成、(B)在有机半导体薄膜上形成的源电极/漏电极、(C)在源电极/漏电极和有机半导体薄膜上形成的栅极绝缘层和(D)在栅极绝缘层上形成的栅电极。
同样，具有第四结构的有机场效应晶体管是所谓的顶部栅极/底部接触型有机场效应晶体管，它包括(A)在一基片上形成的源电极/漏电极、(B)在源电极/漏电极和基片上形成的沟道形成区，该区由本发明的有机半导体薄膜构成、(C)在有机半导体薄膜上形成的栅极绝缘层和(D)在栅极绝缘层上形成的栅电极。
不仅可列举无机绝缘材料作为构成栅极绝缘层的材料，如氧化硅基材料、氮化硅(SiNY)、Al2O3和金属氧化物的高介电绝缘膜，还可列举有机绝缘材料作为构成栅极绝缘层的材料，如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯基苯酚)(PVP)、聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚甲醛(POM)、聚(氯乙烯)(PVC)、聚(偏二氟乙烯)、聚砜、聚碳酸酯(PC)和聚酰亚胺。也可以使用无机绝缘材料和有机绝缘材料的组合作为构成栅极绝缘层的材料。作为氧化硅基材料，可列举二氧化硅(SiO2)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氧氮化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃(spin-on glass))和低介电常数的SiOx基材料(例如，聚(芳醚)、环全氟碳聚合物和苯并环丁烯、环氟树脂、聚四氟乙烯、芳基醚氟化物、聚(偕氟代亚胺)、无定形碳和有机SOG)。
可以列举的形成栅极绝缘层的方法有：各种印刷方法，如丝网印刷法、喷墨打印法、胶板印刷法和凹版印刷法；各种涂布方法，如气刮刀涂布法、刮板涂布法、棒式涂布法、刮刀涂布法、挤压涂布法、逆辊涂布、传递辊式涂布法、凹版涂布法、轻触辊式涂布法(kis coating)、热辊层压法、喷涂法、长条式口型涂布法、压延覆胶法和口模式涂布法；蘸涂法；浇注法；旋涂法；喷射法；各种CVD(化学蒸发沉积)法；各种PVD(物理蒸发沉积)法。对PVD法，可列举各种离子电镀法，如(a)各种真空沉积法，如电子束加热法、电阻加热法和闪蒸沉积法，(b)等离子体沉积法，(c)各种溅射法，如双极溅射法、DC溅射法、DC磁控管溅射法、高频溅射法、磁控管溅射法、离子束溅射法和偏置溅射法和(d)各种离子电镀法，如DC(直流电)法、RF法、多阴极法、活化反应法、场沉积法、高频离子电镀法和反应离子电镀法。
或者，通过对栅电极表面进行氧化或氮化形成栅极绝缘层，或通过在栅电极表面形成氧化物薄膜或氮化物薄膜来形成栅极绝缘层。列举的对栅电极表面进行氧化的方法，根据构成栅电极的材料，有热氧化法、使用N2等离子体的氧化法和阳极氧化法。列举的对栅电极表面进行氮化的方法，根据构成栅电极的材料，有使用N2等离子体的氮化法。或者，当栅电极由金(Au)构成时，可以如下在栅电极表面形成栅极绝缘层，即按照自组织方式，根据绝缘分子用合适的方法如蘸涂法涂布栅电极的表面，所述绝缘分子具有能与栅电极形成化学键合的官能团，该官能团类似于一端被巯基改性的直链烃基。
此外，作为构成栅电极、源电极/漏电极和各种布线的材料，可以列举：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、铷(Rb)、铑(Rh)、钛(Ti)、铟(In)和锡(Sn)或含这些金属元素的合金，由这些金属构成的导电颗粒，含这些金属的合金的导电颗粒，多晶硅，无定形硅，氧化锡，氧化铟和氧化铟锡(ITO)或含这些元素的层的叠加结构。此外，作为构成栅电极、源电极/漏电极和各种布线的材料，还可以列举有机导电材料，如聚(3，4-乙撑二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)。
根据构成源电极/漏电极、栅电极和各种布线的材料，可采用以下任一种方法作为形成源电极/漏电极、栅电极和各种布线的方法：旋涂法；使用各种导电糊料和各种导电聚合物溶液的上述各种印刷法；上述各种涂布法；剥离(lift-off)法；荫罩法；电解电镀法、非电解电镀法或电解电镀和非电解电镀的组合方法；喷射法；上述各种PVD法；各种CVD法，包括MOCVD(金属有机化学蒸发沉积)法或上述方法与需要时的布图形成技术的组合。
可以列举作为基片的有：各种玻璃基片、各种其表面形成有绝缘膜的玻璃基片、石英基片、其表面形成有绝缘膜的石英基片以及其表面形成有绝缘膜的硅基片。此外，还可列举塑料膜、塑料片和塑料基片作为基片，这些塑料膜、塑料片和塑料基片由聚合物材料构成，如聚醚砜(PES)、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚(乙烯苯酚)(PVP)。如果使用由聚合物材料构成的挠性基片，则可以将有机半导体器件组装到显示装置或具有曲面形状的电子设备中，或与这些设备整体形成。此外，可以列举导电基片(由金属如金和高度定向石墨构成的基片)作为所述基片。还经常观察到依据有机半导体器件的排列和结构，在支撑部件上形成有机半导体器件。这种情况下，支撑部件也可以由上述材料构成。
当将有机半导体器件应用于显示装置和各种电子设备或与这些设备一起使用时，可将有机半导体器件形成为单块的集成电路，其中，大量有机半导体器件被集成在基片上。各有机半导体器件可以被分割并分开用作独立的组件。还可以用树脂掩蔽有机半导体器件。
根据本发明，由于有机半导体材料是由引入了取代基的多并苯衍生物构成，可提高有机半导体材料在有机溶剂中的溶解度，并使得在室温将有机半导体材料溶解在宽范围的各种有机溶剂中成为可能。因此，室温下，可以将下面各种方法所需量的有机半导体材料溶解在宽范围的各种有机溶剂中，这些方法包括：各种涂布方法，如旋涂法；蘸涂法；各种涂布方法，如气刮刀涂布法、刮板涂布法、棒式涂布法、刮刀涂布法、挤压涂布法、逆辊涂布法、传递辊式涂布法、凹版涂布法、轻触辊式涂布法、热辊层压法、喷涂法、长条式口型涂布法、压延覆胶法和口模式涂布法；各种印刷方法，如丝网印刷法、喷墨打印法、胶板印刷法和凹版印刷法；浇注法；和喷射法。所述宽范围的有机溶剂包括；如烃类溶剂(例如，己烷、庚烷、辛烷、环己烷)，酯基溶剂(例如，乙酸乙酯、丁内酯)，醇基溶剂(例如，辛醇、己醇、苄醇)，芳族溶剂(例如，甲苯、、苯)，醚基溶剂(例如，二乙醚、四氢呋喃)，卤素基溶剂(例如，氯仿、二氯甲烷)和酮基溶剂(例如，丙酮、环戊酮)。
多并苯化合物是其中苯环以直线方式连接的化合物，没有取代基的多并苯具有这样性能，即随苯环数增加，多并苯变得更难溶解在有机溶剂中。具体地，大于有五个结合苯环的并五苯的多并苯在几乎所有有机溶剂中都不具有溶解度，并且难以采用合适方法如旋涂法形成均匀的薄膜。如果可能，则在这种情况下可利用的有机溶剂不可避免地限于极有限的一些有机溶剂和温度条件。然而，根据本发明，由于有机半导体材料是由引入了取代基的多并苯衍生物构成，能够提高该有机半导体材料在各种有机溶剂中的溶解度。因此，能够采用涂布方法如旋涂法形成/沉积均匀的薄膜。如前所述，因为2，3，9，10-四甲基并五苯和2，3-二甲基并五苯为众所周知，已经报道了如果使用可萃取性高的1，2-二氯苯，则有机半导体材料在加热状态下微溶。因此，由该报道得出，在有机半导体材料的多并苯衍生物中引入取代基对该有机半导体材料在有机溶剂中的溶解度有显著作用。
因此，根据本发明，通过引入取代基，不仅提高了有机半导体材料在有机溶剂中的溶解度，还提高了抗氧化性，并且可以改进对有机半导体薄膜中排列方式(packing rule)(人字型结构/堆叠结构)以及结晶度的控制。此外，通过使用在所需位置引入了有极性的取代基和没有极性的取代基的多并苯衍生物，使控制有机半导体材料相对于基材(下层或基片)的定位和倾斜成为可能。通过将多并苯衍生物键合到被引入基材(下层或基片)所需位置的官能团上，也使在有机半导体材料上进行布图成为可能。此外，多并苯衍生物可依据取代基改变其导电类型。已知，虽然没有取代基的普通并五苯起到p-型半导体的作用，而其中所有氢原子都被氟原子取代的并五苯可用作n-型半导体。按照本发明，由于以被引入了取代基的多并苯衍生物形成有机半导体材料，电子迁移能发生变化，导致控制导电类型成为可能。
附图简要说明
图1A是一截面示意图，示出有机场效应晶体管的一部分，该晶体管可称作底部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管；
图1B是一截面示意图，示出有机场效应晶体管的一部分，该晶体管可称作底部栅极/底部接触型有机场效应晶体管；
图2A是一截面示意图，示出有机场效应晶体管的一部分，该晶体管可称作顶部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管；
图2B是一截面示意图，示出有机场效应晶体管的一部分，该晶体管可称作顶部栅极/底部接触型有机场效应晶体管；
图3是一截面示意图，示出按照本发明各实施例的有机场效应晶体管测试产品的一部分；
图4是照片形式的图，示出有机半导体材料的X-射线晶体结构分析，该材料中的取代基是乙基；
图5是照片形式的图，示出有机半导体材料的X-射线晶体结构分析，该材料中的取代基是丙基；
图6是照片形式的图，示出有机半导体材料的X-射线晶体结构分析，该材料中的取代基是丁基；
图7显示人字型结构，为在有机化合物晶体中一个分子的叠加结构；
图8显示堆叠型结构，为在有机化合物晶体中一个分子的叠加结构。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施方式。
(发明例1)
发明例1涉及按照本发明第一或第二模式的一种有机半导体材料、有机半导体薄膜和有机半导体器件。按照此发明例1的有机半导体材料的化学式如下：
Figure A20061009150500201
此发明例1的有机半导体材料由下面通式(1)表示的多并苯衍生物构成。在通式(1)中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10分别是下面的取代基。即，发明例1的有机半导体材料是2，3-二甲氧羰基-1，4，6，13-四丁基-8，9，10，11-四乙基并五苯。
Figure A20061009150500202
R1：脂族烃基(具体：丁基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：丁基)
R5：脂族烃基(具体：丁基)
R6：脂族烃基(具体：乙基)
R7：脂族烃基(具体：乙基)
R8：脂族烃基(具体：乙基)
R9：脂族烃基(具体：乙基)
R10：脂族烃基(具体：丁基)
或者，按照发明例1的有机半导体材料由下面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。在发明例1中，满足等式n＝4。并且，按照该通式中顺时针方向，R5表示为R51、R52、R53、R54，而R8表示为R81、R82、R83、R84。这种关系也可应用于下面的发明例。
Figure A20061009150500211
R1：脂族烃基(具体：丁基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：丁基)
R51：氢原子
R52：脂族烃基(具体：丁基)
R53：氢原子
R54：脂族烃基(具体：乙基)
R6：脂族烃基(具体：乙基)
R7：脂族烃基(具体：乙基)
R81：脂族烃基(具体：乙基)
R82：氢原子
R83：脂族烃基(具体：丁基)
R84：氢原子
按照发明例1的有机半导体薄膜由上述有机半导体材料构成，并具有结晶度。同样，按照发明例1的有机半导体器件由上述有机半导体材料构成，包含具有结晶度的有机半导体薄膜。
具体而言，按照发明例1的有机场效应晶体管包括源电极/漏电极15、夹在源区/漏区15和源区/漏区15间的沟道形成区14、栅极绝缘层13和与沟道形成区14相对并通过栅极绝缘层13的栅电极12。更具体地，如图1A的片段截面图所示，按照发明例1的所谓底部栅极/顶部接触型的有机场效应晶体管包括：(a)在基片10和11上形成的栅电极12，由金属薄膜形成，(b)在栅电极12和基片10和11上形成的栅极绝缘层13，由SiO2形成，(c)在栅极绝缘层13上形成的沟道形成区14以及沟道形成区的延伸部分14A，由发明例1的有机半导体薄膜形成，(d)在沟道形成区的延伸部分14A上形成的源电极/漏电极15，由金属薄膜形成。基片10和11由玻璃基片构成的基片10以及在该基片10的表面形成的SiO2绝缘薄膜11形成。更具体地，栅电极12和栅极绝缘层13在绝缘薄膜11上形成。
下面，描述使用按照发明例1的有机半导体材料制造所谓底部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管(具体是TFT(薄膜晶体管))的方法纲要。
[方法-100]
首先，在基片(玻璃基片10和在其表面上形成的SiO2绝缘膜11)上形成栅电极12。具体地，采用光刻法，在绝缘薄膜11上形成光刻胶层(未示出)，其中应形成栅电极12的部分被除去。之后，采用真空蒸发涂布法，在整个表面上顺序沉积用作密切接触层的铬(Cr)层(未示出)和用作栅电极12的金层(Au)，然后除去光刻胶层。按照这种方式，通过所谓的剥离法，可获得栅电极12。
[方法-110]
接下来，在包含栅电极12的基片(绝缘薄膜11)上形成栅极绝缘薄膜13。具体而言，按照溅射法，将由SiO2构成的栅极绝缘薄膜13沉积在栅电极12和绝缘薄膜11上。当栅极绝缘薄膜13被沉积在栅电极12和绝缘薄膜11上时，如果栅电极12的一部分被硬掩模覆盖，则可以不采用光刻法形成栅电极12的引出(leadout)部分(未示出)。
[方法-120]
接下来，在栅极绝缘层13上形成沟道形成区14和沟道形成区的延伸部分14A。具体地，将5克前面所述的发明例1的有机半导体材料溶解在1升氯仿中形成溶液，采用涂布方法如旋涂法，在室温下将该溶液涂布在栅极绝缘薄膜13上。随后，通过60℃热处理干燥上述涂布的溶液时，可在栅极绝缘层13上形成沟道形成区14和沟道形成区的延伸部分14A。根据不同的试验结果，可以理解，在60℃±5℃范围的温度条件下干燥涂布的溶液获得的有机场效应晶体管显示最佳的晶体管特性。
[方法-130]
之后，在沟道形成区的延伸部分14A上形成源电极/漏电极15，以将沟道形成区14夹在它们之间。具体地，按照真空蒸发涂布法，在整个表面上顺序沉积用作密切接触层的铬(Cr)层(未示出)和用作源电极/漏电极15的金层(Au)。按照这种方式，获得如图1A所示的结构。在栅电极12和绝缘薄膜11上形成栅极绝缘薄膜13时，如果沟道形成区的延伸部分14A的一部分被硬掩模覆盖，则可以不采用光刻法形成源电极/漏电极15。
[方法-140]
最后，在整个表面上形成用作钝化膜的绝缘层(未示出)后，在源电极/漏电极15上面的绝缘层上形成敞开部分，并在包含敞开部分的内部的整个表面上形成互连材料层，通过进行布图的方法对该互连材料层进行处理，可以制得底部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管，其中与源电极/漏电极15相连的互连部分(未示出)形成在绝缘层上。
所述的有机场效应晶体管不限于所谓的底部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管，可应用于其它各种类型的有机场效应晶体管，如所谓的底部栅极/底部接触型有机场效应晶体管、所谓的顶部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管和所谓的顶部栅极/底部接触型有机场效应晶体管。
图1B是一截面示意图，示出所谓底部栅极/底部接触型有机场效应晶体管的一部分。图1B中，与图1A相同的元件和部件由相同的标记号标注。如图1B所示，该底部栅极/底部接触型有机场效应晶体管包括：(a)在基片10和11上形成的栅电极12，(b)在栅电极12和基片10和11上形成的栅极绝缘层13，(c)在栅极绝缘层13上形成的源电极/漏电极15，(d)在夹在源电极/漏电极15和15之间的栅极绝缘层13上形成的沟道形成区14。
下面，描述制造底部栅极/底部接触型有机场效应晶体管的方法纲要。
[方法-200]
首先，类似于[方法-100]，在基片(绝缘薄膜11)上形成栅电极12，类似于[方法-210]，在栅电极12和绝缘薄膜11上形成栅极绝缘层13。
[方法-210]
接下来，在栅极绝缘层13上形成由金(Au)层形成的源电极/漏电极15。具体地，采用光刻法，在栅极绝缘层13上形成光刻胶层，其中应形成源电极/漏电极15的部分被除去。之后，类似于[方法-100]，通过采用真空蒸发涂布法，在光刻胶层和栅极绝缘层13上顺序沉积用作密切接触层的铬(Cr)层(未示出)和用作源电极/漏电极15的金(Au)层，然后除去光刻胶层。按照这种方式，通过所谓的剥离法，可获得源电极/漏电极15。
[方法-220]
之后，根据类似于[方法-120]的方法，在栅极绝缘层13被夹在源电极/漏电极15和15之间的部分上形成沟道形成区14。按照这种方式，能够制得图1B所示的结构。
[方法-230]
最后，通过进行类似于[方法-140]的方法，可以制得底部栅极/底部接触型有机场效应晶体管。
图2A是一截面示意图，示出所谓顶部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管的一部分。在图2A中，与图1A相同的元件和部件由相同的标记号标注。
如图2A所示，这种顶部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管包括：(a)在基片10和11上形成的沟道形成区14以及沟道形成区的延伸部分14A，(b)在沟道形成区的延伸部分14A上形成的源电极/漏电极15，(c)在源电极/漏电极15和沟道形成区14上形成的栅极绝缘层13，(d)在栅极绝缘层13上形成的栅电极12。
下面，描述制造顶部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管的方法纲要。
[方法-300]
首先，根据类似于[方法-120]的方法，在基片(玻璃基片10和在其表面上形成的由SiO2构成的绝缘膜11)上形成沟道形成区14以及沟道形成区的延伸部分14A。
[方法-310]
接下来，在沟道形成区的延伸部分14A上形成源电极/漏电极15和15，使沟道形成区14被夹在这些电极之间。具体地，通过采用真空蒸发涂布法，在整个表面上顺序沉积用作密切接触层的铬(Cr)层(未示出)和用作源电极/漏电极15的金(Au)层。当在沟道形成区的延伸部分14A上沉积源电极/漏电极15时，如果沟道形成区的延伸部分14A的一部分被硬掩模覆盖，则可以不采用光刻法形成源电极/漏电极15。
[方法-320]
接下来，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，按照旋涂法，在整个表面上沉积PVA(聚(乙烯醇))，可以在源电极/漏电极15和沟道形成区14上形成栅极绝缘层13。
[方法-330]
之后，在栅极绝缘层13上形成栅电极12。具体地，通过采用真空蒸发涂布法，在整个表面上顺序沉积用作密切接触层的铬(Cr)层(未示出)和用作栅电极12的金(Au)层。以这种方式可以制得图2A所示的结构。当在栅极绝缘层13上沉积栅电极12时，如果栅极绝缘层13的一部分被硬掩模覆盖，则可以不采用光刻法就能形成栅电极12。最后，通过进行类似于[方法-140]的方法，可以制得顶部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管。
图2B是一截面示意图，示出所谓顶部栅极/底部接触型有机场效应晶体管的一部分。在图2B中，与图2A相同的元件和部件由相同的标记号标注。
如图2B所示，这种顶部栅极/底部接触型有机场效应晶体管包括：(a)在基片10和11上形成的源电极/漏电极15，(b)在基片10和11的被夹在源电极/漏电极15和15之间的部分上形成的沟道形成区14，(c)在沟道形成区14上形成的栅极绝缘层13，(d)在栅极绝缘层13上形成的栅电极12。
下面，描述制造顶部栅极/底部接触型TFT的方法纲要。
[方法-400]
首先，在基片(玻璃基片10和在其表面上形成的由SiO2构成的绝缘薄膜11)上形成源电极/漏电极15。具体地，通过采用真空蒸发涂布法，在绝缘薄膜11上沉积用作密切接触层的铬(Cr)层(未示出)和用作源电极/漏电极15的金(Au)层。当在绝缘薄膜11上沉积源电极/漏电极15时，如果基片(绝缘薄膜11)的一部分被硬掩模覆盖，则可以不采用光刻法就能形成源电极/漏电极15。
[方法-410]
之后，按照类似于[方法-120]的方法，在基片(绝缘薄膜11)被夹在源电极/漏电极15之间的部分上形成沟道形成区14。实践中，在源电极/漏电极15上形成了沟道形成区的延伸部分14A。
[方法-420]
接下来，类似于[方法-320]，在源电极/漏电极15和沟道形成区14(实践中，在沟道形成区14和沟道形成区的延伸部分14A)上形成栅极绝缘层13。
[方法-430]
之后，类似于[方法-330]，在栅极绝缘层13上形成栅电极12。按照这种方式，可以制得图2B所示的结构。最后，通过进行类似于[方法-140]的方法，制得顶部栅极/底部接触型有机场效应晶体管。
同样在下面的发明例2-10中，可采用上述方法形成以下任一种的有机场效应晶体管：底部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管、底部栅极/底部接触型有机场效应晶体管、顶部栅极/顶部接触型有机场效应晶体管和顶部栅极/底部接触型有机场效应晶体管。
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例1的有机半导体材料的氯仿溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品，检查该测试产品的工作情况。图3是一截面示意图，示出上述有机场效应晶体管测试产品的一部分。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到5.0×10-5cm2·V-1·sec.-1至1.2×10-3cm2·V-1·sec.-1。
此外，发明例1的有机半导体材料是在室温下制备的，其中使用乙酸乙酯、丙酮、甲苯、四氢呋喃、四氢吡喃、环戊烷和1，3，5-三甲基苯作为溶剂替代氯仿(浓度：5克/升)。然后，按照类似的方法，使用上面制备的各溶液，制备有机场效应晶体管测试产品，并检查由此制备的有机场效应晶体管测试产品的工作情况。结果，使用制备的任一溶液，都能形成和沉积有机半导体。此外，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。
下面说明合成构成发明例1的有机半导体材料的多并苯衍生物的方法。除非另外指出，否则涉及合成的操作都在惰性气氛下使用脱氧和脱水的溶剂进行。关于合成路线，还可参见J.Am.Chem.Soc.112，12876-12877(2000)。
[操作-10]
首先，将8.8克Cp2ZrCl2溶解在100毫升四氢呋喃(THF)中，冷却到-78℃。之后，在形成的溶液中加入38毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，在-78℃搅拌1小时。在形成的溶液中加入6.9毫升3-己炔，室温搅拌3小时，之后，在形成的溶液中加入6.0克氯化铜(I)和1毫升乙炔二羧酸二甲酯(下面称作“DMAD”)，室温搅拌3小时。随后，在形成的溶液中加入3N盐酸，并结束反应。用100毫升己烷溶液萃取产物三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，从产物中除去溶剂，用柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/5)进行精制，从而，制得5.6克为固体的下面化合物(1.1)(分离后产率：61％)。
Figure A20061009150500261
[操作-11]
接下来，在冷却到0℃的47毫升THF中加入1.0克LiAlH4，并在0℃，在该溶液中加入4.2克化合物(1.1)。然后，室温搅拌该制得溶液3小时，在该制得溶液中加入水，并结束反应。之后，在制得溶液中加入2N硫酸，使制得溶液为微酸性。用50毫升二乙醚对该溶液萃取三次，用饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。然后，通过蒸发器干燥溶剂后，将制得溶液[原文为溶剂？]重结晶，从而获得3.0克为固体结晶的化合物(1.2)(产率：90％)。
Figure A20061009150500271
[操作-12]
之后，将3.0克化合物(1.2)溶解在45毫升氯仿中，在该溶液中加入1.5毫升PBR3。然后，室温搅拌溶液3小时后，在制得溶液中加入水。然后用50毫升乙酸乙酯萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。随后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，并用己烷重结晶，从而，制得4.5克为白色固体的化合物(1.3)(产率：99％)。
Figure A20061009150500272
[操作-13]
接下来，在100毫升THF中加入4.0毫升1-己炔。在将该制得溶液冷却到-78℃的状态下，在该溶液中加入20毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，在室温搅拌1小时。之后，在将该反应溶液冷却到-78℃的状态下，在该制得溶液中加入被溶解在THF中的3.7毫升DMPU和3.0克二溴化物质[化合物(1.3)]，并室温搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入3N盐酸，然后结束反应。之后，用100毫升己烷萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，用柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/10)进行精制，从而，制得2.6克化合物(1.4)(产率：83％)。
Figure A20061009150500281
[操作-14]
之后，将0.29克Cp2ZrCl2溶解在5.0毫升THF中，并冷却到-78℃。之后，在制得溶液中加入1.3毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，在-78℃搅拌制得溶液1小时。接下来，在制得溶液中加入被溶解在THF中的0.38克化合物(1.4)，室温搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入6.0克氯化铜(I)，将制得溶液冷却到0℃。之后，在制得溶液中加入11毫升DMAD，室温搅拌3小时。随后，在制得溶液中加入3N盐酸，并结束反应。接下来，用20毫升己烷萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，用柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/10)进行精制，从而，制得0.49克为固体的化合物(1.5)(分离后产率：95％)。
Figure A20061009150500282
[操作-15]
接下来，将5.0克化合物(1.5)和2.2克DDQ溶解在100毫升甲苯中并回流3小时。之后，减压蒸馏过滤后的溶液。然后，用柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/9)对制得固体进行精制，获得4.9克为固体的化合物(1.6)(产率：99％)。
Figure A20061009150500291
[操作-16]
接下来，在被冷却到0℃的150毫升THF中加入0.72克LiAlH4，并在0℃，在该溶液中加入4.9克化合物(1.6)。然后，室温搅拌该制得溶液3小时后，在该制得溶液中加入水，并结束反应。之后，在制得溶液中加入2N硫酸，使制得溶液为微酸性。用100毫升二乙醚对该溶液萃取三次，用饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。然后，通过蒸发器减压蒸馏溶剂之后，在制得溶液中加入40毫升氯仿，在其中加入0.95毫升PBR3。然后，室温下搅拌制得溶液12小时后，向制得溶液中加入水并结束反应。然后，用100毫升乙酸乙酯萃取该制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液和饱和盐水漂洗，用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂。用己烷重结晶制得溶液，从而获得5.6克为白色固体的化合物(1.8)(产率：99％)。
[操作-17]
接下来，在50毫升THF中加入0.23毫升1-己炔。在将该制得溶液冷却到-78℃的状态下，在制得溶液中加入1.3毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，在室温搅拌1小时。之后，在将反应溶液冷却到-78℃的状态下，在该制得溶液中加入被溶解在THF中的0.25毫升DMPU和0.20克二溴化物质[化合物(1.8)]，并室温搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入3N盐酸，然后结束反应。接下来，用100毫升己烷萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，用柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/50)进行精制，从而，制得0.17克化合物(1.9)(产率：85％)。
Figure A20061009150500301
[操作-18]
之后，将0.085克Cp2ZrCl2溶解在5.0毫升THF中，并冷却到-78℃后，在制得溶液中加入0.37毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，并在-78℃搅拌该制得溶液1小时。之后，在制得溶液中加入被溶解在THF中的0.17克化合物(1.9)，室温搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入0.058克氯化铜(I)，将制得溶液冷却到0℃。之后，在制得溶液中加入0.11毫升DMAD，室温搅拌3小时。随后，在制得溶液中加入3N盐酸，并结束反应。接下来，用20毫升氯仿萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，用柱层析(展开溶剂：氯仿)进行精制，从而，制得0.12克为固体的化合物(1.10)(分离后产率：57％)。
[操作-19]
之后，在惰性气氛中，将2.0克化合物(1.10)和0.68克(当量重量为1.1)DDQ溶解在100毫升甲苯中并回流24小时。之后，减压蒸馏将溶剂甲苯量减少到20毫升，将制得溶液变为饱和溶液，在该制得溶液中加入500毫升甲醇，产生沉淀。过滤沉淀物后，干燥该产物，可获得1.1克发明例1的并五苯衍生物[化合物(1.11)](产率：54％)。
(发明例2)
发明例2是发明例1的改进。发明例2的有机半导体材料的化学式如下。
Figure A20061009150500312
此发明例2的有机半导体材料由上面通式(1)表示的多并苯衍生物构成。在通式(1)中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10分别是下面的取代基。即，发明例2的有机半导体材料是2，3-二甲氧羰基-1，4，6，8，9，10，11，13-八乙基并五苯。
R1：脂族烃基(具体：乙基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：乙基)
R5：脂族烃基(具体：乙基)
R6：脂族烃基(具体：乙基)
R7：脂族烃基(具体：乙基)
R8：脂族烃基(具体：乙基)
R9：脂族烃基(具体：乙基)
R10：脂族烃基(具体：乙基)
或者，按照发明例2的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。同样在发明例2中，满足等式n＝4。
R1：脂族烃基(具体：乙基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：乙基)
R51：氢原子
R52：脂族烃基(具体：乙基)
R53：氢原子
R54：脂族烃基(具体：乙基)
R6：脂族烃基(具体：乙基)
R7：脂族烃基(具体：乙基)
R81：脂族烃基(具体：乙基)
R82：氢原子
R83脂族烃基(具体：乙基)
R84：氢原子
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例2的有机半导体材料的氯仿溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到1.5×10-5cm2·V-1·sec.-1。
下面说明合成构成发明例2的有机半导体材料的多并苯衍生物的方法。
[操作-20]
首先，进行[操作-10]至[操作-12]
[操作-21]
接下来，将7.5克1-丁炔溶解在300毫升THF中。在将该制得溶液冷却到-78℃的状态下，在制得溶液中加入88毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，室温搅拌1小时。之后，在反应溶液被冷却到-78℃的状态下，在该制得溶液中加入被溶解在THF中的17毫升DMPU和8.7克二溴化物质[化合物(1.3)]，并室温搅拌5小时。之后，在制得溶液中加入3N盐酸，然后结束反应。接下来，用100毫升己烷萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，通过重结晶法进行精制，从而，制得5.9克化合物(2.4)(产率：79％)。
Figure A20061009150500331
[操作-22]
之后，将5.4克Cp2ZrCl2溶解在100毫升THF中，并冷却到-78℃后，在制得溶液中加入24毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，并在-78℃搅拌该制得溶液1小时。之后，在制得溶液中加入被溶解在THF中的5.9克化合物(2.4)，室温搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入3.6克氯化铜(I)，将制得溶液冷却到0℃。之后，在制得溶液中加入7.6毫升DMAD，室温搅拌3小时。随后，在制得溶液中加入3N盐酸，并结束反应。接下来，用200毫升己烷萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，用柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/5)进行精制，从而，制得8.3克为固体的化合物(2.5)(分离后产率：95％)。
[操作-23]
接下来，将8.3克化合物(2.5)和4.1克DDQ溶解在100毫升甲苯中并回流2小时。之后，过滤制得溶液，用蒸发器减压蒸馏过滤后的溶液。将制得固体溶解在10毫升氯仿中，在制得溶液中加入500毫升甲醇，获得沉淀物。然后滤出沉淀物，并用漏斗(KIRIYAMA GLASS WORKS CO.LTD.制造，商品名“KIRIYAMAROHTO”)收集，减压干燥，获得5.2克为固体的化合物(2.6)(分离后产率：62％)。
Figure A20061009150500333
[操作-24]
接下来，在被冷却到0℃的150毫升THF中加入0.85克LiAlH4，并在0℃，在该溶液中加入5.2克化合物(2.6)。然后，室温搅拌该制得溶液3小时后，在该制得溶液中加入水，并结束反应。之后，在制得溶液中加入2N硫酸，使制得溶液为微酸性。用150毫升二乙醚对该溶液萃取三次，用饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。然后，通过蒸发器减压蒸馏出溶剂之后，在制得溶液中加入80毫升氯仿，在其中加入1.3毫升PBR3。然后，室温下搅拌制得溶液12小时后，在制得溶液中加入水，结束反应。然后，用100毫升乙酸乙酯萃取该制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液和饱和盐水漂洗，用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂后，用己烷重结晶制得溶液，从而获得5.1克为白色固体的化合物(2.8)(产率：86％)。
Figure A20061009150500341
[操作-25]
接下来，在被冷却到-78℃的100毫升THF中加入36毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，在其中加入3.1克1-丁炔。在制得溶液中添加1-丁炔完毕后，将反应溶液回热至室温，搅拌1小时。之后，将反应溶液冷却至-78℃，在其中加入7.2毫升DMPU。然后，在制得溶液中加入溶解有5.1克化合物(2.8)的40毫升THF溶液，将制得溶液回热到室温并搅拌6小时。反应结束后，在制得溶液中加入50毫升3N盐酸，并结束反应。用250毫升乙酸乙酯萃取制得溶液，用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，过滤分离硫酸镁和有机溶剂后，用蒸发器减压蒸馏有机溶剂，将制得固体溶解在氯仿中，形成饱和溶液，在该饱和溶液中加入相当于50倍氯仿的甲醇，产生沉淀物。过滤产生的沉淀、分离并减压干燥，制得3.6克目标化合物(2.9)(产率：78％)。
[操作-26]
随后，将2.0克Cp2ZrCl2溶解在100毫升THF中，并冷却到-78℃。之后，在制得溶液中加入8.9毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，并在-78℃搅拌该溶液1小时。将3.3克化合物(2.9)溶解在50毫升THF中并加入该制得溶液中，搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入1.4克氯化铜(I)，冷却到0℃。之后，在制得溶液中加入2.7毫升DMAD，室温搅拌6小时。随后，在制得溶液中加入50毫升3N盐酸，并结束反应。然后用200毫升乙酸乙酯萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，过滤分离硫酸镁和有机溶剂后，用蒸发器减压蒸馏有机溶剂。然后，将制得固体溶解在氯仿中，形成饱和溶液，在该饱和溶液中加入相当于50倍氯仿的甲醇，产生沉淀物。过滤产生的沉淀、分离并减压干燥，制得2.4克化合物(2.10)(产率：35％)。
Figure A20061009150500351
[操作-27]
接下来，将2.4克化合物(2.10)和0.87克DDQ溶解在80毫升甲苯中并回流24小时。之后，减压蒸馏甲苯溶剂。然后，将制得固体溶解在5.0毫升氯仿中，其中加入150毫升甲醇，获得并五苯衍生物[化合物(2.11)]的沉淀。接下来，过滤收集沉淀物，减压干燥，获得1.3克并五苯衍生物[化合物(2.11)](产率：55％)。
Figure A20061009150500352
(发明例3)
发明例3也是发明例1的改进例。发明例3的有机半导体材料的化学式如下。
Figure A20061009150500361
此发明例3的有机半导体材料由上面通式(1)表示的多并苯衍生物构成。在通式(1)中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10分别是下面的取代基。即，发明例3的有机半导体材料是2，3-二甲氧羰基-8，9，10，11-四乙基-1，4，6，13-四丙基并五苯。
R1：脂族烃基(具体：丙基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：丙基)
R5：脂族烃基(具体：丙基)
R6：脂族烃基(具体：乙基)
R7：脂族烃基(具体：乙基)
R8：脂族烃基(具体：乙基)
R9：脂族烃基(具体：乙基)
R10：脂族烃基(具体：丙基)
或者，按照发明例3的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。同样在发明例3中，满足等式n＝4。
R1：脂族烃基(具体：丙基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：丙基)
R51：氢原子
R52脂族烃基(具体：丙基)
R53：氢原子
R54：脂族烃基(具体：乙基)
R6：脂族烃基(具体：乙基)
R7：脂族烃基(具体：乙基)
R81：脂族烃基(具体：乙基)
R82：氢原子
R83：脂族烃基(具体：丙基)
R84：氢原子
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例3的有机半导体材料的氯仿溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到9.0×10-6cm2·V-1·sec.-1。
下面说明合成构成发明例3的有机半导体材料的多并苯衍生物的方法。
[操作-30]
首先，进行发明例1中的[操作-10]至[操作-12]。
[操作-31]
首先，将5.9毫升1-戊炔加入50毫升THF中，并冷却到-78℃。在此状态下，在该制得溶液中加入38毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，室温搅拌1小时。之后，在将反应溶液冷却到-78℃的状态下，在该反应溶液中加入被溶解在THF中的7.5毫升DMPU和3.8克二溴化物质[化合物(1.3)]，并室温搅拌5小时。之后，在制得溶液中加入3N盐酸，结束反应。用100毫升己烷溶液萃取产物三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，通过柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/50)进行精制，从而，制得3.1克化合物(3.4)(产率：88％)。
[操作-32]
之后，将2.6克Cp2ZrCl2溶解在50毫升THF中，并冷却到-78℃。之后，在制得溶液中加入11毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，并在-78℃搅拌1小时。
将3.1克化合物(3.4)溶解在THF中并加入制得溶液中，室温搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入1.8克氯化铜(I)，并冷却到0℃。之后，在制得溶液中加入3.2毫升DMAD，室温搅拌3小时。随后，在制得溶液中加入3N盐酸，并结束反应。
然后，用100毫升己烷萃取制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从产物中除去溶剂，用柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/9)进行精制，从而，制得2.9克为固体的化合物(3.5)(分离后产率：68％)。
Figure A20061009150500381
[操作-33]
接下来，将2.9克化合物(3.5)和1.6克DDQ溶解在60毫升甲苯中并回流3小时。之后，过滤制得溶液，过滤后的溶液用蒸发器进行减压蒸馏。制得固体通过柱层析(展开溶剂：乙酸乙酯/己烷＝1/9)进行精制，获得2.6克为固体的化合物(3.6)(分离后产率：89％)。
[操作-34]
接下来，在被冷却到0℃的100毫升THF中加入0.41克LiAlH4，并在0℃，在该溶液中加入2.6克化合物(3.6)。然后，室温搅拌该制得溶液3小时后，在该制得溶液中加入水，并结束反应。之后，在制得溶液中加入2N硫酸，使制得溶液为微酸性。用100毫升二乙醚对该溶液萃取三次，用饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。然后，通过蒸发器减压蒸馏溶剂，在制得溶液中加入40毫升氯仿，在其中加入0.51毫升PBR3。然后，室温下搅拌制得溶液12小时后，在制得溶液中加入水，结束反应。然后，用100毫升乙酸乙酯萃取该制得溶液三次，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液和饱和盐水漂洗，用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂。制得溶液用己烷重结晶，从而获得2.4克为白色固体的化合物(3.8)(产率：81％)。
Figure A20061009150500391
[操作-35]
接下来，将2.6毫升1-戊炔加入100毫升THF中，并冷却到-78℃。在此状态下，在该制得溶液中加入17毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，使该制得溶液回热到室温并在室温搅拌1小时。之后，将该反应溶液冷却至-78℃，在该溶液中加入3.3毫升DMPU。然后将溶解有2.4克化合物(3.8)的THF溶液加入到制得溶液中，使该制得溶液回热至室温并在室温搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入3N盐酸，结束反应。然后，用150毫升己烷萃取制得溶液，用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，用蒸发器从制得溶液中除去溶剂，并用蒸发器减压蒸馏有机溶剂。然后，在将制得固体溶解在氯仿中产生饱和溶液后，在该饱和溶液中加入相当于50倍氯仿的甲醇，产生沉淀物。过滤分离产生的沉淀、减压干燥，制得2.3克目标化合物(3.9)(产率：99％)。
Figure A20061009150500392
[操作-36]
之后，将1.9克Cp2ZrCl2溶解在100毫升THF中，并冷却至-78℃。之后，在制得溶液中加入8.4毫升n-BuLi的己烷溶液(1.6摩尔/升)，并在-78℃搅拌该溶液1小时。将3.5克化合物(3.9)溶解在50毫升THF后加入到制得溶液中，室温搅拌3小时。之后，在制得溶液中加入1.3克氯化铜(I)，并冷却到0℃。之后，在制得溶液中加入2.4毫升DMAD，室温搅拌6小时。随后，在制得溶液中加入50毫升3N盐酸，并结束反应。然后，用200毫升乙酸乙酯萃取制得溶液，按顺序用碳酸氢钠饱和溶液、饱和盐水漂洗，然后用硫酸镁干燥。之后，过滤分离硫酸镁和有机溶剂，用蒸发器减压蒸馏有机溶剂。然后，在将制得固体溶解在氯仿中产生饱和溶液后，在该饱和溶液中加入相当于50倍氯仿的甲醇，产生沉淀物。过滤分离产生的沉淀、减压干燥，制得3.74克化合物(3.10)(产率：84％)。
[操作-37]
之后，将0.60克化合物(3.10)和0.22克DDQ(1.1当量重量)溶解在12毫升甲苯中并回流24小时。之后，通过减压蒸馏将用作溶剂的甲苯量减少到6.0毫升。然后，在制得溶液中加入120毫升甲醇，产生沉淀。之后，过滤产生的沉淀，用甲醇漂洗并干燥，获得0.21克并五苯衍生物(3.11)(产率：34％)。
对发明例1、2和3的多并苯衍生物进行X-射线晶体结构分析。结果，很清楚，随在1、4、6和13位的烷基链的延长，晶体结构由人字型结构转变为堆叠型结构。
(发明例4)
发明例4也是发明例1的改进例。发明例4的有机半导体材料的化学式如下。
Figure A20061009150500403
此发明例4的有机半导体材料由上面通式(1)表示的多并苯衍生物构成。在通式(1)中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10分别是下面的取代基。即，发明例4的有机半导体材料是2，3-二甲氧羰基-1，4，6，13-四丁基并五苯。
R1：脂族烃基(具体：丁基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：丁基)
R5：脂族烃基(具体：丁基)
R6：氢原子
R7：氢原子
R8：氢原子
R9：氢原子
R10：脂族烃基(具体：丁基)
或者，按照发明例4的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。同样在发明例4中，满足等式n＝4。
R1：脂族烃基(具体：丁基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：丁基)
R51：氢原子
R52：脂族烃基(具体：丁基)
R53：氢原子
R54：氢原子
R6：氢原子
R7：氢原子
R81：氢原子
R82：氢原子
R83：脂族烃基(具体：丁基)
R84：氢原子
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例4的有机半导体材料的氯仿溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到9.0×10-5cm2·V-1·sec.-1。
还在室温将发明例1、2、3和4的多并苯衍生物分别溶解在己烷溶液中进行试验。结果，发明例2的多并苯衍生物中有80％的取代基是乙基，该衍生物几乎不溶解于己烷溶液，而发明例1和3的多并苯衍生物溶解在己烷溶液中并成为深蓝色溶液。同样，发明例4的多并苯衍生物的取代基数量比发明例2的取代基数量少四个，该衍生物溶解于己烷溶液。由上述结果可知，取代基的长度的比取代基的数量更重要，并且很清楚，长度大于丙基的取代基能更有效地提高溶剂的溶解性。
(发明例5)
发明例5也是发明例1的改进例。发明例5的有机半导体材料的化学式如下。
Figure A20061009150500421
此发明例5的有机半导体材料由上面通式(1)表示的多并苯衍生物构成。在通式(1)中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10分别是下面的取代基。即，发明例5的有机半导体材料是2-氰基-1，4，6，13-四丁基-8，9，10，11-四乙基并五苯。
R1：脂族烃基(具体：丁基)
R2：氰基
R3：氢原子
R4：脂族烃基(具体：丁基)
R5：脂族烃基(具体：丁基)
R6：脂族烃基(具体：乙基)
R7：脂族烃基(具体：乙基)
R8：脂族烃基(具体：乙基)
R9：脂族烃基(具体：乙基)
R10：脂族烃基(具体：乙基)
或者，按照发明例5的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。同样在发明例5中，满足等式n＝4。
R1：脂族烃基(具体：丁基)
R2：氰基
R3：氢原子
R4：脂族烃基(具体：丁基)
R51：氢原子
R52脂族烃基(具体：丁基)
R53：氢原子
R54：脂族烃基(具体：乙基)
R6：脂族烃基(具体：乙基)
R7：脂族烃基(具体：乙基)
R81：脂族烃基(具体：乙基)
R82：氢原子
R83：脂族烃基(具体：丁基)
R84：氢原子
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例5的有机半导体材料的氯仿溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到1.7×10-3cm2·V-1·sec.-1。
(发明例6)
发明例6涉及按照本发明第二方面和第三方面的有机半导体材料、有机半导体薄膜和有机半导体器件。发明例6的有机半导体材料的化学式如下。
Figure A20061009150500431
此发明例6的有机半导体材料由下面通式(3)表示的多并苯衍生物构成。在通式(3)中，R1、R2、R3、R4、R5和R6分别是丙基取代基。
Figure A20061009150500441
或者，按照发明例6的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。在发明例6中，满足等式n＝3。
R1：脂族烃基(具体：丙基)
R2：脂族烃基(具体：丙基)
R3：脂族烃基(具体：丙基)
R4：脂族烃基(具体：丙基)
R51：氢碳
R52：脂族烃基(具体：丙基)
R53：氢碳
R6：氢碳
R7：氢碳
R81：氢碳
R82：脂族烃基(具体：丙基)
R83：氢碳
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例6的有机半导体材料的1，3，5-三甲基苯溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到0.01cm2·V-1·sec.-1。
(发明例7)
发明例7是发明例6的改进例。发明例7的有机半导体材料的化学式如下。
Figure A20061009150500451
此发明例7的有机半导体材料由上面通式(3)表示的多并苯衍生物构成。在通式(3)中，R1、R4、R5和R6分别是丙基，R2和R3分别是甲氧羰基。
或者，按照发明例7的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。同样在发明例7(原文为6)中，满足等式n＝3。
R1：脂族烃基(具体：丙基)
R2：羰基(具体：甲氧羰基)
R3：羰基(具体：甲氧羰基)
R4：脂族烃基(具体：丙基)
R51：氢原子
R52：脂族烃基(具体：丙基)
R53：氢原子
R6：氢原子
R7：氢原子
R81：氢原子
R82：脂族烃基(具体：丙基)
R83：氢原子
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例7的有机半导体材料的甲苯溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到2.0×10-5cm2·V-1·sec.-1。
(发明例8)
发明例8也是发明例6的改进例。发明例8的有机半导体材料的化学式如下。
Figure A20061009150500461
此发明例8的有机半导体材料由上面通式(3)表示的多并苯衍生物构成。在通式(3)中，R1、R2、R3和R4分别是乙基，R5和R6分别是丁基。
或者，按照发明例8的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R8、R7和R8分别是下面的取代基。同样在发明例8中，满足等式n＝3。
R1：脂族烃基(具体：乙基)
R2：脂族烃基(具体：乙基)
R3：脂族烃基(具体：乙基)
R4：脂族烃基(具体：乙基)
R51：氢原子
R52：脂族烃基(具体：丁基)
R53：氢原子
R6：氢原子
R7：氢原子
R81：氢原子
R82：脂族烃基(具体：丁基)
R83：氢原子
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例8的有机半导体材料的1，3，5-三甲基苯溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到2.0×10-5cm2·V-1·sec.-1。
(发明例9)
发明例9也是发明例6的改进例。发明例9的有机半导体材料的化学式如下。
按照此发明例9的有机半导体材料由上面通式(3)表示的多并苯衍生物构成。在通式(3)中，R1、R2、R3和R4分别是氢原子，R5和R6分别是丁基。
或者，按照发明例9的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。同样在发明例9中，满足等式n＝3。
R1：氢原子
R2：氢原子
R3：氢原子
R4：氢原子
R51：氢原子
R52：脂族烃基(具体：丁基)
R53：氢原子
R6：氢原子
R7：氢原子
R81：氢原子
R82：脂族烃基(具体：丁基)
R83：氢原子
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例9(原文为8)的有机半导体材料的氯仿溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到2.0×10-9cm2·V-1·sec.-1。
(发明例10)
发明例10也是发明例6的改进例。发明例8的有机半导体材料的化学式如下。
Figure A20061009150500481
此发明例10的有机半导体材料由上面通式(3)表示的多并苯衍生物构成。在通式(3)中，R1、R2、R3和R4分别是氢原子，R5和R6分别是丙基。
或者，按照发明例10的有机半导体材料由上面通式(2)表示的多并苯衍生物构成。通式(2)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8分别是下面的取代基。同样在发明例10中，满足等式n＝3。
R1：氢原子
R2：氢原子
R3：氢原子
R4：氢原子
R51：氢原子
R52：脂族烃基(具体：丙基)
R53：氢原子
R6：氢原子
R7：氢原子
R81：氢原子
R82：脂族烃基(具体：丙基)
R83：氢原子
采用涂布方法如旋涂法，在室温下使用发明例7的有机半导体材料的1，3，5-三甲基苯溶液(浓度：5克/升)，形成具有沟道形成区的有机场效应晶体管的测试产品(参见图3的片段截面示意图)，确定该测试产品的工作情况。结果，栅极调制功能得到确定，并因此能够确定有机半导体薄膜发挥了沟道形成区的作用。依据旋涂时的条件等，此时在饱和区的迁移率达到2.0×10-9cm2·V-1·sec.-1。
虽然根据优选实施方式描述了本发明，但是，本发明不限于这些优选的实施方式。即，以举例方式描述和展示了本发明的有机场效应晶体管的结构、排列、制造条件和制造方法，不用说这些结构、排列、制造条件和制造方法是可以自由变化的。将本发明的有机场效应晶体管(FET)应用于显示装置和各种电子设备，或被这些设备使用时，有机半导体器件可形成为单块的集成电路，其中，许多FET被集成在基片上，支撑部件或各FET可以被分割提供独立的部件，它们可以被用作独立的组件。
多并苯化合物是其中苯环以直线方式连接的化合物，没有取代基的多并苯具有这样性能，即随苯环数增加，多并苯变得更难溶解在有机溶剂中。具体地，大于有五个结合苯环的并五苯的多并苯在几乎所有有机溶剂中都不具有溶解度，并且难以采用合适方法如旋涂法形成均匀的膜。即使能够溶解或涂布，在这种情况下可利用的有机溶剂也不可避免地限于极有限的一些有机溶剂和温度条件。然而，根据本发明，由于有机半导体材料由被引入了取代基的多并苯衍生物构成，能够提高该有机半导体材料在各种有机溶剂中的溶解度。因此，能够采用涂布方法如旋涂法形成/沉积均匀的膜。如前所述，因为2，3，9，10-四甲基并五苯和2，3-二甲基并五苯为众所周知，已经报道了如果使用可萃取性高的1，2-二氯苯，则有机半导体材料在加热状态下微溶。因此，由该报道得出，在有机半导体材料的多并苯衍生物中引入取代基对该有机半导体材料在有机溶剂中的溶解度有显著作用。
而且，根据本发明，通过引入取代基，不仅可提高有机半导体材料在有机溶剂中的溶解度，而且提高了抗氧化性，还能加强对有机半导体薄膜中排列方式(人字型结构/堆叠结构)以及结晶度的控制。此外，通过使用在所需位置引入了有极性的取代基和没有极性的取代基的多并苯衍生物，使控制有机半导体材料相对于基材(下层或基片)的定位和倾斜成为可能。通过将多并苯衍生物键合到被引入基材(下层或基片)所需位置的官能团上，也使在有机半导体材料上进行布图成为可能。此外，多并苯衍生物可依据取代基改变其导电类型。已知，虽然没有取代基的普通并五苯起到p-型半导体的作用，而其中所有氢原子都被氟原子取代的并五苯可用作n-型半导体。所以按照本发明，由于以被引入了取代基的多并苯衍生物形成有机半导体材料，改变了电子迁移能，导致能够对导电类型进行控制。
本领域的技术人员应理解，根据设计需要和其它因素，可以进行各种变动、组合、次组合和变体，只要它们在权利要求书或其等价体范围之内即可。

Claims (24)

1.一种有机半导体材料，由下面通式(1)表示的多并苯衍生物组成，通式(1)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自满足下面(条件-A1)和(条件-A2)：
通式(1)
Figure A2006100915050002C1
(条件-A1)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10独立地是相同的取代基或不同的取代基，但是，R1、R4、R5、R6和R10不能同时为氢原子；
(条件-A2)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基的芳族烃基、有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、硫代羧基、二硫代羧基、磺酸基、亚磺酸基、次磺酸基、磺酰基、亚磺酰基、酰卤基、氨基甲酰基、酰肼基、酰亚胺基、酰胺基、脒基、异氰基、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基、甲酰基、硫醛基、酰基、硫醇基、氨基、亚氨基、肼基、烷氧基、芳氧基、醚基、硫醚基、二硫醚基、甲硅烷基、甲锗烷基、甲锡烷基、膦基、硼烷基、卤原子和氢原子。
2.如权利要求1所述的有机半导体材料，其特征在于，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各自是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基的芳族烃基、配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、卤原子和氢原子。
3.如权利要求2所述的有机半导体材料，其特征在于，在一部分并苯骨架上的取代基是碳原子数大于3的烷基。
4.一种有机半导体材料，由下面通式(2)表示的多并苯衍生物组成，在通式(2)中，n是0-20的整数，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自满足下面(条件-B1)和(条件-B2)：
通式(2)
Figure A2006100915050003C1
(条件-B1)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8独立地是相同的取代基或不同的取代基，当n大于2时，通式(2)中存在的多个R5可以是相同的取代基或不同的取代基，通式(2)中存在的多个R8可以是相同的取代基获不同的取代基，且R1、R4、R5和R8不能同时为氢原子；
(条件-B2)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基的芳族烃基、有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、硫代羧基、二硫代羧基、磺酸基、亚磺酸基、次磺酸基、磺酰基、亚磺酰基、酰卤基、氨基甲酰基、酰肼基、酰亚胺基、酰胺基、脒基、异氰基、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基、甲酰基、硫醛基、酰基、硫醇基、氨基、亚氨基、肼基、烷氧基、芳氧基、醚基、硫醚基、二硫醚基、甲硅烷基、甲锗烷基、甲锡烷基、膦基、硼烷基、卤原子和氢原子。
5.如权利要求4所述的有机半导体材料，其特征在于，在(条件-B1)中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自是至少一种选自以下的取代基组的取代基：有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基的芳族烃基、有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、卤原子和氢原子。
6.如权利要求5所述的有机半导体材料，其特征在于，n大于5，且在一部分并苯骨架上的取代基是碳原子数大于3的烷基。
7.一种有机半导体材料，由下面通式(3)表示的多并苯衍生物组成，在通式(3)中，R1、R2、R3、R4、R5和R6各自满足下面(条件-C1)和(条件-C2)：
通式(3)
Figure A2006100915050004C1
(条件-C1)
R1、R2、R3、R4、R5和R6独立地是相同的取代基或不同的取代基，但是R1、R4、R5和R6不能同时为氢原子；
(条件-C2)
R1、R2、R3、R4、R5和R6各自是至少一种选自以下取代基组的取代基：有取代基的碳原子数为1-20的脂族烃基、有取代基的芳族烃基、有取代基的配位芳基、羧基、氢化物、酯基、氰基、羟基、硫代羧基、二硫代羧基、磺酸基、亚磺酸基、次磺酸基、磺酰基、亚磺酰基、酰卤基、氨基甲酰基、酰肼基、酰亚胺基、酰胺基、脒基、异氰基、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基、甲酰基、硫醛基、酰基、硫醇基、氨基、亚氨基、肼基、烷氧基、芳氧基、醚基、硫醚基、二硫醚基、甲硅烷基、甲锗烷基、甲锡烷基、膦基、硼烷基、卤原子和氢原子。
8.一种有机半导体薄膜，由权利要求1或2的有机半导体材料制成，所述有机半导体薄膜具有结晶度。
9.如权利要求8所述的有机半导体薄膜，其特征在于，在有机半导体材料的一部分并苯骨架上的取代基是碳原子数大于3的烷基。
10.如权利要求9所述的有机半导体薄膜，其特征在于，它具有堆叠结构。
11.一种有机半导体薄膜，由权利要求4或5的有机半导体材料制成，所述有机半导体薄膜具有结晶度。
12.如权利要求11所述的有机半导体薄膜，其特征在于，在有机半导体材料的一部分并苯骨架上的取代基是碳原子数大于3的烷基。
13.如权利要求12所述的有机半导体薄膜，其特征在于，它具有堆叠结构。
14.一种有机半导体薄膜，由权利要求7的有机半导体材料制成，所述有机半导体薄膜具有结晶度。
15.一种有机半导体器件，包括由权利要求1或2所述的有机半导体材料制成的有机半导体薄膜，所述有机半导体薄膜具有结晶度。
16.如权利要求15所述的有机半导体器件，其特征在于，在有机半导体材料的一部分并苯骨架上的取代基是碳原子数大于3的烷基。
17.如权利要求16所述的有机半导体器件，其特征在于，所述有机半导体薄膜具有堆叠结构。
18.如权利要求15-17中任一项所述的有机半导体器件，其特征在于，所述有机半导体器件包括：源电极/漏电极、被夹在源电极/漏电极与源电极/漏电极之间的沟道形成区、栅极绝缘层、以及与沟道形成区相对并通过所述栅极绝缘层的栅电极，所述沟道形成区由有机半导体薄膜构成。
19.一种有机半导体器件，包括由权利要求4或5的有机半导体材料制成的有机半导体薄膜，所述有机半导体薄膜具有结晶度。
20.如权利要求19所述的有机半导体器件，其特征在于，在有机半导体材料的一部分并苯骨架上的取代基是碳原子数大于3的烷基。
21.如权利要求20所述的有机半导体器件，其特征在于，所述有机半导体薄膜具有堆叠结构。
22.如权利要求19-21中任一项所述的有机半导体器件，其特征在于，所述有机半导体器件由源电极/漏电极、被夹在源电极/漏电极与源电极/漏电极之间的沟道形成区、栅极绝缘层、以及与沟道形成区相对并通过所述栅极绝缘层的栅电极的构成，所述沟道形成区由有机半导体薄膜构成。
23.一种有机半导体器件，包括由权利要求7的有机半导体材料制成的有机半导体薄膜，所述有机半导体薄膜具有结晶度。
24.如权利要求23所述的有机半导体器件，其特征在于，所述有机半导体器件由源电极/漏电极、被夹在源电极/漏电极与源电极/漏电极之间的沟道形成区、栅极绝缘层、以及与沟道形成区相对并通过所述栅极绝缘层的栅电极构成，所述沟道形成区由有机半导体薄膜构成。
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